闭路电视监控系统作为安全防范系统的重要组成部分，具有事前预警，事后防范的功能，通过与周界防范系统和门禁等安防系统的联动，可获取更好的效果。因为闭路电视监控系统的重要性，被广泛应用于银行、高速公路、机场、小区、大厦、学校、医院、家庭等场所。本文侧重于小区和大厦闭路电视监控系统的建设。2 系统组成闭路监控系统一般由三部分组成:前端设备、传输部分、后端设备包括控制设备和现实设备。2.1 前端设备前端设备主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架、立柱、云台、解码器也可以归入后端、变压器、后备电源也可以归入后端等。前端设备的合理选型会直接影响到系统的效果，尤其是摄像机的合理配置，要能够因地制宜。在后文有详述。2.2 传输部分传输部分主要包括视频线、音频线、控制线和电源线。视频线可以选用同轴电缆距离在1000米以内或光缆距离超过1000米，如选用同轴电缆，距离超过350米大约值，还需要增加视频放大器；如选用光缆，前端设备增加光发射机，后端设备增加光接收机。2.3 后端设备后端设备主要包括矩阵、画面处理器、硬盘录像机、普通录像机、监视器、显示器、云台控制器、大型不间断电源，电视墙、操作台等设备。后端画面处理设备可以任选矩阵、画面处理器、硬盘录像机，也可以混排，区别在后文有详述。显示设备最少需要电视墙，也可以电视墙结合显示器，目前出现了新的显示趋势，就是采用DLP拼接大屏。录像设备目前多采用硬盘录像机，传统的录像带已被逐渐代替。3 系统设计本文将根据闭路电视监控系统的组成来讨论如何设计。3.1 前端3.1.1 摄像机的选择CCD摄像机大致可分为下列几大类:1. 依成像色彩划分依成像色彩划分为:彩色摄像机:适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。因有颜色而使信息量增大，信息量一般认为是黑白摄像机的10倍；及黑白摄像机:是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。现在的闭路监控系统逐渐用彩色代替黑白摄像机，尤其是在数字化系统中，笔者建议如果资金充足的话，彩色的系统整体效果好，有利于宣传和图像识别。2. 依摄像机分辨率划分按照摄像机的分辨率划分为:影像像素在25万像素pixel左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率400线左右的低档型；影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型；及影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，600线以上的高分辨率。在闭路监控系统中，大多数系统选用420线以上的摄像机，如果需要清晰的无闪烁的画面质量，建议采用480线以上的摄像机。3. 依摄像机灵敏度划分按照摄像机的灵敏度划分为:普通型:正常工作所需照度为1~31x；月光型:正常工作所需照度为0.1x左右；星光型:正常工作所需照度为0.01x以下；及红外照明型:原则上可以为零照度，采用红外光源成像。照度的选择对闭路监控系统来说非常重要，普通型摄像机用于白天和照度较高的地方，月光型摄像机用于照度不高但光线较好的地方比如晚上有高照度的路灯，星光型摄像机用于有路灯或光源但光线较暗的场所，红外照明型摄像机用于无光源或照度非常低的场所。4. 按摄像元件的CCD靶面的大小划分lin靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm，对角线16mm；2/3in靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm，对角线11mm；1/2in靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm，对角线8mm；1/3in靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm，对角线6mm；1/4in靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm，对角线4mm；及1/5in正在开发之中，尚未推出正式产品。目前可随意配置镜头的摄像机多选用1/3”in CCD的摄像机，一些一体化半球、高速球及部分摄像机采用其他尺寸的CCD。5. 按照制式划分按照制式划分为:PAL制式:大多数欧洲国家、澳洲以及中美和南美部份地区，采用的是逐行倒相制式PAL标准，每秒25个画面，625行。我国采用的是此种标准；及NTSC制式:全国电视系统委员会 NTSC 为美国、加拿大、日本以及中美和南美部份地区的商业电视广播制定标准时，规定每秒30个画面，显示525行。