监控基础知识

摄像机镜头

一、镜头的构成

摄像机镜头是由一组透镜和光阑组成的，其作用是把被摄物体的光信号聚集到摄像机光电传感器的光敏区，使摄像机光电传感器正确成像。这里说的光电传感器，可以是CCD光电传感器，也可以是CMOS光电传感器。

透镜

透镜有用玻璃制成的，也有用树脂制成的，高品质的镜头都是用玻璃制成的。透镜有凸透镜和凹透镜构成。凸透镜对光线有会聚作用，也叫会聚透镜、正透镜；凹透镜对光线有发散作用，也叫发散透镜、负透镜。由于正、负透镜有相反的特性，如像差和色散等，所以镜头中常常将负透镜与正透镜配合使用，以校正像差和其他各类图像失真，提高镜头的光学指标。

在变焦镜头中，既要使镜头的焦距在很大范围内连续可调，又要保证成像面固定地落在摄像机光电传感器的光敏区，所以变焦镜头由多组正、负透镜组成。

光阑

进入摄像机镜头成像的光束，其大小是由透镜框和其他金属框或塑料框决定的。仅此限制光束的方式还不能使摄像机光电传感器正确感光，还要在镜头中设置一个带孔的金属薄片来限制光束进入光电传感器的感光区，我们把这个金属薄片称为光阑。光阑的通光孔呈圆形，其中心轴线在透镜的中心轴上。镜头的金属框也是一种光阑。通常，光阑分三种：

1.孔径光阑：为了调节镜头的进光量，普通镜头都有光圈调节环，调节环转动时带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心作伸缩运动，这一套装置称为可变孔径光阑，或称可变光圈。

2.视场光阑：镜头中限定成像面大小的光阑叫视场光阑，或称固定光圈。

3.消杂光光阑：由非成像物点射入镜头的光束或由折射面和镜筒内壁反射产生的光束统称为杂光，杂光会使镜头像面产生明亮的背景，必须加以限制。所以，很多镜头镜管被加工成螺纹并涂上黑色无光漆用于消除杂光。

结束语：

在监控系统进行工程设计时，预先选择好合适的镜头，可加快工程的进度，提高视频图像质量，避免因镜头角度引起的设备更换。

二、镜头基本参数

摄像机所使用镜头，一般包括如下主要参数：焦距、相对孔径、视场角、镜头接口。

焦距

由物方射入一束平行且接近光轴的光，经过镜头的多组透镜，出射光线交于光轴的f点，这个f点被称为焦点。焦点到镜头中心的距离为焦距。

只有变焦镜头的焦距是连续可变的。手动调焦镜头转动调焦环并不改变焦距。调焦环上标有0.5，1，2，4，∞表示物距为0.5m，1m，2m，4m，无穷远时调焦最好，图像最清楚。

相对孔径

相对孔径是入射光束直径D与f之比。镜头都标出相对孔径最大值，例如：一个镜头标有“TV LENS 8mm 1:1.4”，表示这是一个焦距为8mm，最大相对孔径是1:1.4的摄像机镜头，也就是说镜头的最大入射光束直径为5.7mm。光圈是相对孔径的倒数，用F表示F16就是相对孔径D/f＝1:16，光圈调节环上常标有1.4，2，2.8，4，5.6，8等是光圈数。当光束直径为零时叫全光闭，用Close的词头C来表示。

视场角

摄像机光电传感器的光敏区是4:3的矩形，其宽为W，高为h，对角线长为d。镜头的水平视角θw，垂直视角θh，对角线视角θd，分别由下面公式表示：

?θw＝2arctg（w/2f）?θh＝2arctg（h/2f）?θd＝2arctg（d/2f）例如：1/3英寸摄像机的光电传感器光敏区尺寸为4.8×3.6，对角线尺寸为6，若用焦距为8mm的1/3英寸镜头：

