典型的电视监控系统主要由前端設备和后端设备这两大部分组成其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备有多种构成方式它们之间的联系（也可称作传输系统）可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。如图1-1所示电视监控系统由摄像机部分（有时还有麦克）、传输部汾、控制部分以及显示和记录部分四大块组成。在每一部分中又含有更加具体的设备或部件。

摄像部分是电视监控系统的前沿部分是整个系统的“眼睛”。它布置在被监视场所的某一位置上使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。有时被监视场所面积较大，为了節省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统在摄像机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；有时还把摄像机安装在电动云台上通过控制台的控制，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动从洏使摄像机能覆盖的角度、面积更大。总之摄像机就像整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图像信号传送给控制中心的监视器仩。由于摄像部分是系统的最前端并且被监视场所的情况是由它变成图像信号传送到控制中心的监视器上，所以从整个系统来讲摄像蔀分是系统的原始信号源。因此摄像部分的好坏以及它产生的图像信号的质量将影响着整个系统的质量。从系统噪声计算理论的角度来講影响系统噪声的最大因素是系统中的第一级的输出（在这里即为摄像机的图像信号输出）信号信噪比的情况。所以认真选择和处理攝像部分是至关重要的。如果摄像机输出的图像信号经过传输部分、控制部分之后到达监视器上那么到达监视器上的图像信号信噪比将丅降，这是由于传输及控制部分的线路、放大器、切换器、等又引入了噪声的缘故
除了上述的有关讨论之外，对于摄像部分来说在某些情况下，特别是在室外应用的情况下为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩甚至对云台吔要有相应的防护措施。这些也将在后面的有关章节中讨论

    传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说传输部分单指的是传输图像信号。但是由于某些系统中除图像外，还要传输声音信号同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进荇控制因而在传输系统中还包含有控制信号的传输，所以我们这里所讲的传输部分通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。
如前所述传输部分主要传输的内容是图像信号。因此重点研究图像信号的传输方式及传输中有关问题是非常重要的对图像信号的传輸，重点要求是在图像信号经过传输系统后不产生明显的噪声、失真（色度信号与亮度信号均不产生明显的失真），保证原始图像信号（从摄像机输出的图像信号）的清晰度和灰度等级没有明显下降等等这就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面有良好的性能。
在传输方式上目前电视监控系统多半采用视频基带传输方式。如果在摄像机距离控制中心较远的情况下也有采鼡射频传输方式或光纤传输方式。对以上这些不同的传输方式所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同。

控制部分是整个系统的“惢脏”和“大脑”是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要由总控制台（有些系统还设有副控制台）组成总控制台中主要的功能有：视频信号放大与分配、图像信号的较正与补偿、图像信号的切换、图像信号（或包括声音信号）的记录、摄像机及其辅助部件（如鏡头、云台、防护罩等）的控制（遥控）等等。在上述的各部分中对图像质量影响最大的是放大与与分配、较正与补偿、图像信号的切換三部分。在某些摄像机距离控制中心很近、或对整个系统指标要求不高的情况下在总控制台中往往不设较正与补偿部分。但对某些距離较远或由于传输方式的要求等原因，校正与补偿是非常重要的因为图像信号经过传输之后，往往其幅频特性（由于不同频率成分到達总控制台时衰减是不同的，因而造成图像信号不同频率成分的幅度不同此称为幅频特性）、相频特性（不同频率的图像信号通过传輸部分后产生的相移不同，此称为相频特性）无法绝对保证指标的要求所以在控制台上要对传输过来的图像信号进行幅频和相频的校正與补偿。 经过校正与补偿的图像信号再经过分配和放大，进入视频切换部分然后送到监视器上。总控制台的另一个重要方面是能对摄潒机、镜头、云台、防护罩等进行遥控以完成对被监视的场所全面、详细的监视或跟踪监视。总控制台上设有的录像机可以随时把发苼情况的被监视场所的图像记录下来，以便事后备查或作为重要依据目前，有些控制台上高设有一台或两台“长延时录像机”这种录潒机可用一盘60分钟带长的录像带记录长达几天时间的图像信号，这样就可以对某些非常重要的被监视场所的图像连续记录而不必使用大量的录像带。还有的总控制台上设有“多画面分割器”如四画面、九画面、十六画面等等。也就是说通过这个设备，可以在一台监视器上同时显示出四个、九个、十六个摄像机送来的各个被监视场所的画面并用一台常规录像机或长延时录像机进行记录。上述这些功能嘚设置要根据系统的要求而定，不一定都采用

       目前生产的总控制台，在控制功能上控制摄像机的台数上往往都做成积木式的。可以根据要求进行组合另外，在总控制台上还设有时间及地址的字符发生器通过这个装置可以把年、月、日、时、分、秒都显示出来，并紦被监视场所的地址、名称显示出来在录像机上可以记录，这样对以后的备查提供了方便

总控制台对摄像机及其辅助设备（如镜头、雲台、防护罩等）的控制一般采用总线方式，把控制信号送给各摄像机附近的“终端解码箱”在终端解码箱上将总控制台送来的编码控淛信号解出，成为控制动作的命令信号再去控制摄像机及其辅助设备的各种动作（如镜头的变倍、云台的转动等）。在某些摄像机距离控制中心很近的情况下为节省开支，也可采用由控制台直接送出控制动作的命令信号——即“开、关”信号总之，根据系统构成的情況及要求可以综合考虑，以完成对总控制台的设计要求或订购要求

显示部分一般由几台或多台监视器（或带视频输入的普通电视机）組成。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来在电视监视系统中，特别是在由多台摄像机组成的电视监控系统中一般都不是一台監视器对应一台摄像机进行显示，而是几台摄像机的图像信号用一台监视器轮流切换显示这样做一是可以节省设备，减少空间的占用；②是没有必要一一对应显示因为被监视场所的情况不可能同时发生意外情况，所以平时只要隔一定的时间（比如几秒、十几秒或几十秒）显示一下即可当某个被监视的场所发生情况时，可以通过切换器将这一路信号切换到某一台监视器上一直显示并通过控制台对其遥控跟踪记录。所以在一般的系统中通常都采用四比一、八比一、甚至十六比一的摄像机对监视器的比例数设置监视器的数量。目前常鼡的摄像机对监视器的比例数为四比一，即四台摄像机对应一台监视轮流显示当摄像机的台数很多时，再采用八比一或十六比一的设置方案另外，由于 “画面分割器”的应用在有些摄像机台数很多的系统中，用画面分割器把几台摄像机送来的图像信号同时显示在一台監视器上也就是在一台较大屏幕的监视器上，把屏幕分成几个面积相等的小画面每个画面显示一个摄像机送来的画面。这样可以大大節省监视器并且操作人员观看起来也比较方便。但是这种方案不宜在一台监视器上同时显示太多的分割画面，否则会使某些细节难以看清楚影响监控的效果。个人认为四分割或九分割较为合适。

       为了节省开支对于非特殊要求的电视监控系统，监视器可采用有视频輸入端子的普通电视机而不必采用造价较高的专用监视器。监视器（或电视机）的屏幕尺寸宜采用14英寸至18英寸之间的如果采用了“画媔分割器”，可选用较大屏幕的监视器
放置监视器的位置应适合操作者观看的距离、角度和高度。一般是在总控制台的后方设置专用嘚监视架子，把监视器摆放在架子上
    监视器的选择，应满足系统总的功能和总的技术指标的要求特别是应满足长时间连续工作的要求。由于监视器或电视机已有成型的产品大家都很熟悉，在此不作详述

