視頻監(jiān)控系統(tǒng)04 - 2012-2017年中國酸霧凈化塔市場剖析及未

1、視頻監(jiān)控系統(tǒng)模塊四前端設(shè)備攝像機(jī)、云臺及輔助設(shè)備等。前端設(shè)備攝像機(jī)：由鏡頭、感光元件和信號處理電路組成。攝像頭光學(xué)成像把現(xiàn)實(shí)空間的物體成像于圖像傳感器件的感光靶面中。 通過對合理選擇鏡頭的各項參數(shù)并考慮物體的照明條件、聚光方式、光學(xué)系統(tǒng)的傳輸損失、像面照度等有關(guān)問題的合理設(shè)計，可使成像的位置、尺寸、清晰度、物像光強(qiáng)度等符合實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)條件。光學(xué)成像過程 將各種不同形狀、不同介質(zhì)的反射鏡、透鏡及棱鏡按一定的方式組合起來，使空間物體發(fā)出的光線通過這些光學(xué)零件的透射、折射、反射后，被接收器件接收。這些光學(xué)零件的組合稱為光組，或光學(xué)系統(tǒng)。 理想光組是指光組能在任意大的空間內(nèi)、用任意寬的光束成完整的像

2、。 理想光組的根本性質(zhì)： 1點(diǎn)成點(diǎn)像 圖中的A與A、B與B點(diǎn)一一對應(yīng)。對于物空間的任何一個點(diǎn)，在像空間中必有一個點(diǎn)與之對應(yīng)，而且只有一個點(diǎn)與之對應(yīng)。通常把這兩個對應(yīng)點(diǎn)稱為共軛點(diǎn)。2線成線像圖中的線AB與線AB一一對應(yīng)，即對于物空間的任何一條直線，在像空間中必有一條直線與之對應(yīng)，而且只有一條直線與之對應(yīng)。通常把這兩條對應(yīng)線稱為共軛線。 2理想光學(xué)系統(tǒng)的根本點(diǎn)、面1焦點(diǎn)和焦面焦點(diǎn)指與光軸上無窮遠(yuǎn)的物點(diǎn)共軛的像點(diǎn)，記作F。過焦點(diǎn)F且垂直于光軸的像平面稱為像方焦面。 2焦距焦距是指主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。其中，物方主點(diǎn)H到物方焦點(diǎn)F之間的距離稱為物方焦距，記為f；像方主點(diǎn)H 到像方焦點(diǎn)F 之間的距離稱為像方

3、焦距，記為f 。3理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系，既可以通過作圖法來求解，也可以通過解析法來求解。理想光學(xué)系統(tǒng)的作圖求像如下圖，此方法簡單、直觀，而解析分析方法的計算結(jié)果較精確。 4光束限制光學(xué)系統(tǒng)中限制光束的因素主要有光闌、漸暈、焦深和景深等。1光闌光闌由光學(xué)零件的鏡框或參加專門的帶孔金屬板等構(gòu)成，其對稱中心一般都在系統(tǒng)的光軸上。光闌的作用是改善系統(tǒng)的成像質(zhì)量，決定通過系統(tǒng)的光能，攔截系統(tǒng)中有害的雜散光等。按用途可分為視場光闌、有效光闌、消雜光光闌等。 視場光闌視場光闌用以限制系統(tǒng)的成像范圍。其對前方系統(tǒng)所成的像稱入射窗，對前方系統(tǒng)所成的像稱出射窗。 有效光闌有效光闌用以限制軸

4、向成像光束孔徑的大小，也稱孔徑光闌。其對前方系統(tǒng)所成的像稱入射光瞳，如以下圖所示。軸外物點(diǎn)B和入射光瞳中心Z的連線稱主光線。對于目視光學(xué)系統(tǒng)，其最大視場的主光線在像方與光軸的交點(diǎn)處，稱為眼點(diǎn)。眼點(diǎn)距離是指眼點(diǎn)到目鏡最后一個外表的距離。2漸暈漸暈是一種光學(xué)現(xiàn)象，是指除入射光瞳外，還會有其他光闌的物方的像會使軸向光束孔徑減小。3焦深實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)矯正像差后，除在理想成像面上可獲得清晰的像外，常把理想波面的參考點(diǎn)沿軸向離焦，使波差不超過/2由/4到/4，此時，也能得到清晰的像，其所對應(yīng)的離焦量稱做焦深，用2 表示。 4景深如以下圖所示，攝像機(jī)的鏡頭一般都要求對一定深度的空間成像，即光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)能使距鏡頭

5、不同距離的各空間物體同時在像平面上成清晰的像。即空間物體在平面上成像的清晰度問題，稱為景深問題。容許的光斑直徑的大小與光學(xué)系統(tǒng)接收器人眼、感光乳劑、光電器件等的分辨率有關(guān)，也與對象的清晰度要求有關(guān)，清晰度要求越低那么景深就越大。此外，照相物鏡的相對孔徑和焦距與景深有關(guān)。對照相物鏡來說，相對孔徑越小即光圈越小，那么景深越大；在相同的條件下，焦距越小如短焦距的廣角鏡頭，那么景深越大。 5分辨率分辨率是光學(xué)系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)，指光學(xué)系統(tǒng)剛好能分辨的兩物體之間的最小間隔。6變焦距物鏡系統(tǒng)對同一攝像系統(tǒng)而言，有時要求擁有長焦距物鏡，用來分辨遠(yuǎn)距離的小目標(biāo)，有時又要求配備短焦距，以便在一個較大的視場中

