安防系統(tǒng)規(guī)范與技術(shù)5視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本知識(shí)

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1、,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Dong Chunli Confidential,*,STUDENT FULFILLMENT,STUDENT FULFILLMENT,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,

2、Dong Chunli Confidential,*,1,第二章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)根本知識(shí),第一節(jié) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概念與組成,第二節(jié) 圖像產(chǎn)生根底知識(shí),第三節(jié) 攝像機(jī)根底知識(shí),第四節(jié) 監(jiān)視器根底知識(shí),第五節(jié) 數(shù)字視頻壓縮根底知識(shí),第三節(jié) 攝像機(jī)根底知識(shí),攝像機(jī)主要傳感部件是,CCD,和,CMOS,圖像傳感器。,它們的作用是對(duì)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行攝像并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。,CCD,和,CMOS,圖像傳感器的工作原理是：,被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，,經(jīng)鏡頭聚焦到,CCD,和,CMOS,圖像傳感器芯片上，,圖像傳感器根據(jù)光的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，,產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號(hào)，,經(jīng)過(guò)濾波、放大處理，

3、通過(guò)攝像頭的輸出端子輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號(hào),一、攝像機(jī)圖像傳感器 一CCD圖像傳感器,CCD電荷耦合器件Charge Couple Device,是一種金屬氧化物半導(dǎo)體MOS集成電路器件。,它以電荷作為信號(hào)，根本功能是進(jìn)行電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。,CCD圖像傳感器：由CCD電荷耦合器件制成，,是固態(tài)圖像傳感器的一種，,是在MOS集成電路根底上開展起來(lái)的，,能進(jìn)行圖像信息光電轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、延時(shí)和按順序傳送。,一、攝像機(jī)圖像傳感器 一CCD圖像傳感器,1電荷耦合器件,CCD電荷耦合器件是按一定規(guī)律排列的MOS電容器組成的陣列。,在P型或N型硅襯底上生長(zhǎng)一層很薄約1200A的二氧化硅，,再在二氧化

4、硅薄層上依次沉積金屬或摻雜多晶硅形成電極，稱為柵極。,該柵極和P型或N型硅襯底就形成了規(guī)那么的MOS電容器陣列。,一、攝像機(jī)圖像傳感器 一CCD圖像傳感器,1電荷耦合器件,每一個(gè)MOS電容器實(shí)際上就是一個(gè)光敏元件。,光照射到MOS電容器的P型硅襯底上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)光生電荷，,電子被柵極吸引存儲(chǔ)在陷阱中。,入射光強(qiáng)，那么光生電荷多，入射光弱，那么光生電荷少。,無(wú)光照的MOS電容器那么無(wú)光生電荷。,假設(shè)停止光照，由于陷阱的作用，電荷在一定時(shí)間內(nèi)也不會(huì)消失，,可實(shí)現(xiàn)對(duì)光照的記憶。,一、攝像機(jī)圖像傳感器 一CCD圖像傳感器,1,電荷耦合器件,MOS,電容器可以被設(shè)計(jì)成線陣或面陣。,一維的線陣接收

5、一條光線的照射。二維的面陣接收一個(gè)平面的光線的照射。,CCD,攝像機(jī)、照相機(jī)使用的是二維的面陣。,CCD,電荷耦合器件的集成度很高，,在一塊硅片上制造了緊密排列的許多,MOS,電容器光敏元件。,線陣的光敏元件數(shù)目從,256,個(gè)到,4096,個(gè)或更多。,在,CCD,芯片上同時(shí)集成有掃描電路，,能在外加時(shí)鐘脈沖的控制下，產(chǎn)生三相時(shí)序脈沖信號(hào)，由左到右，由上到下,將存儲(chǔ)在整個(gè)面陣的光敏元件下面的電荷逐位、逐行地以串行模擬信號(hào)輸出,一、攝像機(jī)圖像傳感器 一CCD圖像傳感器,3,CCD,圖像傳感器應(yīng)用,CCD,電荷耦合器件單位面積光敏元件位數(shù)很多、,一個(gè)光敏元件形成一個(gè)像素，,成像分辨率高、信噪比大、動(dòng)