我国采用的是PAL制式，但市面上大部分摄像机均支持PAL/NTSL制式两种，可随意选用。3.1.2 镜头的选择1. 镜头的种类镜头按照应用场合分为:广角镜头:视角90度以上，观察范围较大近处图像有变形；标准镜头:视角30度左右，使用范围较广；长焦镜头:视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米；变焦镜头:镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长则成像越大；及针孔镜头:用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。一般来说，选用标准镜头，特别场合根据实际情况选用其他镜头，在配置云台的摄像机多配置变焦镜头，在电梯内采用针孔镜头。2. 被摄物体的大小、距离与焦距的关系假设被摄物体的宽度和高度分别为W、H，被摄物体与镜头间的距离为L，镜头的焦距为F。3. 相对孔径为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜光实际有效的有效孔径为D，比d大，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f，镜头的相对孔径决定被摄像的照度，像的照度与镜头的相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小。F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的情况下，F值越小，表示镜头越好。4. 镜头的焦距定焦距:焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。有光圈:镜头光圈的大小可以调节。根据环境江照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节，人为手工调节光圈的，称为手动光圈。镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈；及无光圈:即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用于光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。变焦距:焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。常用的变焦镜头为六倍、十售变焦。三可变和二可变镜头三可变镜头:可调焦距、调聚焦、调光圈。二可变镜头:可调焦调、调聚焦、自动光圈。5. 先配镜头原则为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素:被摄物体的大小；被摄物体的细节尺寸；物距；焦距；CCD摄像机靶面的尺寸；及镜头及摄像系统的分辨率。3.1.3 摄像机护罩防护罩是监控系统中重要的组件。它是使摄像机在有灰尘、雨水、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: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灰并有一定的安全防护作用，如防盗、防破坏等；及室外用防护罩，这种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。同时，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的防护罩。这种防护罩内装有半导体元体，既可自动加温，也可自动降温，并且功耗较小。另外，还有半球形、球形防护罩，这种防护罩内置万向可调支架，造型美观。3.1.4 云台云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种:固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了；及电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。一般来说，水平旋转角度为0?~350?，垂直旋转角度为+90?。恒速云台的水平旋转速度一般在3?~10?/s，垂直速度为4?/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0?~32?/s，垂直旋转速度在0?~16?/s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达480?