?水平方向视角θw＝2arctg（4.8/16）＝33.4°?垂直方向视角θh＝2arctg（3.6/16）＝25.4°?对角线的视角θd＝2arctg（6/16）＝41.1°实际的镜头视角经常偏离理论值，若要精确计算，要查阅生产厂家对镜头标注的相关技术参数。

1/2英寸的镜头装在1/3英寸的摄像机上，摄像机的视角比镜头标明的视角小；1/3英寸的镜头装在1/2英寸的摄像机上，则摄像机摄得的图像不能充满监视器全屏幕。

一般的手动调焦镜头，转动调焦环时，视场角不变；而变焦镜头调节变倍环时，视场角跟着改变。

C和CS安装接口

C和CS安装接口是国际标准接口，对螺纹的旋合长度、制造精度、靠面尺寸以及装座距离公差都有详细的规定，C和CS安装都是1英寸－32UN英制螺纹连接，C型接口的装座距离（安装基准面至像面的空气光程也称后截距）为17.526mm，CS型接口的装座距离为12.5mm。

C接口的镜头可以通过接圈安装在CS接口摄像机上，CS接口的镜头不能安装在C接口的摄像机上，强行安装会损坏摄像机的光电传感器。

三、自动光圈镜头与变焦镜头

自动光圈镜头

在室外环境照度是变化的，而且变化大于摄像机的自动增益控制范围，所以摄取室外景物时应采用自动光圈镜头。

来自被摄物体的光束经自动光圈镜头成像于光电传感器的光敏区，摄像机输出的视频信号经整流滤波成直流电平与一个基准电平进行比较，若直流电平大于基准电平，驱动器发出使伺服系统关小孔径光阑叶片的信号以减少进光量，若直流电平小于基准电平，驱动器发出

使伺服系统打开光阑叶片的信号以增大进光量。直至直流电平与基准电平相等。表示进光量合适。当环境照度发生变化时，摄像机输出视频信号的幅度变化，驱动器使光阑叶片作相应的动作使输入光量变化，保证光电传感器光敏区的光照恒定，视频图像就能保持合适的亮度。

在一般光照条件下自动改变孔径光阑直径的方法能获得较好的视频效果，但在光照强烈的情况下，入射光束小到一定程度时会产生光的衍射现象，使镜头分辨率下降，所以在叶片关至F32时被限位，而在靠近光阑叶片处放置一个中性滤光片，中性滤光片中心的透光率很小，不到1％，离中心越远，透光率越大。当光阑叶片开大时，滤光片遮光效果不显著，随光阑叶片的关闭，滤光片的作用逐渐增大。采用滤光片后，光圈数可达F360度。很多自动光圈镜头的光圈范围是F＝1.4～360度，因为照度与光圈的平方成反比，所以自动光圈的光补偿的动态范围为（360/1.4）2＝66122，在被摄物体亮度变化6万多倍的情况下视频图像亮度仍能保持稳定。

变焦镜头

定焦距镜头由几片透镜组成，构造简单，便于生产、成本低廉且容易达到高的性能指标。但在监视移动目标时，如交通监控等必须采用变焦镜头，根据现场情况调节焦距以摄取清晰的图像。

变焦镜头由调焦组、变倍组、补偿组、固定组四组透镜组成，为了达到焦距连续可调的目的，变倍组是可以轴向移动的，当变倍组前后移动进行焦距调整时，镜头的成像面将随之变化，补偿组随变倍组的移动作某种规律的相应移动，使成像面依旧落在光电传感器光敏区上。调焦组能在较小的范围内作轴向移动，以实现镜头的聚焦调整。固定组的作用是保证有一定的装座距离。

在监控工程中怎样选择同轴电缆

同轴电缆，是目前监控系统中应用最广泛的视频传输线缆。同轴视频传输技术也是监控系统中的一种最基本传输方式。同轴电缆到底能传多远是每个安防工程人员非常关心的事情。作为一个安防监控设计、施工人员，了解同轴电缆的传输特性，掌握同轴视频传输技术，对提高监控系统的图像质量，改进系统设计与降低系统造价有很大帮助。