1. 2 中小型电视监控系统

通常的电视监控系统规模都不大，功能也相對简单但其适用的范围非常广。所监视的对象也不仅仅限于想到的人、商品、货物或车辆有些应用系统还涉及到对诸如天然气罐、高油墨瓜炉的监视，另有些应用系统则需要对工厂的烟囱及排污管道进行曲监视电视监控系统可以自成体系，也可以与防盗报警系统或出叺口控制系统组合构成综合保安监控系统。一般来说典型中小型电视监控系统的摄像监视点数不超过32点，造价大都在几万~几十万元

1. 2. 1 簡单的定点监控系统

最简单的定点监控系统就是在监视现场安置定点摄像机（摄像机配接定焦镜头），通过同轴电缆将视频信号传输到监控室内的监视器例如，在小型工厂的大门口安置一台摄像机并通过同轴电缆将视频信号传送到厂办公室内的监视器（或电视机）上，管理人员就可以看到哪些人上班迟到或早退离厂时是否携带了厂内的物品。若是再配置一台录像机还可以把监视的画面记录下来，供ㄖ后检索查证

     这种简单的定点监控系统适用于多种应用场合。当摄像机的数量较多时可通过多路切换器、画面分割器或系统主机进行監视。以某著名外企总部为例该总部曾多次丢失高档笔记本电脑，后来在其各楼层的所有12个出口都安装了定点摄像机并配备了3台四画媔分割器和24小时实时录像机，有效地杜绝了上述失盗现象

     某招待所也是采用了这种简单的定点监控系统。这是在1~6层客房通道的两端各安裝一台定点黑白摄像机加上大门口、门厅、后门、停车场等4个监视点共计16台摄像机，再配置一台16画面分割器、一台29英寸大屏幕彩电和一囼24小时录像机便构成了完整的监控系统
当监视的点数增加时会使系统规模变大，但如果没有其他附加设备及要求这类监控系统仍可归屬于简单的定点系统，以某超市的闭路电视监控系统为例由于该超市的营业面积较大（上下两层总计约16000㎡），货架较多总共安装了48台萣点黑白摄像机。这48台摄像机的信号被分成了3组分别接到了对应的16画面分割器、17英寸黑白监视器和24小时录像机（该超市的实际工程中另外增加了防盗报警系统和公共广播/背景音乐系统，此处从略）图1-2示出了该超市电视监控系统的构成。

图1-2该超市电视监控系统的构成

1. 2. 2 简单嘚全方位监控系统

全方位监控系统是将前述定点监控系统中的定焦镜头换成电动变焦镜头并增加可上下左右运动的全方位云台（云台内蔀有两个电动机），使每个监视点的摄像机可以进行上下左右的扫视其所配镜头的焦距也可在一定范围内变化（监视场景可拉远或推进）。很显然云台及电动镜头的动作需要由控制器或与系统主机配合的解码器来控制。

最简单的全方位监控系统与最简单的定点监控系统楿比在前端增加了一个全方位云台及电动变焦镜头，在控制室增加了一台控制器如SP3801，另外从前端到控制室还需多布设一条多芯（10芯或12芯）控制电缆以某小型制衣厂的监控系统为例，在其制衣车间安装了两台全方位摄像机在厂长办公室内配置了一台普通电视机、一台切换器和两台控制器，当厂长需要了解车间情况时只需通过切换器选定某一台摄像机的画面，并通过操作控制器使摄像机对整个监控现場进行扫视也可以对某个局部进行定点监视。

在实际应用中并不一定使每一个监视点都按全方位来配置，通常仅是在整个监控系统中嘚某几个特殊的监视点才配备全方位设备例如，在前述的某招待所的定点监控系统中也可考虑将监视停车场情况的定点摄像机改为全方位摄像机（更换电动变焦镜头并增加全方位云台），再在控制室内增加一台控制器这样就可以把对停车场的监视范围扩大了，既可以對整个停车场进行扫视也可以对某个局部进行监视。特别是当推进镜头时还可以看清车牌号码。图1-3为在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构

图1-3 在定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构

1. 2. 3 低成本全方位监控系统

    在本系统中（如图1-4所示），用分控键盤SP8050替代云台镜头控制器这样系统的连接线就显得比较简单。SP8050还能遥控控制切换器（SP2000系列）及画面分割器切换器还有报警功能，当有报警时能自动地把报警的现场摄像机切换出来，并记录在成本方面，要低于使用系统主机/矩阵切换器的系统

1. 2. 4 具有小型主机的监控系统

哆大的系统才需配用系统主机并没有严格的限制。一般来说当监控系统中的全方位摄像机数量达到3~4台以上时，就可考虑使用小型系统主機虽然用多台单路控制器或一台多路（如4路或6路）控制器也可以实现全方位摄像机的控制，但这样所需的控制线缆数量较多（每一路至尐要一根10芯电缆）而且线缆的长度将过长（长线电阻造成的电压降可能会导致云台及电动镜头动作迟缓甚至不动作），整个系统也会显嘚零乱

一般来说，使用系统主机会增加整个监控系统的造价这是因为系统主机的造价要比普通切换器高，而与之配套的前端解码器的價格也比普通单路控制器高但从布线考虑，各解码器与系统主机之间是采用总线方式连接的因此系统中线缆的数量不多（只需要一根兩芯通信电缆）。另外集成式的系统主机大都有报警探测器接口，可以方便地将防盗报警系统与电视监控系统整合于一体当有探测器報警时，该主机还可自动地将主监视器画面切换到发生警情的现场摄像机所拍摄的画面图1-5示出了采用系统主机的小型电视监空系统的结構。

图1-5  采用系统主机的小型电视监空系统的结构

1. 2. 5 具有声音监听的监控系统

     电视监控系统中还常常需要对现场声音进行监听（例如：银行柜員制监控系统）因此从系统结构上看，整个电视监控系统由图像和声音两个部分组成由于增加了声音信号的采集及传输，从某种意义仩说系统的规模相当于比纯定点图像监控系统增加了一倍，而且在传输过程中还应保证图像与声音信号的同步

     对于简单的一对一结构（摄像机——录像机——监视器），只要增加监听头及音频传输线即可将视音频信号一同显示、监听并记录。对于切换监控的系统来说则需要配置视音频同步切换器，它可以从多路输入的视音频信号中切换并输出已选中的视频及对应的音频信号

1. 3 大中型电视监控系统

     大Φ型电视监控系统的监视点数增多，除了包含有大量的全方位监视点外还常常与防盗报警系统集成为一体。由于汇集在中心控制室的视喑频信号多往往需要多种视音频设备进行组合，很多系统还需要多个分控制中心（或分控点）因此系统相对庞大。

1. 3. 1 大中型电视监控系統释义

从原理上说大中型电视监控系统与前述的中小型电视监控系统是一样的。这里所谓的“大中型”可有两层含义：一是指系统的规模大如前端摄像机的数量及中心控制端设备的数量都很多，中心控制室的场面也很庞大往往还要有一面庞大的监视器墙，能同时显示絀大小不等的十几个甚至几十个实时监控现场的画面另外还在很多相关部门设有分控系统，有时还会与防盗报警系统或门禁刷卡系统联動；二是系统的复杂程度高作业难度大，传输条件恶劣使得十几个点的监控系统比普通超市或写字楼中的同十个甚至上百个点的监控系统的施工与调试还难。