/s以上，垂直旋转速度在120?/s以上。如果采用高速球型摄像机，则不需要云台了，目前国内还出现了大量的球型云台，内置解码器、云台，多为球型，接近高速球但不是高速球，价廉物美，逐渐替代传统的云台了。3.2 传输部分闭路监控系统的传输部分建设的好坏直接关系到整个系统。传输部分主要包括视频线、音频线大多数项目都不设，本文不讨论、控制线和电源线，当然，管道也是重要构成部分，一般由专业公司来建设弱电管道系统。传输线要远离强电，如确实无法避免并行或交叉，最少保持30cm的距离，采用屏蔽线。1. 视频线视频线的合理选用直接影响后端的显示效果，一般距离在500米以内，可以采用SYV 75-5的同轴电缆，如果干扰较大，可选用SYV 75-7或SYV 75-9的同轴电缆，如果距离超过500米不超过1000米经验值，建议增加视频放大器。如果距离超过1000米，建议采用光纤传输，当然也可以调制解调器合成几路信号为一路信号传输，采用光纤传输需要增加专用光发射机和光接收机在高速公路等远程闭路监控系统中应用较广。一般来说，小区和大厦的监控距离不超过1000米，故多用同轴75欧姆的电缆，下面就同轴电缆的选择和安装给予说明。认真选择合适的电缆对于设备是否能达到最佳性能至关重要，一般同轴电缆的阻抗都为75欧姆。材质:只能使用纯铜芯导线的电缆。不要采用镀铜的铜芯电缆或铝芯电缆，因为它们不能在闭路监控系统所用的整个频段上有效地传输信号。在不发生弯折的情况下，实心裸铜导线最适于视频应用。如果在正常使用中，弯则无法避免，则应选用绞芯线。绝缘材料最好是多孔泡沫聚乙烯。它比实心的聚乙烯有更好的电气特性，但容易受潮湿影响。因此在潮湿环境的应用中应采用实心聚乙烯绝缘的外部有厚绝缘层的电缆。屏蔽层必须是覆盖95%以上铜丝编辑层。安装技巧不要拉伸电缆或使之过度弯曲。避免电缆同供热管道和其他热源的接触。即使热量不足以造成对电缆的明显损害，也会使传输特性受到影响。在电缆必须连续弯曲的场合如有扫描仪或水平俯仰云台，应使用专门的电缆。这种电缆的芯导线应是多股胶合线。只使用压接型的BNC连接器。2. 控制线目前市面上大多数的国产云台、高速球型摄像机多支持RS485传输方式，对线缆的规格要求不严，一般来说采用屏蔽双绞线即可，多选用RVVP 2×1.0。一些进口的高档高速球型摄像机对线缆要求比较高，而且多将控制线和电源线一起设计，有的高速球型摄像机还将接地线一起考虑，故需要5芯屏蔽控制线，在工程实例中多选用美国百通Belden 87234芯屏蔽线作控制线缆，而且不需要单独考虑电源线。3. 电源线市面上大多数固定摄像机采用直流12伏电源DC12，高速球型摄像机多采用24伏交流电源AC24，云台也多采用交流24V，故电源均较低，一般选用2芯电源线即可，多选用RVV 2×1.0。当然也有很多摄像机可兼容DC12和AC24，也有部分摄像机直接连接交流220V电源，如果电源为220V则电源线和其它线缆要分开走，而且间距不能小于30cm，这个一定要注意。3.3 后端设备3.3.1 画面处理系统在有多个摄像机组成的电视监控系统中，通常采用视频切换器使多路图像在一台监视器上轮流显示。但有时为了让监控人员能同时看到所有监控点的情况，往往采用多画面分割器使得多路图像同时显示在一台监视器上。当采用几台多画面分割器时，就有可能用与多画面分割器相同数量的监视器将所有摄像机传送来的多个画面同时显示。这样，既减少了监视器的数量，又能使监控人员一目了然地监视各个部位的情况。常用的画面分割器为四画面、九画面和十六画面。画面分割器的基本工作原理:采用图像压缩和数字化处理的方法，把几个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕上。有的还带有内置顺序切换器的功能，此功能可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时间轮流输出显示在监视器上如同切换主机轮流切换画面那样，并可用录像机按上述的顺序和时间间隔记录下来。其间隔时间一般是可调的。主要性能:全压缩图像，数字化处理的彩色/黑白画面分割器；四路或九、十六路视频输入并带有四路或九、十六路的环接输出；内置可调校时间的顺序切换器和独立的切换输出。根据摄像机的编号对全屏画面按顺序切换显示，敏路画面的显示时间可由用户自己进行优化编程调整；高解像度以及实时更新率。画面指标为512×512象素，更新率为25-30场/秒；录像带重放时可实现1/4或1/9、1/16画面到全屏画面变焦还原为实时全屏画面；与标准的SUPER-VHS录像机兼容有的还具有S-VHS接口；有报警输入/输出接口，可与报警系统联动。报警时可调用全屏画面并产生报警输出信号启动录像机或其它相关设备。也就是说，当报警信号产生时，与该警报相关区域的场景将以全屏画面显示出来，并可自动录像。