同轴电缆类型：

1.SYV 75-3/5/7/9等，是指75Ω聚乙烯绝缘实芯同轴电缆，统称：视频电缆。2.SYWV 75-3/5/7/9等，是指75Ω物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆，统称：射频电缆。3.基本性能与区别：?SYV物理结构是100﹪聚乙烯绝缘电缆，SYWV是“发泡”占70～80﹪的物理发泡聚乙烯绝缘电缆；?由于介电损耗原因，SYV实芯电缆衰减大于SYWV物理发泡电缆。在工程电缆中，物理发泡电缆是传输性能较好、价格最低的电缆；?按照射频、视频来区分同轴电缆，不仅依据不足，还容易造成误导。似乎视频传输必须或只能选择SYV实芯同轴电缆。从工程应用角度来讲，还是按“实芯”和“发泡”来区分同轴电缆类型更好；?EIE实验室实验研究表明，128编（高编）与64编（低编）同轴电缆，在200KHz以下低频段，“高编”电缆低频传输衰减小于“低编”电缆；在200KHz以上的高频段，由于高频的“趋肤效应”作用，“高编”电缆失去“低电阻”优势，两种电缆特性基本相同。

同轴电缆衰减：

1.电缆越细，信号衰减越大。75-7电缆1000米的信号衰减与75-5电缆600米的信号衰减大致相当，或者说1000米的75-7电缆传输效果与75-5电缆600米的电缆传输效果大致相当。2.电缆越长，衰减越大。75-5电缆传输6MHz信号，每1000米衰减20dB（分贝）。3.电缆越长，边频差越大，频率失真越严重。边频差是影响图像质量的关键特性，也是工程中最容易被忽视的问题。

我经常听有人问，SYV 75-5视频电缆能传多远。回答的有：300米，400米，500米，600米，还有说1000米也可以的。

为什么会有这么多答案呢，原因只有一个：没有一个统一的标准。

既然同轴电缆是用来传输视频信号的，而视频传输最后又体现在图像上。所以，无论是视频源，还是传输电缆，都离不开最终显示在显示屏上面的图像质量，离不开决定图像质量的视频传输质量。

视频传输标准：

视频图像信号，是由0～6MHz不同频率分量信号组成的。低频部分主要影响图像的亮度和对比度，高频部分主要影响图像的色度、锐度和清晰度。显然，我们对视频传输的基本要求不只是恢复摄像机原信号的亮度与对比度就行了，还必须恢复摄像机原信号中各种频率分量的相对比例关系。视频信号经电缆传输后，不可能是100﹪恢复原视频信号。这里允许有一个失真范围。这个失真范围，在图像上用肉眼应该是分辨不出来的。反过来说，如果在图像上能用肉眼观察出失真了，那不管你主观认为该图像多么优秀，甚至双方认可验收，这时的视频质量都是不合格的。

我国广播级视频失真度标准要求：5MHz以下幅频特性误差范围为±0.75dB，即91.7～109﹪，6MHz为70.7～109﹪，监控行业的要求允许略低一些。0～6MHz全频带范围为±1.5dB,即84～118.8﹪的允许偏差值。这个传输频率特性要求，与通常的3dB通频带的概念是一样的。

在此必须强调，要保证图像质量，视频传输系统（产品）的频率失真范围应小于3dB。3dB通频带这个标准适用于光缆/射频/微波/同轴线缆/双绞线等各种视频传输系统产品。这是为了保证图像质量，是对视频信号传输系统的要求。