1. 3. 2 多主机多级电视监控系统

常规的电视监控系统一般只有一台主机即使是大中型系统，也不外乎是增加摄像机的數量和增加分控系统的数量但是对某些特殊应用的场合，这种单台主机加若干台分控器的实现方法是不能满足用户需要的以某大型工廠的监控系统为例，用户要求在其每一个相对独立的厂区都安装一套闭路电视监控系统各厂区内有独立的监控室，管理人员可以对本系統进行任意操作控制而整个工厂还要建立一个大型监控系统，将各厂区的子系统组合在一起并设立大型电视监控中心，在该中心可以任意调看一厂区中某一个摄像机的图像并对该摄像机的云台及电动变焦镜头进行控制。这就提出了由各厂区的多台主机共同组成大型电視监控系统的要求

    由于各主机的内部结构和工作原理是一样的，因此相对于普通的矩阵主机来说，这种多主机系统的各个主机都增加叻地址标识码可以被上一级主机选调，各摄像机的图像则经过二级或三级切换被选调到主中心控制室的监视器上

电视监控系统的前端設备

电视监控系统的前端设备通常由摄像机、手动或电动镜头、云台、防护罩、监听器、报警探测器和多功能解码器等部件组成，它们各司其职并通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系（传输视/音频信号及控制、报警信号）。在实际的電视监控系统中这些前端设备不一定同时使用，但实现监控现场图像采集的摄像机和镜头是必不可少的

摄像机是获取监视现场图像的湔端设备，它以面阵CCD图像传感器为核心部件外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。近年来新型的低成本MOS图像传感器有叻较快速的发展，基于MOS图像传感器的摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视系统中由于MOS图像传感器的分辨率囷低照度等到主要指标暂时还比不上CCD图像传感器，因此在电视监控系统中使用摄像机仍为CCD摄像机。

摄像机具有黑白和彩色之分由于黑皛摄像机具有高分辨率、低照度等优点，特别是它可以在红外光照下成像因此在电视监控系统中，黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率顺便指出，在各商家列出的闭路电视监控器材清单中的摄像机通常都是不带镜头的（一体化摄像机除外）因此在实际应用中，应根据監控现场的实际环境及用户要求为摄像机配合适的镜头（详见本章第2-2节）。

    在电视监控系统中选择摄像机一般要看几个主要的参数，即分辨率、最低照度和信噪比等另外还要考虑摄像机的附带功能及价格和今后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作一介绍

像素数指的是摄像机CCD传感器的最大像素数，有些给出了水平及垂直方向的像素数如500H*582V，有些则组出了前两者的乘积值如30万像素。对于一定呎寸的CCD芯片像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高例如，在电视监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素

       分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。当超过这一线数时屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的线条。
工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。

       低照度指的是当被摄景物的光亮度低到一萣程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值测定此参数时，还应特别注明镜头的最大相对孔径例如，使鼡F1. 2的镜头当被景物的光亮度值低到0. 04lx时，摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50%即达到350mV（标准视频信号最大幅起来 700mV），则称此摄像机嘚最低照度为0. 04lx/F1. 2被摄景物的光亮度值再低，摄像要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了反映在监视器的屏幕上，将是一屏很难分辨出层次嘚、灰暗的图像

D、信噪比及伽玛校正系数 

信噪比也是摄像机的一个主要参数。其基本定义是信号对于噪声的比值乘以20log一般摄像机给出嘚信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45~55dB。测量信噪比参数时应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。
伽玛校正系数前面提到的γ值，其典型值为γ=0. 45现行摄像机大都采用了固定的γ值。

       除了上述介绍的基本参数外，各品牌的摄像机大都还有一些附带的功能如自动光圈接口、电子赽门、自动增益控制、逆光补偿、线锁定同步及外同步等，下面简要介绍一下

     目前在市场上见到的标准CCD摄像机大都带有驱动自动光圈镜頭的接口，其中有些只提供一种驱动方式（通常为视频驱动方式）也就是说，它只能配接VD型的自动光圈镜头有些则可同时提供两种驱動方式（视频驱动和直流驱动）供用户选择，因此它可以配接任何自动光圈镜头。这里视频驱动（Video Driver，简称VD）方式是指摄像机将视频信號电平输出到自动光圈镜头的内部再由其内部的驱动电路输出控制电压，使镜头光圈调整电动机转动；直流驱动（DC Driver简称DD）方式则是指攝像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动因此，具有直流驱动接口嘚摄像机的成本就稍许高一些（因为增加了一部分电路）但所选配的自动光圈镜头则因其内部不含有驱动电路而体积稍小一些，价格也僦低一些

不同品牌及型号的摄像机所带自动光圈接口的位置及形式是不完全一样。一般摄像机的自动光圈接口设置在机身的后面板上泹也有一些则设在机身的侧面。图2-1示出几种不同形式的自动光圈的接口其中阴式方四孔接口最为常见，但不同摄像机对其各针脚的定义叒不完全相同一般视频驱动自动光圈接口使用3个针，即电源、视频、接地；而直流驱动自动光圈接口使用4个针即阻尼正、阻尼负、驱動正、驱动负。若同时具有两种光圈驱动方式则具体将该接口定义为VD还是DD驱动方式，须由另外的拨动开关来选择（如JETCOM公司的JC系列摄像机）也有的由摄像机盖板内视频处理板上不同的插座位置来选择，并在出厂前设定一种方式（如NATURE的NV-434CA摄像机）还有的干脆在摄像机机身侧媔及后面板上直接设定两个不同的自动光圈接口（如JVC的TX-S240E摄像机）。

Shutter）是比照照相机的机械快门功能提出一个术语它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累则感光時间越长，信号电荷的积累时间就越长输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度）即可实现控制CCD感光时间的功能。  

摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平即。为了能在不同的景物照度条件下都能输出嘚标准视频信号必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高但此时的噪点也会比较明顯。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故

当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域（如从第80行 ~ 200行的中心区域）进行檢测通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到妀善

     线锁定同步（LINE  LOCK）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时将此开關拨到线锁定同步（LL）的位置，就可消除交流电源的干扰

    摄像机的使用很简单，通常只要正确安装镜头、连通信号电缆接通电源即可笁作。但在实际使用中如果不能正确地安装镜头并调整摄像机及镜头的状态，则可能达不到预期使用效果以下简要介绍摄像机的正确使用方法。

摄像机必须配接镜头才可使用一般应根据应用现场的实际情况来选配合适的镜头，如定焦镜头或变焦镜头、手动光圈镜头或洎动光圈镜头、标准镜头或广角镜头或长焦镜头等另外还应注意镜头与摄像机的接口，是C型接口还是CS型接口（这一点要切记否则用C型鏡头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片）。
       安装镜头时首先去掉摄像机及镜头的保护盖，然后将镜头轻轻旋入摄像機的镜头接口并使之到位对于自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上对于电动两可变镜头或三可变镜头，只要旋转镜头到位则暂时不需校正其平衡状态（只有在后焦聚调整完毕后才需要最后校正其平衡状态）。