用户可自行设定警报的持续时间和录像的持续时间。报警输入接口数目与画面输入数目相同；八个字符的摄像机名称。用户可自己编程设定给每个摄像机最多达八个字符的名称；报警画面叠加、视频信号丢失指标。该功能可方便用户快速检查出现丢失的原因；设置屏幕菜单编程/调用。编程简单、操作容易，人-机界面友好；及电子保险锁。用户可自行设定密码，被允许的操作者才能进行系统的操作。画面处理器在闭路监控系统的后端中有着非常重要的作用和地位:画面处理器一般具有一个主端口，用来接大的监视器比如21”，一个定点监视端口，用来接小的监视器比如14”；大部分的画面处理器都具有环通的功能，可将所有输入的信号通过环通再输出，便于分别单路监视和录像；画面处理器还具有移动侦测和报警联动功能，实际上就是一个小矩阵。正是有着这些优点，在需要电视墙监视的场所就需要画面处理器，如图1和图2所示。在采用矩阵的后端录像系统中，矩阵只能输出信号，不能监视只能通过第三方的电脑显示1路和录像，而且输出端口不能够同时连接显示器和录像机，只能二选其一，即使通过视频分配器可以同时连接录像机和显示器，数量也是很大的，不经济，故在矩阵的输出端再连接一台或多台画面处理器则可以有效的处理这个问题；在采用硬盘录像的系统中，人眼在短距离不能同时监视3台以上的显示器，所以一定要通过电视墙才能够实现监视功能，而一般的硬盘录像机不具备直接连接监视器的功能，故也需要画面处理器，然后通过画面处理器配合监视器实现监视功能。3.3.2 硬盘录像系统硬盘录像机的基本功能是将模拟的音视频信号转变为JPGE MPEG数字信号存储在硬盘HDD上，并提供与录制、播放和管理节目相对应的功能。其突出特性体现在以下几个方面:实现了模拟节目的数字化高保真存储能够将广为传播和个人收集的模拟音视频节目以先进的数字化方式录制和存储，一次录制，反复多次播放也不会使质量有任何下降；全面的输入输出接口:提供了天线/电视电缆、AV端子、S端子输入接口和AV端子、S端子输出接口。可录制几乎所有的电视节目和其它播放机、摄像机输出的信号，方便地与其它的视听设备连接；多种可选图像录制等级:对于同一个节目源，提供了高、中、低三个图象质量录制等级。选用最高等级时，录制的图象质量接近于DVD的图象质量；大容量长时间节目存储，可扩展性强用户可选用20GB、40GB或更大容量的硬盘用于节目存储；具有先进的时移Timeshifting功能:当不得不中断收看电视节目时，用户只需按下Timeshifting键，从中断收看时刻开始的节目都将被自动保存起来，用户在处理完事务后还可以从中断的位置起继续收看节目，而不会有任何停顿感；完善的预约录制/播放节目功能:用户可以自由的设定开始录制/播放节目的起始时刻、时间长度等选项。通过对预约节目单的编辑组合，可以系统化地录制各种间断性的电视节目，包括电视连续剧；强大的网络信息家电中心:用户通过网络通讯接口，使用DVR度身定制的网络浏览器，配备相应的网络资源，将可以享用丰富的网络在线信息；提供便捷的管理已录制节目的方法:用户可以按照录制时间、节目种类等方式对已录制的节目进行组织和分类，随意在喜好的位置设定书签；及提供随心所欲的播放方式 由于硬盘快速、随机存储的特点，欣赏录制好的和正在录制的节目时，都可以用比当前DVD播放机更多种、更灵活的方式进行特技播放，快速播放时图像更加平滑，慢速播放时具有更高的细节分辨率。正是因为硬盘录像机的这些突出表现，现在越来越多的代替传统的方式来实现录像和显示。根据笔者的经验，现在的小区和大厦闭路监控系统多使用硬盘录像机，通过硬盘录像可以很方便的通过局域网甚至互联网远程的显示、录像、控制，非常方便，可以在小区或大厦建设多个监控中心，以满足实际的需要。因为一般的小区和大厦的监控系统摄像机多在100只左右，故一般会使用6-9台16路硬盘录像机，但鉴于显示器不是全部用来显示图像的还要显示很多操作按钮和菜单，同时显示器显示的图像偏小，只有近距离才有好的监视效果；同时人的肉眼无法同时监视3台以上的显示器，就算可以看到也不能同时监视所有的画面。所以一般采用硬盘录像的闭路监控系统多采用画面处理器通过环通再接到监视墙上，具有很好的效果.3.3 矩阵矩阵是视频切换和控制的系统设备，具有强大的功能。一般为微机模块化，高密度矩阵设计，可接多达几千台摄像机和上百台监视器。一般矩阵系统具有如下特性:预组装系统；菜单综合设置；键盘口令输入；优先级操作；系统可划分；并行／成组切换；通用的巡视／显示序列；自动调用巡视序列和触点设防表；屏幕显示摄像机号和标题、日期/时间格式可调整、监视器号及其状；系统可分级、多级控制:摄像机现场控制:控制恒速或变速云台；自动报警调用；内部视频丢失检测:同步检测；可编程报警联系表；五种不同的报警显示方式；三种报警状态消除方式；报警状态输出；所有编程数据的备用电池保护；及8个RS-232通讯口。