6、態(tài)范圍大，可以在微光下工作。,彩色圖像傳感器采用三個(gè)光敏二極管組成一個(gè)像素的方法。,被測(cè)景物圖像的每一個(gè)光點(diǎn)由彩色矩陣濾光片分解為紅、綠、藍(lán)三個(gè)光點(diǎn)，,分別照射到每一個(gè)像素的三個(gè)光敏二極管上，,各自產(chǎn)生的光生電荷分別代表該像素紅、綠、藍(lán)三個(gè)光點(diǎn)的亮度。,經(jīng)輸出和傳輸后，可在顯示器上重新組合，顯示出每一個(gè)像素的原始彩色。,一、攝像機(jī)圖像傳感器 二CMOS圖像傳感器,1,CMOS,光電轉(zhuǎn)換器件,CMOS,圖像傳感器是,按一定規(guī)律排列的互補(bǔ)型金屬,氧化物,半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管組成的陣列。,CMOS,型放大器，如圖,以,E,型,NMOS,場(chǎng)效應(yīng)管,V1,作為共源放大管，,以,E,型,PMOS,場(chǎng)效應(yīng)管,V2

7、,、,V3,構(gòu)成的鏡像電流源作為有源負(fù)載,CMOS,型放大器是,由,NMOS,場(chǎng)效應(yīng)管和,PMOS,場(chǎng)效應(yīng)管組合而成的互補(bǔ)放大電路，,CMOS,就叫互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體。,一、攝像機(jī)圖像傳感器 二CMOS圖像傳感器,1CMOS光電轉(zhuǎn)換器件,CMOS型光電變換器件原理。,與CMOS型放大器源極相連的P型半導(dǎo)體襯底充當(dāng)光電變換器的感光局部。,放大器的柵源電壓uGS=0時(shí)，CMOS型放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，即iD=0。,P型襯底受光信號(hào)照射產(chǎn)生并積蓄光生電荷，,CMOS型光電變換器件同樣有存儲(chǔ)電荷的功能。,當(dāng)積蓄過(guò)程結(jié)束，柵源之間加上開啟電壓時(shí)，,源極通過(guò)漏極負(fù)載電阻對(duì)外接電容充電形成電流即為光信號(hào)轉(zhuǎn)

8、換為電信號(hào),一、攝像機(jī)圖像傳感器 二CMOS圖像傳感器,2CMOS圖像產(chǎn)生原理,利用CMOS型光電變換器件可以做成CMOS圖像傳感器。,CMOS線型圖像傳感器由,光敏二極管和CMOS型放大器陣列以及掃描電路集成在一塊芯片上制成。,一個(gè)光敏二極管和一個(gè)CMOS型放大器組成一個(gè)像素。,光敏二極管陣列在受到光照時(shí)，便產(chǎn)生相應(yīng)于入射光量的電荷。,掃描電路以時(shí)時(shí)間間隔輪流給CMOS型放大器陣列的各個(gè)柵極加上電壓，,CMOS放大器輪流進(jìn)入放大狀態(tài)將光敏二極管陣列的光生電荷放大輸出。,CMOS面型圖像傳感器那么是由光敏二極管和CMOS放大器,組成二維像素矩陣，分設(shè)水平垂直選址掃描電路,水平與垂直選址掃描電路

9、發(fā)出的掃描脈沖電壓，由左到右，由上到下，,分別使各個(gè)像素的CMOS型放大器處于放大狀態(tài)。,二維像素矩陣面上各個(gè)像素的光敏二極管光生和積蓄的電荷依次放大輸出,二、攝像機(jī)的工作原理,1黑白CCD攝像機(jī),CDS是相關(guān)雙取樣電路Correlated Double Sampling，,CCD每個(gè)像素的輸出波形只在局部時(shí)間是圖像信號(hào)，其余時(shí)間內(nèi)是復(fù)位電平和干擾。,采用取樣保持電路取出圖像信號(hào)，直到取樣下一個(gè)像素信號(hào)。,驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生CCD傳感器所需的,垂直CCD移位存放器多相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)，,水平CCD讀出存放器多相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)等各種脈沖信號(hào)和視頻通道所需的箝位和取樣脈沖。,同步信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生行推動(dòng)