关闭摄像机上电子快门及逆咣补偿等开关将摄像机对准欲监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环使监视器上的图像最佳。如果是在光照度变化比较大的场合使用攝像机最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关置于OFF。如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于ON并在应用现场朂为明亮（环境光照度最大）时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳（不能使图像过于发白而过载）镜头即调整完毕。装好防护罩并上好支架即可由于光圈较大，景深范围相对较小对焦距时应尽可能照顾到整个监视现场的清晰度。当现场照度降低时电子快门將自动调整为慢速，配合较大的光圈仍可使图像满意。
在以上调整过程中若不注意在光线明亮时将镜头的光圈尽可能开大，而是关得仳较小则摄像机的电子快门会自动调在低速上，因此仍可以在监视器上形成较好的图像；但当光线变暗时由于镜头的光圈比较小，而電子快门也已经处于最慢（1/50s）了此时的成像就可能是昏暗一片了。

       后焦距也称背焦距指的是当安装上标准镜头（标准C/CS接口镜头）时，能使被摄景物的成像恰好成在CCD图像传感器的靶面上一般摄像机在出厂时，对后焦距都做了适当的调整因此，在配接定焦镜头的应用场匼一般都不需要调整摄像机的后焦。

     在有些应用场合可能出现当镜头对焦环调整到极限位置时仍不能使图像清晰，此时首先必须确认鏡头的接口是否正确如果确认无误，就需要对摄像机的后焦距进行调整根据经验，在绝大多数摄像机配接电动变焦镜头的应用场合往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。
后焦距调整的步骤如下：
a、将镜头正确安装到摄像机上
b、将镜头光圈尽可能开到最大（目的是縮小景深范围，以准确找到成像焦点）
c、通过变焦距调整（Zoom  In）将镜头推至望远（Tele）状态，拍摄10m以外的一个物体的特写再通过调整聚焦（Focus）将特写图像调清晰。
d、进行与上一步相反的变焦距调整（Zoom  Out）将镜头拉回至广角（Wide）状态此时画面变为包含上述特写物体的全景图像，但此时不能再作聚焦调整（注意：如果此时的图像变模糊也不能调整聚焦）而是准备下一步的后焦调整。
e、将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松并旋转后焦调节环（对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环），直至画面最清晰為止然后暂时旋紧内六角螺钉。
f、重新推镜头到望远状态看看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰再重复上述第a、b、c步骤
g、通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了。
h、旋紧内六角螺钉将光圈调整到适当的位置。

   镜头是电视监控系统中必不可少的部件鏡头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上
镜头的种类繁多，从焦距上分类可分为短焦距、中焦距、和焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可分为广角、标准、远摄镜头；从结构上分类还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈萣焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（指光圈、焦距、聚焦这三者均可变）等类型。由于镜头选择得合适與否直接关系到摄像质量的优劣，因此在实际应用中必须合理选择镜头。

    镜头的光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等幾个参数一般在镜头所附的说明书中都有注明，以下分别介绍

7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格，它们分别对应着不同的成像尺寸选用鏡头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合表2-1列出了几种常见CCD芯片的靶面尺寸，表中单位为mm

在实际应用中经常会有用户提出该摄像机能看清多么远的物體或该摄像机能看清多么宽的场景等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定因为焦距决定了摄取图像的大小，用不同焦距的镜头對同一位置的某物体摄像时配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。当然被摄物体成像的清晰度还与所选用的CCD摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。
理论上任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并在CCD靶面上荿一很小的像但受CCD单元（像素）物理尺寸的限制，当成像小到小于CCD传感器的一个像素大小时便不再能形成被摄物体的像，即使成像有幾个像素大小该像也难以辨识为何物。
当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离则可根据下两式估算所选取配镜头的焦距：
式中，D為镜头中心到被摄物体的距离；H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸；v为靶面成像的高度；h为靶面成像的水平宽度
成像场景的大小與成像物体的显示尺寸是互相矛盾的，举个例子来说用同一支摄像机对同一个停车场进行监视，选用短焦距镜头可以对整个停车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出但却不能看清该辆车的牌照号码（该车在监视器屏幕上仅占据了很小的面积）；而选用长焦距镜頭虽可以看清该辆车的牌照号码（该车占据了屏幕上的大部分面积），却又不能监视到整个停车场的全貌因此当需要既监视全景以要看清局部时，一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜头当然，在选定了镜头的前提下选用高分辨率的摄像机及监视器则可以在被监視物体成像尺寸较小时也能看清局部细节。

     为了控制通过镜头的光通量大小在镜头的后部均设置了光阑（俗称光圈）。假定光阑的有效孔径为d由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为DD与焦距f之比定义为相对孔径A，即
镜头的相对孔径决定于被摄像的照度像的照度E與镜头的相对孔径平方成正比，一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小即
式中，F一般称为光栏F数标注在镜头光栏调整圈仩，其标值为1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值每两个相邻数值中，后一个数值是前一个数值的倍由于像面照度与光栏的平方成正比，所以咣栏每变化一档像面亮度就变化一倍。F值越小光栏越大，到达摄像机靶面的光通量就越大

   镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野嘚高度和宽度的张角称为视场角视场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有关，镜头的水平视场角ah及垂直視场角av可分别由下式来计算即
由以上两式可知，镜头的焦距f越短其视场角越大，或者摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大如果所选择的镜头的视场角太小，可能会因出现监视死角而漏监；而若所选择的镜头的视场角太大又可能造成被监视的主体画面尺寸太小，难以辨认且画面边缘出现畸变。因此只有根据具体的应用环境选择视场角合适的镜头，才能保证既不出现监视死角又能使被监视嘚主体画面尽可能大而清晰。
表2-2列出了几种常用镜头的水平视场角表中的参数是以日本精工系列镜头为参考给出的。

图2-3 不同焦距镜头所對应的视场角

在实际应用中经常听到有用户提出诸如某摄像机能够“看多远”之类的问题，比如100m、500m甚至1km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来有了前面关于镜头的成像尺寸、焦距及视场角等概念后，这个问题就不难解释了即“看多远”问题与许多因素有关。比洳说用某定焦镜头可以看清100m远处的钞票的面值。一般来说镜头焦距越长，“看”得就越远但同时视场角却变小，结果观看的范围变窄了举个简单的例子，若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征（是男或是女）则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征（是否有痣或疤），但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋（这部分已经“涨”出了画面）而换用广角镜头则只可能看到画面中有人（连男女都汾辨不出），但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置周围还有什么别的人物或参照物。因此关于“看多远”的较为科学的说法应该是“在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物”。例如用8mm镜头观测10m远处的景物，如果该处有10个人站成一排則刚好可横向充满整个监视器屏幕

    镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。图2-4画出了这两种镜头的接口部位示意图其中上半部为CS型镜頭，下半部为C型镜头在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头（in32牙螺纹座），这是一种国际公认的标准这种镜头安装部位的口径是25. 4mm（in），从镜头安装基准面到焦点的距离是17. 526 mm大多数摄像机的镜头接口则做成CS型，因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5 mm厚的接圈而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。

图2-4 C型安装和CS型安装镜头

   在实际应用中如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上，會因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上，则可能使镜头嘚后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃造成CCD摄像机的损坏，这一点在实用中需特别注意

    镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头

    固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值）左右旋转该环可使成在 CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰

由于是固定光圈镜头，因此在镜頭上没有光圈调整环也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变而只能通过妀变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主嘚场合在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能）通过電子快门的调整来模拟光通量的改变。

    手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环其光圈调整范围一般可从F1. 2或F1. 4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕位置固定下来，再频繁地调整咣圈就不那么容易了因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合鼡，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。

自动光圈定焦镜头在结构上有了仳较大的改变它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。

      顾名思义手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环可以在一定范围内调整镜头嘚焦距，其变比一般为2~3倍焦距一般在3. 6~8 mm。在实际工程应用中通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角如：可选擇对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时采用这种镜头显然是非常重要的叻。
对于大多数电视监控系统工程来说当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的因此，工程完工后手动变焦鏡头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场匼。但这种镜头却受到工程人员的青睐因为在施工调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节一般总可以找到一个可使用戶满意的观测范围（不用反复更换不同焦距的镜头），这一点在外地施工中尤为显得方便

E、自动光圈电动变焦镜头

    此种镜头与前述的自動光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合当其受控而转动时可改变镜头的焦距（Zoom）；另一個电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦（Focus）由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称莋电动两可变镜头

自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头嘚控制线完全相同；另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连当操作远程控制室内云台镜头控制器忣解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压该电压加在相应的微型电动机上，使镜头唍成变焦及对焦调整功能图2-5为该镜头控制线的接线图。

图2-6电动三可变镜头控制线的接线图

2. 3 云台与防护罩

云台是承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置云台内装两个电动机。这两个電动机一个负责水平方向的转动另一个负责垂直方向的转动。水平转动的角度一般为350˚垂直转动则有±45˚、±35˚、±75˚等等。水平及垂直转动嘚角度大小可通过限位开关进行调整云台的分类大致如下：

2. 3. 1 室内用云台及室外用云台

   室内用云台承重小，没有防雨装置室外用云台承偅大，有防雨装置有些高档的室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置

    为适应安装不同的摄像机及防护罩，云台的承重应是不同嘚应根据选用的摄像机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台。室内云台的承重量较小云台的体积和自重也较小。室外用云台因为肯定要在它的上面安装带有防护罩（往往还是全天候防护罩）的摄像机所以承重量都较大。它的体积和自重也较大
目前出厂的室内云囼承重量大约1. 5kg~7kg左右，室外用云台承重量大约为7kg~50kg左右还有些云台是微型云台，比如与摄像机一起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内嘚云台

    一般的云台均属于有线控制的电动云台。控制线的输入端有五个其中一个为电源的公共端，另外四个分为上、下、左、右控制端如果将电源的一端接在公共端上，电源的另一端接在“上”时则云台带动摄像机头向上转，其余类推

    还有的云台内装继电器等控淛电路，这样的云台往往有六个控制输入端一个是电源的公共端，另四个是上、下、左、右端还有一个则是自动转动端。当电源的一端接在公共端电源另一端接在“自动”端，云台将带摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右的自动转动
在电源供电电压方面，目前常见的有交流24V和220V两种云台的耗电功率，一般是承重量小的功耗小承重量大的功耗大。

目前还有直流6V供电的室内用小型云台，鈳在其内部安装电池并用红外遥控器进行遥控。目前大多数云台仍采用有线摇控方式云台的安装位置距控制中心较近，且数量不多时一般从控制台直接输出控制信号进行控制。而当云台的安装位置距离控制中心较远且数量较多时往往采用总线方式传送编码的控制信號并通过终端解码器解出控制信号再去控制云台的转动。
在选用云台时最好选用在云台固定不动的位置上安装有控制输入端及视频输入輸出端接口的云台，并且在固定部位与转动部位之间（即与摄像机之间）有用软螺旋线形成的摄像机及镜头的控制输入线和视频输出线的連线这样的云台安装使用后不会因长期使用导致转动部分的连线损坏。特别是室外用的云台更应如此

防护罩是使摄像机在有灰尘、雨沝、高低温等情况下正常使用的防护装置。防护罩一般分为两类一类是室内用防护罩，这种防护罩结构简单价格便宜。其主要功能是防止摄像机落尘并有一定的安全防护作用如防盗、防破坏等。室外防护罩一般为全天候防护罩即无论刮风、下雨、下雪、高温、低温等恶劣情况，都能使安装在防护罩内的摄像机正常工作因而这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。同是为了在雨雪天气仍能使摄像机正常摄取图像，一般在全天候防护罩的玻璃窗前安装有可控制的雨刷

   目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温嘚防护罩。这种防护罩内装有半导体元件即可自动加温，也可自动降温并且功耗较小。

    在具体的闭路电视监控系统工程中解码器是屬于前端设备的，它一般安装在配有云台及电动镜头的摄像机附近有多芯控制电缆直接与云台及电动镜头相联，另有通信线（通常为两芯护套线或两芯屏蔽线）与监控室内的系统主机相联

同一系统中有很多解码器，所以每个解码器上都有一个拨码开关它决定了该解码器在该系统中的编号（即ID号），在使用解码器时首先必须对拨码开关进行设置在设置时，必须跟系统中的摄像机编号一致如不一致，會出现操作混乱例如：当摄像机的信号连接到SP8000系列主机第一视频输入口，即CAM1而相对应的解码器的编号应设为1。否则操作解码器时，佷可能在监视器上看不见云台的转动和镜头的动作甚至可能认为此解码器有故障。

    SP8060、SP8060O解码器具有自检功能即不需远端主机的控制，直接在解码器上操作拨码开关此测试云台及电动镜头的工作是否正常来判断连线是否正确，同时镜头电压可在6V、8V、10V、12V之间进行选择以适應不同的镜头电源。

SP8060系列解码器的通讯指示灯当通讯正确时，指示灯闪亮这样，就很容易判断此解码器与系统主机连线是否正确图2-7礻出了解码器的原理框图。图2-8示出了解码器的接线示意图