6、攝取一個較大空間的像。變焦距物鏡系統(tǒng)的出現(xiàn)滿足了上述要求的需要，當(dāng)攝像物鏡系統(tǒng)的焦距及視場在一定范圍內(nèi)改變時，其在CCD靶面上的像面位置保持穩(wěn)定。鏡頭的參數(shù)鏡頭是視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備中的重要部件之一，又稱攝像鏡頭。鏡頭的參數(shù)主要包括：成像尺寸、焦距、相對孔徑、視場角等，一般在鏡頭所附的說明書中都有注明。1 成像尺寸 當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸大時，不會影響成像，如左圖所示。而當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸小時，畫面的四個角上將出現(xiàn)如右圖所示的黑角，原因是成像的畫面四周被鏡筒遮擋。 2. 焦距 鏡頭的焦距為構(gòu)成鏡頭的組合光組的焦距，其符號為f，決定攝取圖大小。用不同焦距的鏡頭對同一位

7、置的某物體攝像時，配長焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的景物尺寸就大，反之亦然。正確選擇鏡頭的焦距，可解決攝像機(jī)能看清多么遠(yuǎn)的物體與看清多么寬的場景的問題。 3. 相對孔徑相對孔徑是指鏡頭的實(shí)際有效孔徑D與焦距 f 之比，常用相對孔徑的倒數(shù)來表示鏡頭光闌的大小，稱為光圈，在鏡頭上標(biāo)注有1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22等序列值。一般鏡頭所標(biāo)的F值均指該鏡頭的最小光闌數(shù)，表示此鏡頭的最大通光特性。因此，F(xiàn)值越小，說明該鏡頭的最大通光性越好。 4. 視場角 視場角指鏡頭對其確定視野的高度和寬度的張角，符號為，又分為水平視場角h和垂直視場角v。視場角與焦距 f 呈反比，與攝像

8、機(jī)靶面的水平和垂直尺寸呈正比。假設(shè)鏡頭視場角過小，會造成監(jiān)控死角；過大又會使監(jiān)控對象尺寸太小。在實(shí)際應(yīng)用時，需要按照具體的應(yīng)用環(huán)境選擇視場角適宜的鏡頭。 各類型的鏡頭鏡頭的種類有多種，每一種鏡頭都有其特點(diǎn)，功能與結(jié)構(gòu)也不盡相同，而且價格相差非常大，所以，應(yīng)該了解各種鏡頭的特性，以便在實(shí)際應(yīng)用中正確、靈活地選擇鏡頭。 1. 固定光圈定焦鏡頭固定光圈定焦鏡頭是最簡單的鏡頭之一，結(jié)構(gòu)簡單，價格廉價。此鏡頭上只有一個可手動調(diào)整的對焦調(diào)整環(huán)，左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可使成在CCD靶面上的像最為清晰。該鏡頭沒有光圈調(diào)整環(huán)，其光圈不可調(diào)。固定光圈定焦鏡頭一般用于光照度比較均勻的場合，如室內(nèi)全天以燈光照明為主的場合。 2

9、. 手動光圈定焦鏡頭手動光圈定焦鏡頭是在固定光圈定焦鏡頭的根底上增加光圈調(diào)整環(huán)而成的，價格相對也比較廉價。其光圈調(diào)整范圍一般可從F1.2或F1.4到全關(guān)閉。手動光圈定焦鏡頭光圈的調(diào)整是通過手動人為進(jìn)行，所以當(dāng)攝像機(jī)安裝位置固定后，就不能再頻繁地調(diào)整光圈了，適合在光照度比較均勻的場合使用。3. 自動光圈定焦鏡頭自動光圈定焦鏡頭相當(dāng)于在手動光圈定焦鏡頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加一個由齒輪嚙合傳動的微型電動機(jī)，并從其驅(qū)動電路上引出3或4芯的屏蔽線，接到攝像機(jī)的自動光圈接口座上。 自動光圈定焦的原理當(dāng)進(jìn)入鏡頭的光通量變化時，攝像機(jī)CCD靶面上產(chǎn)生的電荷量也相應(yīng)地發(fā)生變化，使得視頻信號電平或其整流濾波后的平均電