10、、場(chǎng)推動(dòng)、復(fù)合消隱、復(fù)合同步等各種電視信號(hào)脈沖。,信號(hào)放大處理電路包括AGC放大、校正、白電平限幅、黑電平箝位等電路。,疊加電路將經(jīng)過(guò)處理的視頻信號(hào)與復(fù)合同步、復(fù)合消隱信號(hào)疊加成全電視信號(hào)。,輸出驅(qū)動(dòng)電路那么將全電視信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，適配75電纜。,黑白攝像機(jī)還會(huì)有自動(dòng)光圈接口、電源同步接口、外同步接口、亮度控制等附加電路。,二、攝像機(jī)的工作原理,3單片彩色CCD攝像機(jī),應(yīng)用電視中所用的彩色攝像機(jī)都是單片式彩色CCD攝像機(jī)。,一片CCD傳感器對(duì)三種基色光感光，單片式彩色CCD攝像機(jī)分辨率低，但本錢也低。,用一個(gè)CCD傳感器產(chǎn)生R、G、B三種顏色的信號(hào)，必須用濾色器將光進(jìn)行分色。,單片CCD傳感器輸

11、出的信號(hào)為紅、綠、藍(lán)混合信號(hào)，,通過(guò)彩色信號(hào)別離電路才能分解出紅、綠、藍(lán)基色信號(hào)。,CCD傳感器的輸出信號(hào)是由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)脈沖控制的，與時(shí)鐘脈沖有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，,取樣保持電路中用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)脈沖形成的相位與時(shí)鐘脈沖一致的脈沖取樣，別離出相應(yīng)的基色信號(hào),13,第二章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)根本知識(shí),第一節(jié) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概念與組成,第二節(jié) 圖像產(chǎn)生根底知識(shí),第三節(jié) 攝像機(jī)根底知識(shí),第四節(jié) 監(jiān)視器根底知識(shí),第五節(jié) 數(shù)字視頻壓縮根底知識(shí),第四節(jié) 監(jiān)視器根底知識(shí),監(jiān)視器是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中最常用的圖像顯示設(shè)備。,與攝像機(jī)相反，它所完成的根本物理變換是電光轉(zhuǎn)換，,即把圖像信號(hào)復(fù)原為與原景物圖像相似的可視圖像。,監(jiān)視器與電視

12、接收機(jī)有許多共同之處，主要的差異在于：,監(jiān)視器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡可能逼真地復(fù)原圖像，,而電視機(jī)那么主要考慮如何滿足人眼的視覺效果。,監(jiān)視器通常還具有,外同步，欠掃描、逆程顯示、A-B顯示以及直流恢復(fù)、電纜補(bǔ)償?shù)裙δ堋?一、黑白監(jiān)視器,典型黑白監(jiān)視器的電路原理框圖,全電視信號(hào)放大后去調(diào)制顯像管電子束，,送同步別離電路別離出復(fù)合同步信號(hào)，再別離出場(chǎng)和行同步信號(hào)，,場(chǎng)同步信號(hào)去同步由場(chǎng)振蕩、場(chǎng)鼓勵(lì)和場(chǎng)輸出組成的場(chǎng)掃描電路,行同步信號(hào)變換為AFC去同步由行振蕩，行鼓勵(lì)和行輸出組成的行掃描電路。,K2為同步選擇開關(guān)，行、場(chǎng)掃描電路會(huì)被內(nèi)、外同步信號(hào)所同步。,K1為75終接電阻開關(guān)，單臺(tái)和多臺(tái)監(jiān)視器顯示時(shí)，視

13、頻輸入端接或不接75,一、黑白監(jiān)視器,1視頻通道,視頻通道的功能是把輸入的1Vp-p左右的視頻信號(hào)無(wú)失真地放大，,使之能夠送至顯像管的調(diào)制極視顯像管的調(diào)制方式是陰極或是柵極，,去調(diào)制電子束的強(qiáng)度。,對(duì)視頻通道電路的主要要求是：,足夠的增益，根據(jù)不同的調(diào)制方式要求有3446dB的增益。,足夠的帶寬，為能良好地顯示高分辨率攝像機(jī)和高質(zhì)量信號(hào)源的圖像，,一般要求有8MHz以上的帶寬，幅度頻率曲線要平坦，以保證良好的相頻特性。,非線性失真要小，由于攝像機(jī)已設(shè)置校正電路，因此監(jiān)視器視頻通道電路不進(jìn)行失真處理。要求其非線性失真要盡可能的小。,調(diào)節(jié)比照度時(shí)只改變視頻放大器的增益，不影響放大器的頻率響應(yīng)。,有