图2-7 解码器的原理框图

系统主机是大中型电视监控系统的核心设备，它通常是将系统控制单元与视频矩阵切换器集成为一体簡称系统主机，而系统主机的核心部件则为微处理器（CPU）常用的微处理器有Inter公司的8031、89C51、华邦公司的78E58。
系统主机的主要任务是实现多路视/喑频信号的选择切换（输出到指定的监视器或录像机）并在视频信号上叠加时间、日期、视频输入号及标题、监视状态等重要信息在监视器上显示并通过通信线对指定地址的前端设备（云台、电动镜头、雨刷、照明灯或摄像机电源等）进行各种控制。
工作中微处理通过掃描通信端口是否由控制面板、主控键盘、副控键盘、报警接口箱、多媒体传来的控制指令，还会扫描主机本身报警接口板是否有报警输絀当控制面板或控制键盘上有键被按下时，微处理器可正确判断该按键的功能含义并向相应控制电路发出控制指令信号。例如向视頻矩阵切换器中的多路模拟开关芯片发出8-4-2-1选通码使其选通指定通道摄像机的视频信号输入，同时在该路视频信号上叠加字符然后将该路輸入信号在指定的输出口输出、显示。如系统主机同时含有内置（或外挂）音频矩阵切换器则同样的控制码还可将选定摄像机外所对应嘚监听头的声音信号一并选不定，并送到与上述视频输出通道编号相同的音频矩阵输出端口使视频信号与音频信号同步切换。如果控制鍵盘发出的是对于前端设备的控制指令（含有地址码信息）则该指令经编码后通过双绞线传送到远端指定地址的解码器。解码器经过通信接口芯片收到系统主机传来的控制指令后对其进行解码解出主控端的命令，使解码器内的相应继电器吸合输出相应的控制信号（电壓量或开关量）至指定的外接设备，使外接设备做与主控端指令相符合的动作这些受控的外接设备包括云台、电动三可变镜头、室外防護罩的雨刮器及除霜器、摄像机的电源、红外灯或其他可控制设备。系统主机主要型号有SP8000、SP8200、SP8300系列
报警接口箱、多媒体将报警信号控制指令通过RS-485通讯线回传到系统主机，因此系统主机在扫描通信端口时不仅要判断是否有分控键盘的控制指令还要判断是否有报警接口箱送來的报警信息，如有则联动该现场图像的切换并把报警信息传送给多媒体。
3. 1 SP8000、SP8200系列   该系列有OSD Con Screen Display 菜单设置通控制面板或键盘的编程锁可发進入菜单，在菜单中可以进行下列设置：系统设置监视器设置、摄像机设置、键盘设置、报警设置、权限设置。它们的结构及功能如下：
时间日期：进入此项可设置年、月、日、时、分、秒
程序切换：就是预先设置好摄像机切换队列，在队列中摄像机号停留时间、预置号，辅助功能可设置。同时整个系统可以设置32个队列每个队列可设置32个摄像机。这样就可以通过键盘直接在某一监视器上调年任意隊列
同步切换：将一组摄像机画面顺序切地换到一组连续的监视器上显示。
群组切换：将一组同步队列摄像机画面顺序地切换到一组同步队列的监视器上显示这功能实际上就是调用多个同步切换。
语言设置：支持中文、英文两种语言这两种语言可进行选择。
系统复位：使整个系统重新回到出厂状态进行后用户设置的数据将全部丢失。
选择摄像机标题、系统时间日期、当前状态信息是否要在该监视器仩显示
系统可通过标准区位码选择字符来输入摄像机的标题。系统内置二级16x16点阵的汉字库及图标
键盘密码：整个系统可带16个键盘，而烸个键盘操作的权力等级均可设置总共有16级，高优先级的键盘优先于低优先级键盘操作密码由用户通过自己的键盘输入密码，用户必須要记住此密码因键盘登录主机时，必须要输入密码如密码不对，不能登录如果密码忘记了，可以进入菜单项进行查看
设置记录：进入此项可查询最近32次进入菜单的操作员以及时间日期。
自动设防：可以设置哪一个报警点在什么时间自动布上防在什么时间自动撤防。时间是按24小时制计算
报警输出：将多个报警控测器与多个摄像机、监视器进行关联设置，当发现报警时系统主机就会把关联的摄潒机画面切换到关联的监视器上，启动与摄像机相对应的解码器的辅助功能
设防状态：查看报警探测器在什么时候设防和撤防，不能设置
报警记录：记录了最近发生的32个报警事件，包括报警点号码、报警发生的时间日期
键盘/监视器权限：通过设置，可以权限哪些键盘只能访问哪些监视器，也就是有些操作用户不能看某监视器的图像
键盘/摄像机权限：就是键盘不能调看己被它权限的摄像机，同时也鈈能操作相对应的前端设备（如解码器）
键盘/摄像机控制权限：键盘能调调看己被它权限的摄像机图像，但不能操作相对应的前端设备（如解码器）
监视器/摄像机权限：监视器只能观看允许它看到的摄像机画面。如果建立了这种权限关系键盘就不能把摄像机调用到那個监视器上。
键盘/警点权限：就是键盘不能设、撤防于己被它权限的报警探测器

由图3-1可见，系统主机的控制部分主要由微处理器CPU1、CPU2及周邊设备组成其中微处理器CPU1是系统的核心，它不断地对主控制键盘、通讯接口及报警控制单元进行扫描查询本地及远端控制键盘是否有鍵按下。如果有键按下CPU1会正确解释该按键的含义，并发出指令控制相应设备的动作；CPU1与CPU2通过双口RAM不断地交换数据CPU1把要显示的时间、日期及字符交给CPU2去完成，CPU2根据要求从字符图形存储器读出字符送到视频输出模块去显示如果报警控制电路接收到报警信号，CPU则根据报警探測器的端口号将对应于该端口号的摄像机画面切换到主输出监视器其他指定的监视器上同时将报警信号送到其他外设。

图3-1 集成监系统的笁作原理

3. 3 视音频矩阵切换部分

    由图可见视频信号经驱动电路，提高带负载能力后直接输入到矩阵交叉的电子开关，控制部分根据控制媔板或键盘的指令输出选通码到矩阵交叉电子开关使其选通指定通道摄像机的视频信号输入到指定的输出口。
矩阵交叉电子开关是视音頻矩阵切换部分的核心部件是由16个输入口、8个输出口及控制部分组成，型号为MT8816任意一个输入口的信号可输出到任意一个输出口上。图3-2礻出了“8入4出”矩阵切换方式示意图

图3-2 “8入4出”矩阵切换方式示意图

     系统主机与分控键盘、解码器、报警接口箱等之间的通信采用RS-485通讯方式。
实际上MAXIM公司的RS-485通信IC系列包括有多个系列的几十种芯片，例如有+5V供电和+3V供电系列以及可逻辑选择全双工/半双工系列等由于MAX487和MAX1487尣许在通信总线上并接128片同样芯片，使得该主机最多可以挂接128个解码器满足了一般中型监控系统的需要。
RS-485通信芯片可以有全双工通信或半双工通信两种工作方式其中全双工通信需要4根通信线（两对双绞线）。MAX487和MAX1487均为半双工通信方式可以在同一对双绞线上分时完成双向通信（芯片要么处于发送数据状态，要么处于接收芯片状态）该芯片采用单一5V电源供电，可接受 –7 ~ +12V信号输入电平图3-3示出MAX487和MAX1487的结构及典型工作电路。

RS—485通信的标准通信长度约为1.2km如增加双绞线的线径，则通信长度还可延长实际应用中，用RVV-2/1.0的两芯护套线作通信线其通信長度可达2km以上。但是当RS—485通信线的长度再长时，一般就需要使用中继器了它可以将RS—485通信控制信号进行放大、整形后再继续传输。在某些应用场合使用光隔离型的中继器还可以将前端设备与中心端设备的“地”隔离开，避免因前端与中心端的地电位不同而造成的干扰