10、平發(fā)生變化，產(chǎn)生一個控制信號，并通過自動光圈接口座上的3或4芯線傳送給自動光圈鏡頭，使鏡頭內(nèi)的微型電動機(jī)相應(yīng)地做正向或反向轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整光圈的大小。4. 手動變焦鏡頭 手動變焦鏡頭有一個焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距，其變比一般為23倍，焦距一般在3.68 mm。帶自動光圈的手動變焦鏡頭有直流驅(qū)動和視頻驅(qū)動兩類。 實(shí)際應(yīng)用時，手動調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán)，可方便地選擇被監(jiān)視現(xiàn)場的視場角。假設(shè)對監(jiān)視現(xiàn)場的環(huán)境情況不熟悉，就有必要采用此鏡頭。對大多數(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，手動變焦鏡頭一般用在以下兩種場合。1對視場要求較為嚴(yán)格，且用定焦鏡頭又不易滿足要求的場合。2在照片底片分析、文件微縮等桌面近距離

11、攝像工作環(huán)境中。 5. 自動光圈電動變焦鏡頭自動光圈電動變焦鏡頭是在自動光圈定焦鏡頭的根底上增加兩個微型電動機(jī)構(gòu)成的，其中一個電動機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動時可改變鏡頭的焦距；另一個電動機(jī)與鏡頭的對焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動時可完成鏡頭的對焦。6. 電動三可變鏡頭 電動三可變鏡頭是在電動兩可變鏡頭的根底上開展起來的，它把光圈調(diào)整電動機(jī)的控制由自由控制方式改為由控制器手動控制，因此包含三個微型電動機(jī)，引出一組6芯控制線與鏡頭控制器相連。常見的電動三可變鏡頭有6倍、10倍和12倍等幾種規(guī)格。7. 針孔鏡頭 針孔鏡頭的孔徑一般僅為1 mm左右，主要用在隱蔽監(jiān)視的場合。標(biāo)準(zhǔn)型針孔鏡頭具有較細(xì)且

12、很長的鏡筒，鏡筒前端呈錐形，內(nèi)有一個微小的“針孔，其后端那么與普通鏡頭一樣，可以方便地與攝像機(jī)配接。由于“針孔很小，因此針孔鏡頭的相對孔徑很小光闌F數(shù)較大，與攝像機(jī)配合使用時，透過針孔鏡頭的光通量也很小，使攝像機(jī)的成像質(zhì)量下降圖像的亮度不夠，信噪比變差。因此，配用針孔鏡頭的攝像機(jī)最好選用低照度型的，并盡可能保證監(jiān)視場所的光照度。 8. 一體機(jī)專用鏡頭 一體機(jī)專用鏡頭通常都是自動光圈的變焦鏡頭，其中很多還具有自動聚焦功能。和其他鏡頭不同的是，一體機(jī)專用鏡頭沒有全封閉的外殼、C或CS接口，一體機(jī)專用鏡頭是一種半成品，都是由一體機(jī)生產(chǎn)廠家直接與鏡頭生產(chǎn)廠家定制或選購，使之與自己生產(chǎn)或組裝的CCD或C

13、MOS圖像傳感器及相應(yīng)的攝像機(jī)電路相匹配，再配以適宜的外殼而構(gòu)成完整的一體化攝像機(jī)。 鏡頭的選擇與維護(hù)1應(yīng)用鏡頭選擇計算尺選擇鏡頭1. 選擇鏡頭鏡頭選擇計算尺鏡頭選擇計算尺由上、下兩個圓盤及一個透明的扇形片組成，圓盤及扇形片上均有刻度，分別標(biāo)有視場角、被攝物體的水平尺寸及垂直尺寸、鏡頭的焦距、CCD芯片靶面尺寸及被攝物體距CCD攝像機(jī)的距離等參數(shù)。使用時，應(yīng)該先依據(jù)某個事先確定的量，計算出其他量。例如，確定1/3 in CCD攝像機(jī)配用8 mm鏡頭時的視場角，以及在3 m攝距時被攝物體在監(jiān)視器屏幕上所占面積的大小： 旋轉(zhuǎn)扇形片，使標(biāo)有1/3 in的CCD靶面尺寸刻度線對準(zhǔn)上圓盤上8 mm的焦距

14、刻度線。這時，扇形片上的H線即指明該鏡頭的水平視場角約為33，V線那么指明鏡頭的垂直視場角約為25； 旋轉(zhuǎn)下圓盤，使物距刻度線對準(zhǔn)3 m。此時扇形片上H線的下方對應(yīng)物體尺寸刻度線1.6，說明1/3 in的CCD攝像機(jī)在配用8 mm鏡頭時，可以將3 m遠(yuǎn)、1.6 m寬的物體攝入監(jiān)視器； 當(dāng)物距增加到5 m時，攝入物體的寬度可達(dá)2.7 m。也可先用該盤選定物距及被攝取物體的大小，最后估算出應(yīng)配用鏡頭的焦距。 2cosmicar.exe應(yīng)用程序選擇鏡頭圖示為鏡頭廠商專門編制的cosmicar.exe鏡頭選擇應(yīng)用程序界面。 cosmicar.exe應(yīng)用程序的功能 此程序運(yùn)行時，假設(shè)參數(shù)輸入?yún)^(qū)輸入給定的被監(jiān)視場景物體的大小及其距攝像機(jī)的距離，程序會自動給出最正確的鏡頭選擇參數(shù)列表，并可以打印輸出。 假設(shè)是輸入一個選定的鏡頭