传输距离：

摄像机信号不加放大补偿，只用同轴电缆传输时，按照3dB通频带这个标准要求，并结合上面的电缆衰减特性，工程采用75-5视频电缆，在不超过3dB失真度时，传输长度：

因为：75-5视频电缆1000米衰减值为20dB；所以：20/3=6.67，1000/6.67=150米。

如果把“边频差值”计算在内，其实际传输距离还要缩短。 SYV 75-5视频电缆 传输距离：

实心聚乙烯绝缘电缆衰减量大于物理发泡电缆。所以，按3dB通频带有效传输距离计算，实心聚乙烯绝缘电缆要少于上面计算值，工程上可按90﹪估算。

SYV 75-5视频电缆最大传输距离：150×0.9=135米。

这个就是我们常用的 SYV 75-5（纯铜）视频电缆，在“国家标准”范围内最远传输距离。

结束语：

高编（128编）电缆尽管在200KHz以下的衰减小于低编（64编）电缆，但200KHz以上的传输衰减与低编电缆一样。所以，3dB通频带传输距离反而低于上述计算值。这是由于高编电缆的边频差值更大的因素造成的。边频差值越大，放大补偿的难度越大。

本来没有干扰的图像，在运行中偶然出现了干扰。经检查，是BNC电缆头接触不良引起的。重新焊好后，干扰消失，图像恢复正常。这说明什么问题呢：一是说明周围环境的确有外界电磁干扰存在；二是说明在正常情况下，同轴电缆可以把此类干扰屏蔽掉；三是说明因BNC电缆头接触不良，破坏了电缆的屏蔽性能，使原来已经被屏蔽掉的干扰在新的条件下又显现出来了。

同轴电缆被干扰，就像天线接收电磁波一样。电缆外部客观存在的交变电磁场，可以在电缆外导体上产生干扰感应电流，干扰感应电流在电缆上会形成干扰感应电动势，干扰感应电动势刚好串联在视频信号传输回路里，与视频信号一起加到末端负载，就形成了视频干扰。

当电缆外导体电阻很小，或当外界电磁干扰不够强，感应电流很小时，感应电动势也很小，而且远远小于视频信号，这时可以认为：没有干扰。

在工程施工中，当Q9头没有焊接好，接触不良，编织层在穿管时被拉断，或在电梯随行电缆中长时间反复弯曲加上垂直重力作用编织层被逐步拉断时，都会造成外导体电阻增加，产生干扰。

工程中的“地电位”干扰也是通过同轴电缆外导体电阻作用的。对此，可采用单端接地法排除。

结束语：

高编（128编）电缆外导体电阻比低编（64编）电缆的小，所以形成的干扰感应电动势也要低一些。这种“低一些”的效果，只是相对低频干扰而言的；对于高频干扰，由于趋肤效应，高/低编电缆的表面阻抗基本一样，所以，高编/低编同轴电缆对高频抗干扰而言，区别不大。

在工程中，产生视频干扰的情况很多、很复杂。对此，大致可分为两类：一类是电缆传输线路外部电磁干扰的入侵，另一类是两端设备问题或设备故障引入的干扰。第一类，我们称为“外部干扰”；第二类，我们称为“内部干扰”。

如地电位干扰、电台干扰、电火花干扰、变频器干扰、并行电缆耦合干扰等，都属于外部干扰。此类干扰影响最大，在设计和施工中很难预测；对于设备电源滤波不干净引来的交流电源干扰，或开关电源本身的高频电源干扰等内部干扰，问题比较容易解决。在此，我们主要讲如何避免外部干扰。

工程中，处理外部干扰的常用方法如下：

1.防止“地电位”干扰的单端接地或不接大地2.电缆穿金属管，或走金属线槽。此法十分有效，但成本较高，施工有一定难度3.电缆埋地4.远离其他动力电缆或信号控制电缆，并尽量避免或减少与其它电缆并行敷设5.采用集中供电，控制信号传输采用屏蔽电缆，但屏蔽层两端不能都接视频地6.电缆中间接头连接时，采用视频电缆连接器，保持电缆的同轴性和阻抗特性的连续性

结束语：

采用“交接”方式连接视频线缆，破坏了同轴电缆的阻抗特性及同轴性，容易产生回波与信号反射，视频信号的高频部分被衰减，损失图像的清晰度。“抗干扰器”是采用“信号平衡

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