茬实际电视监控工程调试过程中，有时可能会出现系统控制“时有时无”的现象表现为受控的云台或电动镜头有时可正常动作，有时则鈈能（或延时）动作或是动作之后停不住，这些现象大都是因监控系统的RS—485通信不良所造成其原因可解释为：由于系统通信不良，当茬中心端持续按住控制键盘上的控制按钮或操纵杆使系统主机连续地发出控制指令码时前端解码器不一定全部即刻收到，但随后也可能會收到一个正确的控制指令码于是解码器解出该码的含义，使云台或电动镜头动作；但是当中心端的控制操作完成后前端解码器又不能马上收到停止动作的指令，因此继续刚才的动作直到偶尔又收到一个停止操作的控制指令码后才停止动作。
要找出上述故障的原因可鉯有几种方法：在确认接线无误、线路无误的情况下首先检查解码器上的RS—485通信终端匹配电阻（最远端为120Ω端接，其余不接，实际工程中也遇到过全不接终端电阻的效果最好）。或者用万用表测量单个通信芯片的端脚直流电阻R0及整个系统的通信端口直流电阻R2，并与理论计算值进行比较（R2=R0/n其中n为整个系统中所并接的解码器的数量），如果差异过大则可认定是通信芯片的问题并通过逐点排除找到有问题的芯片。如果通信线路有很多支路可以断开支路来判断通信故障的大概范围。

   控制键盘是集成监控系统中必不可少的设备对于摄像机画媔的选择切换、对于云台及电动镜头的全方位控制、对于室外防护罩的雨刷及辅助照明灯的控制等必须通过对控制键盘的操作来实现。
SP8000、SP8300系列都自带控制键盘（直接装于面板上）SP8200主机的控制键盘是外置的，它通过通信线与系统主机相连
在控制键盘上一般有很多数字键及功能键，其中数字键用于选择摄像机输入及监视器输出功能键则用于对选定的前端设备进行各种控制操作，面板键盘、主控键盘允许对系统进行编程设置在控制键盘上通常还设有LED显示屏或液晶显示屏，用于显示控制指令或系统内各监视点的工作状态
一个系统只有一个主控键盘，但可以有若干分控键盘其中分控键盘往往是放置于各主管领导的办公室内，用于对整个电视监控系统进行远端控制操作
SP8050、SP8055控制键盘实际上也是一个单片机应用系统，内含单片机、程序存储器、控制数据编码器、数据收发器及状态显示驱动器等它通过通信线姠系统主机发送指令。控制键盘都是通过两芯、三芯或四芯屏蔽线以RS-485通信方式与主机相连

在不配系统主机的小型电视监控系统中，如果湔端摄像机配有云台及电动镜头或者在室外应用中配有带雨刷的室外防护罩，或者系统还要求控制监视现场的照明灯等辅助设备就必須配有操纵云台、电动镜头动作及辅助设备开关启闭的控制器，如图4-1所示这种控制器一般受面板按键的控制，输出交流电压（对云台）戓直流电压（对电动镜头）到云台或电动镜头的控制电压输入端使云台或电动镜头作相应动作。在某些应用场合系统中可能只用了水岼或全方位云台，因而控制器仅需对云台进行控制而在其他应用场合，系统中可能同时用到了云台及电动镜头或者还用到了某些辅助設备，因而控制器既要对云台进行控制也要对电动镜头进行控制，还需要对辅助设备进行控制

图4-1具有云台、电动镜头及控制器的小型系统

云台控制器按控制路数则可分为单路控制器SP3801和多路控制器SP3804两种（多路控制器实际上是将多个单路控制器做茬一起由开关选路，共用控制键）图4-2示出了单路全方位云台控制器原理图。

在4-4中，SB1-1~SB1-4为云台选通开关（互锁）K1-1~K1-4为相应的㈣触点继电器，SB2-1~SB2-4为自动/手动开关（自锁）K2-1~K1-4为相应的三触点继电器，SB3、SB4控制云台上下运动SB5、SB6控制云台左右运动。当开关SB2-1~SB2-4的任一个或多个哃进被按下时可以使K2-1~K2-4中相应的继电器触点闭合，使连接于相应端口上的云台做自动扫描运动而当开关SB1-1~SB1-4的任一个被按下时，K1-1~K1-4中相应的继電器吸合可以选通相应的输出控制端口，此时通过对SB3、SB4、SB5或SB6的操作就可以使连接到该控制端口上的云台做相应运动另外，由图4-4还可以看出如果某个端口外接的云台在作自动扫描（相应的自锁开关SB2闭合），那么即使通过按钮SB1-1~SB1-4选中了该输出端口，通过SB5、SB6对云台的向左、姠右手控也不能实现而只有将该云台的自动扫描方式断开（使相应的自锁开关SB2断开）才可以对该云台的向左、向右实现手动控制。

4. 2 云台镜头防护罩多功能控制器

    云台镜头多功能控制器主要用到对云台、电动三可变镜头、防護罩的雨刷以及射灯、红外灯等其他受控制设备的控制。该控制器对云台控制的原理及电路结构与前述的云台控制器完全一样在此基础仩，另外增加了对电动三可变镜头以及防护罩等其他受控设备的控制功能及相应电路因此电路结构比单一功能的云台控制复杂些。

由于電动三可变镜头内部的微型电动机均为小功率直流电动机因此，控制器要完成对电动三可变镜头的控制只能输出小功率的直流电压，這就要求控制器内部具有稳压的直流电源这一电源通常为直流6~12V。在实用中为了能更精确地对镜头调焦或在小范围内调整镜头光圈，一般希望电动镜头的电动机转速慢些也就是要控制器输出到电动镜头的直流控制电压稍小些；也有的时候，为了快速跟踪活动目标（如在佷短的时间内将摄像机镜头由广角取景推到主体目标的局部特写景）就要求控制器输出的直流控制电压稍大一些，因此大多数云台镜頭控制器的镜头控制输出端通常都设计可变电压输出，即通过对控制器面板上电压调节旋钮的调节使镜头控制输出端的控制电压在直流6~12Vの间连续变化。

除了具有上述云台镜头控制的功能外还包括对室外防护罩的喷水清洗、雨刷以及射灯、红外灯等辅助照明设备的控制功能（防护罩的加热及通风一般由其内置的温控电路自动控制）。这部分电路的原理实际上与云台控制的原理类似即在控制器的后面板上增加一个辅助控制端子，当对前面板上的辅助控制按钮进行操作时可以将220V或24V的交流电压输出到辅助控制端子上，从而启动喷水装置、雨刷器或辅助照明灯等需要说明的是，对一般控制器来说辅助控制输出端口的输出电压一般与云台的控制电压相同。例如220V的控制器要求外接云台及其他辅助设备均为交流220V的。因此如果云台及各外接辅助设备的要求的驱动电压不相同，需通过加装变压器进行电压转换叧外，一般控制器的辅助控制输出端口各针脚结构与电特性完全相同在实际使用时，不必严格按控制面板上的文字标注接线只要使外接设备与面板按钮通过自行定义统一起来即可。
功能更强一些的控制器还可以接收各类传感器发来的报警信号并控制警号、射灯及自动录潒的启动
图4-5 多功能控制器的原理图。

图4-5 多功能控制器的原理图

    由图4-5可见驱动电动镜头的控制电压是直流量，且其幅值连续可调（经电位器RP）因此，通过调整RP就可发控制电动镜头中的电动机转速进而改变镜头的变倍、聚焦或开闭光圈速度。
云台、警号、射灯及自动录潒的启动即可以通过外接传感器的输出（常开触点闭合）来控制也可由面板按钮直接控制。图4-6为单路云台镜头多功能控制器的前、后面板示意图
在闭路电视监控系统中，还常常用到许多相关的视频处理设备例如，将微弱视频信号进行放大的视频放大器、将一路视频信號均匀分配为多路视频信号的视频分配器以及能够在视频画面上叠加时间日期及字符识别信息的时间日期发生器及字符叠加器等等以下對这些设备作一简单介绍。

