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摘 要 文章介绍了监控器材的功能、原理以及如何进行器材的搭配，用公式计算镜头的焦距，分析系统调试中可能遇到的问题，阐述了常见的检修保养方法，并列举工程实例，介绍器材的配置情况。
关键词 摄像机 云台 矩阵主机 抗干扰调试 监控系统
1 电视监控系统的器材
1.1 矩阵控制器
电视监控系统主要完成视频图像的采集与播放，是现代化智能大厦弱电系统的一部分。最简单的监控系统由一台摄像机、一台监视器及同轴电缆组成，当要监控的地点增多时，系统的摄像机数量也要增多，除特殊要求外，监视器的数量也不可能无限多，受造价及空间所限，电视墙的数量一般为１０~２０个，要完成系统的监控功能，只有通过矩阵设备完成视频的切换，实现以点盖面。
矩阵设备有两种：一种是视频矩阵，另一种是音视频矩阵，例如５×４矩阵（原理如图1所示）。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ为五路摄像机视频输入信号（音频信号的处理同视频）。Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ为四路输出信号，输入到输出端的连通由内部电路（电子开关）控制，连通的过程中还应包括信
号的幅度匹配，矩阵的输入端数应大于或等于摄像机的数量，同理，矩阵的输出端数应大于或等于监视器的数量，以便系统的扩展。有关资料表明，矩阵的设计理念来自通讯程控交换机。矩阵控制器还可以发出云台移动、可变镜头变化的串行控制信号，通过双绞线与解码器相连，其输入输出接口板一般都设计成插拔式，根据摄像机和监视器的数量，配置接口板，而且最好还应留有一两路备用，常见的有８、１６、３２、６４等路输入，４、８、１６、３２路输出。
1.2 电动云台
“云台”顾名思义就是云中飘忽不定的台子，可全方位移动（水平０°~３５５°）。摄像机安装在云台上，上下左右运动，扩大了监视范围。云台分为室内与室外两种，室外云台要求密封良好，能防雨雪的侵蚀，同时，云台的材质要有一定的强度，内部的电机、齿轮限位、开关质量要可靠，以减少维护保养的次数，云台动作的驱动信号来自解码器。
1.3 镜头
镜头是安装在摄像机前部的光学装置，负责收集物体的反射光到ＣＣＤ的靶面，进行光电转换。镜头有固定焦距镜头与变焦距镜头两种，固定焦距有手动光圈、自动光圈之分，变焦镜头有两可变、三可变和手动、电动之分。
（1）固定焦距镜头为广角镜头与普通镜头，焦距有１．４mm、４mm、８mm、１２mm等。广角镜头：视角在９０°以上，焦距小到几毫米。标准镜头：视角３０°，使用范围广。远摄镜头：视角２０°，焦距从几十毫米到几百毫米。
（2）变焦距镜头中两可变是指：焦距、聚焦可调，三可变是指焦距、聚焦、光圈可调。手动变焦距镜头由人工旋转其可调点并机械锁定。电动变焦镜头由内部电机通过齿轮带动焦距、聚焦、光圈的变化，适用范围大，成本高，与解码器连接完成驱动。
（3）镜头与摄像机的旋接接口：接口分为Ｃ扣与ＣＳ扣，Ｃ扣与ＣＳ扣镜头只差一个垫圈。Ｃ扣镜头直接旋上去即可，而ＣＳ扣镜头则是将摄像机前部的垫圈取下后再安装镜头。当镜头调整焦距后，图像仍模糊时，可将固定垫圈下的衬圈螺丝拧松，略微旋转镜头，令镜头与摄像机芯片间的距离改变，图像清晰后，再固定好螺栓。有些摄像头靠后像调节环调整，只需把固定螺丝拧松，转动后像调节环，使其转到Ｃ或ＣＳ位即可。ｃｏｍｐｕｔｅｒ镜头中Ｃ扣、ＣＳ扣的型号如表1所示。
1.4 解码器介绍
解码器是一块４８５串行通讯线路板，接受矩阵主机的指令，提供给云台摄像机上下左右变焦、变倍、变光圈动作信号，对户外防护罩提供雨刷与加热、除霜信号，特殊要求时可提供聚光灯控制，所有的解码器靠手拉手双绞线与矩阵主机接通，每个解码器地址码不同，靠拨码器件完成设定。解码器在室外安装时，箱体要能防雨雪，进线要从箱体下部布入。
1.5 分割器
一路或几路摄像机的信号可结合画面分割的形式输出到一路监视器，也可以轮巡的方式快速地把每一路信号分时地输出到一路监视器，分割器有四画面、九画面、十六画面之分。
1.6 录像机
普通长延时录像机：储存的是模拟信号，８h、１２h、２４h可设定，一般一盘磁带只能连续储存２４h信号，效果差，磁带可重复利用差，现已很少采用。现在大都采用硬盘录像机，硬盘录像机储存的是数字信号，录像质量好，录像后的数据保存时间长，反复擦写可达万次以上，有ＰＣ机和嵌入式两种，前者稳定性较差，后者外型成扁平状，使用非常广泛。
1.7 摄像机