14、些監(jiān)視器的視頻通道電路還包括DC恢復(fù)功能和電纜高頻補(bǔ)償功能。,一、黑白監(jiān)視器,2同步別離,同步別離電路的任務(wù)是,從全電視信號(hào)中將場(chǎng)、行同步信號(hào)與視頻圖像信號(hào)分開，,再根據(jù)場(chǎng)、行同步信號(hào)脈寬不同的特點(diǎn)，,將它們分成場(chǎng)同步脈沖和行同步脈沖，,再分別去控制場(chǎng)、行振蕩器。,為了增強(qiáng)同步別離電路的抗干擾能力，均設(shè)置干擾脈沖抑制電路。,一、黑白監(jiān)視器,3掃描電路,掃描電路根本功能是向行、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈提供鋸齒波電流，使之產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,場(chǎng)掃描電路場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈工作頻率為50Hz，表現(xiàn)為純電阻性。,場(chǎng)輸出電路向其提供鋸齒波電壓即可。,采用多諧振蕩器或間歇振蕩器產(chǎn)生50Hz鋸齒電壓，經(jīng)推動(dòng)級(jí)，供給場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈。,行掃描

15、電路由于行偏轉(zhuǎn)線圈在行頻率15625Hz時(shí)呈電感性，,必須向其供給脈沖電壓，才能使行偏轉(zhuǎn)線圈中流過(guò)鋸齒電流。,行振蕩產(chǎn)生15625Hz的脈沖電壓經(jīng)鼓勵(lì)電路整形、放大、由輸出級(jí)供給行偏轉(zhuǎn)線圈，,行偏轉(zhuǎn)線圈中就會(huì)有鋸齒波電流形成。,行輸出級(jí)工作在開關(guān)狀態(tài)，輸出管集電極的電壓波形是逆程脈沖。,逆程脈沖經(jīng)高壓變壓器升壓，整流形成顯像管所需的高壓和中壓。,同時(shí)這里也將行掃描頻率采樣，反響至AFC電路。,一、黑白監(jiān)視器,4黑白監(jiān)視器的測(cè)試,國(guó)家制定了黑白監(jiān)視器通用技術(shù)條件，,對(duì)播送級(jí)和通用型監(jiān)視器規(guī)定了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。,測(cè)試工程要求使用專用儀器設(shè)備，一般在廠家批量生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行測(cè)試。,這里僅介紹幾項(xiàng)主要的技

16、術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。,監(jiān)視器的測(cè)試在一般自然環(huán)境下進(jìn)行，,電視信號(hào)發(fā)生器和具有20MHz帶寬同步示波器是必須具備的儀器。,所有工程的測(cè)試都不需要翻開機(jī)箱或?qū)?nèi)部電路作任何調(diào)整。,一、黑白監(jiān)視器,1水平分辨率,水平分辨率表示沿水平方向分解圖像細(xì)節(jié)的能力，通常以分辨電視線數(shù)表示。,進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)試要以標(biāo)準(zhǔn)幅度單頻率正弦波信號(hào)作為監(jiān)視器的輸入信號(hào)，,電視信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為單頻率正弦波信號(hào)，,用示波器觀察電視信號(hào)發(fā)生器輸出波形如圖2-34a所示，,將該信號(hào)作為監(jiān)視器的輸入信號(hào)，監(jiān)視器屏幕將顯示出垂直條。,逐漸升高正弦信號(hào)的頻率，垂直條逐漸變細(xì)，變多，,當(dāng)頻率升至恰好不能分辨垂直細(xì)條時(shí)，讀出正弦波頻率，計(jì)算水平分辨率：,M=80Z,Z為正弦波的頻率，單位為MHz。M為水平分辨率，單位為TVL電視線,一、黑白監(jiān)視器,2亮度鑒別等級(jí),亮度鑒別等級(jí)又稱為灰度等級(jí)。,是指監(jiān)視器圖像從最黑局部到最白局部之間能夠區(qū)別的亮度等級(jí),它反映了熒光屏亮度變化的范圍，也反映了視頻通道電路的非線性失真。,進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試所需的信號(hào)為十階梯信號(hào)，,電視信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為10階梯信號(hào)，示波器觀察電視信號(hào)發(fā)生器輸出波形,將該信號(hào)作為監(jiān)視器