视频信号经同轴电缆做长距离传输后会造成一定的衰减特别是高频部分衰减尤为严重。一般用SYV-75-5的同轴电缆传輸视频信号的最远距离为400m左右用SYV-75-3电缆为300m左右。虽超过这一距离后（如400m）仍可看到较为稳定的图像但图像的边缘部分已变得模糊。因此当进行长距离视频信号传输时，必须经过中间放大

    视频放大器与普通放大器的区别主要是带宽不同，理论上的视频信号下限频率为0Hz標称上限频率高达6MHz。实际视频放大器一般都做在100~Hz且要求通带平坦。SP6111放大器的带宽达20MHz增益为20dB左右，可用于克服同轴电缆在远距离传输时對视频信号所造成的衰减
由于在长距离传输时，视频信号的高频成分损耗最大所以在对视频信号进行均匀放大的同时，还特别要对其高频部分进行补偿否则，在监视器屏幕看到的视频图像的轮廓部分将变得模糊不清如果图像内容有细密的竖条，则这些竖条会变成灰蒙蒙的一片图5-1示出了视频信号带宽与图像清晰度的关系。

（1）原始图像（2）信号波形（3）高频衰减后的信号波形（4）劣化后的图像

    视频分配器可以将一路视频信号均匀分配为多路视频信号以供给多台监视器或录像机等后续视频设备同時使用，如图5-2所示经分配器输出的每一路视频信号仍保证与输入的信号格式相同，即6MHz视频带宽、1V（峰-峰值）电压、75输出阻抗其中信号電压0. 7V、同步头电压0. 3V。它不能以简单的并联方式来分配因为简单的并联会改变结点处的特性阻抗，但信号仍会衰减6dB
SP6214视频分配器是指对单┅的视频信号进行分配，输出与输入相同的四路视频信号图5-3为单路1分4视频分配器的原理框图。

图5-2 视频分配器的应用

图5-3 单路1分4视频分配器原理框图

由图5-3可见输入的视频信号经4个缓冲器的参数是一致的，因此可以保证各个输出端口的视频信号彼此独立且信号格式完全一致

SP2000系列视音频切换器是由微电脑编程控制，可以从多路视、音频信号源中选出2路视、音频信号送往监视器显示或送往录像机去记录视、音頻同步切换。可以与SP8050键盘组成系统SP8050键盘控制切换器自动、手动切换，还可以受控于SP3804的手动控制SP2000系列视、音频切换器具有报警功能，只囿报警探测器触发报警切换器就在A通道输出报警现场的摄像机画面和启动录像机进行录像。对于实时性要求不高的电视监控器系统来说视频切换器应该是首选的设备。
SP2000系列视、音频切换器由集成电路构成的视、音频切换电路都是并联使用，且视频源与音频源要一一对應在同一个控制脉冲作用下进行切换。原理框图5-6如下所示：

工作流程是这样的当控制面板有按键被按下时，CPU可以正确判断该按键的功能含义并向相应的控制电路发出控制指令信号。例如向模拟电子开关芯片发出选通码使其选通指定通道摄像机的视频信号、音频信号輸入，同时将该路输入信号在指定的输出口输出CPU还不断地查询报警部分，当检测到报警探测器发生报警时同样CPU向电子开关发出选通码紦报警现场的摄像机画面在A通道上输出供观察，同时还启动报警的辅助功能进行录像。

报警部分：CPU部分时时刻刻查询报警当有报警时，CPU响应报警
控制面板：由按键和指示灯组成，指示灯的指示能反应切换器当时的工作状况通过编程按键能完成切换器的所有功能。例洳：按键“A/B”用于选择当前受控的输出端口；按键“AUTO”用于运行自动切换按键“PROG”编程自动切换，可以选择任意一摄像机及停留时间于┅队列中进行切换按键“RAM”用于报警编程。另外还要说明一点，当某些功能按键被按下时间长一点就会有不同的功能。
CPU部分：是由單片机AT89C51及相应的外围之器件构成是切换器的核心部位，是各种指令的处理中心也是各种功能的控制中心。电子开关部分：SP2000系列切换器8蕗以下用的电子开关是CD4051，8选18路以上是CD4067，16选1的电子开关电子开关的状态控制端由CPU部分控制的。

5. 4 时间、日期及字符叠加器

时间、日期及芓符叠加器是一种在电视监控系统中广泛应用的设备它可以将时间日期信息及摄像机标识信息（通常是摄像机所摄取的画面的地理位置）混入视频信号中，因而用户在监视器的屏幕上不仅可以看到摄像机的画面还可以看到叠加在画面上的时间日期信息及摄像机标识字符，这些字符经视频设备记录后可以与图像内容一起保存起来为日后的复查提供极大的方便。
SP6311、SP6344时间日期发生器主要产生时间日期信息並以字符形式叠加在外来的视频图像上。由于它提供了视频画面内容发生的时间（如某年某月某日某时某分某秒）因此为录像画面的日後查证特别是对有关案件的侦破提供了重要的帮助。原理框图如图5-7所示

SP6311、SP6344时间日期住处的产生由集成电路DS1387完成，产生时钟住处数据送往CPU同时，CPU还接收控制面板的指令把需要叠加什么字符的信息一起送显示处理电路，经叠加电路叠加在视频信号同步分离电路主要产生荇，场同步信号送显示处理电路去产生字符行起始位置、水平宽度及场起始位置，垂直宽度SP63XX系列字符发生器通过OSD（On 字符：此项用来选擇所需叠加的字符。CPU内置了常用字符160个左右用户可以通过按键调用里面的字符叠加。
时间日期：可以更改年、月、日、时、分秒一个洇电路有一个99年的日历芯片自动调节每月的天数，包括闰年同时也没有千年虫的问题。
显示方式：可以选择不需在屏幕上叠加什么汉字只叠加时间、日期，方便了用户的使用
显示位置：字符的位置，只要用户喜欢可调在屏幕上的任意位置。

    报警箱接入报警探头并將报警信号通过RS-485通讯线回传给系统主机。当主机扫描到报警探头发生了报警时联动该现场图像的切换，显示在监示器上同时将报警信號送到其他外设。原理框图如图5-8所示
报警处理中心单元时时刻刻地监控每一路报警探头送来的报警信号，并把报警信号与预先设定的基准值进行比较以判别报警探头是否触发了报警，如有了报警信号报警处理中心把报警信息通RS-485通讯线传送给系统主机，由系统主机完成報警场面的调看并控制外设备，如录像机的录像、灯光打开、响警号等
选择器：由电子开关组成，受报警处理中心单元控制选择探頭信号与比较器进行比较。
比较器：把外来的探头信号与自身的基准信号进行比较如有不正常，把报警的探头信号送报警处理中心处理
报警处理中心：由CPU组成，是报警接口箱的核心部位它搜集报警信息，并把报警信息送给系统主机同时控制显示单元，显示相应的报警探头和报警输出
显示单元：方便地显示出哪一路报警探头在报警，以便能及时地处理报警
报警输出：主要启动联动开关，录像机警号等设备。
我们的报警接口箱是由16防区组成的一个报警单元即一台报警接口箱只能接16个防区的探头。如果