摄像机又称为摄像头ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Cｏｕｐｌｅｄ Dｅｖｉｃｅｓ）即电荷藕合器件，如传统相机底片一样的感光系统，是感应光线的固体光电器件，当光线通过镜头聚光到达ＣＣＤ使其感光后，将光信号转变成电信号，ＣＣＤ像素越高质量越好，ＣＣＤ的尺寸越大效果越好。严格地说，摄像机是摄像头和镜头的总称，在实际工程中，它们价格是分开计算的。因为不同的现场环境其镜头的焦距是不一样的，而摄像机可通用一种型号。ＣＣＤ摄像机参数主要有以下几种：
（1）分辨率：一般用水平线数或像素数量表示，彩色摄像机的分辨率在３３０~５００线之间。线数越高，分辨率越高，图像越清晰。同理，像素越多，效果也越好。
（2）最低照度值：照度的单位是勒克斯（lux），最底照度值是摄像机对现场照度值的最低要求，当低于此值时，摄像机就无法拍出现场图像，此值越低，说明摄像机的质量越好。
（3）信噪比即图像信号与噪声信号的比值，用分贝（ｄＢ）表示，信噪比越大，表明图像信号的强度远大于噪声信号的强度。典型值为４６ｄＢ，如果为５０ｄＢ，则图像质量较好。
（4）ＣＣＤ的尺寸有１/４、１/３、１/２、２/３英寸。此值越大表明ＣＣＤ靶面越大，拍摄的效果也就越好。
1.8 支架、防护罩
主要有室内、室外两种，室外的支架、防护罩要比室内的抗腐蚀，材料强度要求也更高，一般采用金属或合金材料。
1.9 红外灯
对于特别重要而光线不理想的环境，要考虑增设红外灯进行补光。选择红外灯时，主要注意其照射距离是否能满足要求。
1.10 视频线与控制线
视频线选用７５Ω特性阻抗的同轴电缆，其屏蔽层有９６编、８０编之分，编数越多，效果越好。发泡型同轴电缆（ＳＹＦＶ－７５）较柔软，实心同轴电缆（ＳＹＶ－７５）较硬。与电源线一样，视频电缆也有内在损失，电缆越长及规格越小，损失就越严重，信号的频率越高，损失也越明显。常用视频电缆型号及最长参考距离如表2所示。
控制线缆采用ＲＶＶＰ×３（３芯）和RVVP×12（12芯），ＲＶＶＰ×３（３芯）用于解码器与主机及键盘与主机的连接，最好带屏蔽，其最长传输距离为１２００m；ＲＶＶＰ×１２（１２芯）用于解码器与镜头、云台的控制连接。
2 监控系统器材的搭配
（1）最简单的监控系统（如图2所示）是由一台摄像机和监视器组成，应该说它是监控系统的最小单元。
（2）4点监控系统有两种方式（如图3所示）。
①由1台监视器和4台摄像机组成，利用监视器自带的巡检功能完成四路图像的巡检，缺点是四路图像不能同时全部看到，但每次看到的图像均较大。
②在监视器和四台摄像机之间加装四画面分割器，既能看全部图像，又能看单幅大图像，但总造价比前者略高。
（3）9点监控系统（如图4所示）。由9台摄像机、1台监视器和九画面分割器组成，其画面较小，但可进行四画面和单画面转换。为方便操作，也可搭配成2台四分割器和3台监视器形式，这样，操作某台四分割器就不会影响另外一台的监控。
（4）１６点监控系统（如图5所示）。
①方案：采用十六画面分割器，可进行9画面、４画面转换，基本满足监控要求。
②方案：采用１６路硬盘录像机，可同时进行全程录像，录像时间的长短取决于硬盘容量的大小。可节省外置的十六分割器，其方案的性价比较高。
（5）对于超过１６点的监控系统，则需采用矩阵主机为核心的监控系统（如图6所示），国产的矩阵比进口价格低。系统由操作键盘完成视频到电视墙的转换，如果要求摄像机能转动，镜头能伸缩还需配解码器，接收操作者的键盘指令，完成相应的驱动。
（6）硬盘录像机与监视器的连接（如图7所示）。可以采用视频分配形式，把矩阵的输出一分为二，分别送到监视器与硬盘录像机。这种系统的优点是监视器和硬盘录像机互不干涉，如果监视器或硬盘录像机有视频输出口，则可通过视频输出口把视频信号转送至硬盘录像机或监视器，可节省一台视频分配器，但前者的好坏对后者有一定影响。
3 监控系统的实施
（1）现场测量：测量每个监控点的长宽，绘制平面图。
（2）确定传输距离：黑白ＣＣＤ可传６００~７００m， 彩色ＣＣＤ可传４００~５００m，计算线缆（视频线和控制线）的总长度。
（3）确定摄像机：彩色/黑白，镜头变焦/定焦，室内/室外用，国产/进口，固定/旋转，一体化/分体机等，将来是否还要扩充，购买时一定要看画面彩色是否正常，其方法是可关闭光圈，看全黑图像，观察噪音是否大，是否有个别明显亮点（疵点），如有则为次品。
（4）镜头：主要考虑接口、焦距、光圈。
①接口：应带可活动式接圈，均可要装Ｃ类或ＣＳ类镜头。
②焦距：如果选用手动焦距镜头，焦距可按下列公式计算：
对于１/３英寸的摄像机：
ｆ＝４．８×Ｌ÷Ｗ
ｆ＝３．６×Ｌ÷Ｈ
式中，Ｗ—目标宽度；
Ｈ—目标高度；
Ｌ—摄像机到目标的距离；
ｆ—焦距值.
如对于物距Ｌ＝６０００mm、物高Ｈ＝１８００mm的物体ｆ＝３．６×Ｌ÷Ｈ＝３．６×６０００÷１８００＝１２mm.
③光圈：室内摄像机镜头上手动光圈，室外摄像机镜头上自动光圈，当镜头对准太阳时光圈自动缩小，防止灼伤ＣＣＤ，其驱动形式如表3所示。
（5）矩阵主机的选择：根据前端摄像机的数量和监视器的数量配置矩阵主机的输入和输出口的大小。
（6）视频线的选择：视频线的特性阻抗为７５Ω，据笔者了解，具有７５Ω特性阻抗的电缆市场上有四类，要注意它们的应用范围，避免错误采购。７５Ω特性阻抗电缆的型号与应用范围如表4所示。
（7）放缆：线缆到货后，就要进行放缆了，放缆时要按图纸施工，使用主用线槽，配备足够的人员与通讯设施，保证电缆在自己的视线范围之内，不能打背扣，转弯处线缆的弯曲半径要符合要求，标记要清晰可靠，两端要预留线的长度以方便调试与维修，线缆接头的制作要由有经验的人来制作，焊接时要控制温度，过高过低都不好，且焊点要光滑。总之，放缆与焊接工作都需要认真负责。
4 常见问题的维修方法与器材保养
（1）工频干扰：视频传输中最常见的问题是在监视器上产生一条黑杠或白杠，这是由于存在地环路干扰造成的，究其原因是信号传输线的公共端与２２０V交流电源的零线短路；信号传输线的两端分别接地；系统中某一设备的公共端与２２０V交流电源短路；信号线受交流电源产生的强磁场干扰，或者是系统的核心设备的电源不是取至同一相位。
解决方法：查找与强电的短路点，电缆两端不能重复接地，在传输线上接入“纵向扼流圈”，２２０V电源集中取至某一相。
（2）木纹干扰：监视器上出现网纹严重影响图像质量，此干扰是视频线传输过程中带来的，主要原因是视频电缆线阻大、屏蔽性能差（屏蔽网的编数不够）、特性阻抗不是７５Ω。电源线与视频线同管敷设时，极易对视频信号造成干扰，为此，应分开布设，同时尽量采用金属管，不要采用非金属管，因为金属管的屏蔽效果要好于非金属管。
（3）特殊情况下的视频干扰：如果７５－７视频线的传输距离超过５００m时，应在线路中间加装放大器，增强信号的幅度，提高抗干扰强度。对于电梯内的摄像机，受电梯拽引机的工作干扰时，应在系统的前端与后端分别加装专用抗干扰器，此类抗干扰器一般具有内置防雷模块、防静电模块、系统免调试等特点。电梯在采购时，轿箱的软连电缆内最好预留监控用视频线，如果没有则要配电梯专用视频电缆。视频抗干扰器典型连接如图8所示。如ＴＳＹＶ－７５－４＋ＴＷＢ２×１．０电梯用综合电缆；ＴＳＹＶ－７５－３（１６０编）电梯用视频电缆。
（4）摄像机无图像输出或图像信号时有时无，首先要排除线缆中间及两端接头是否有断路、短路、虚焊及接触不良现象。另外，１２V直流电源特性不良，指标处于临界状态，电源空载时输出正常，有载时输出不正常或不能长时间工作，很容易造成摄像机图像信号时有时无，只能更换成输出电流值更大的同类型电源或换成性能稳定的１２V开关电源盒。开关电源输出指标稳定，纹波系数小，功效高、带载能力强，可与摄像机分开放置。
（5）云台无动作或某一云台动作时，另一云台跟随动作，观察解码器的通讯指示灯是否正常，如不正常，应检查通讯线，其次对解码器强制复位或断电复位，更换４８５通讯集成电路。用解码器的自检键判定解码器的输出是否正常，当按下解码器的自检键时，解码器的输出继电器的指示灯应分别点亮，云台也应跟随动作，如指示灯正常，而云台不动作，可拆开云台检查连线与微动限位开关，解码器的编码地址相同时，可能造成两台以上的云台一起动作。
（6）监视器（ＣＲＴ）常见问题的处理：显示屏四角偏红或偏绿、出现色斑，原因是受磁性物质磁化，可用消磁棒人工消磁，如问题不能解决，可检查消磁线圈或消磁电阻是否正常。屏幕水平一条亮线为场扫描电路问题，垂直一条亮线为行扫描电路问题，机器如经拍打，短时间内恢复正常，则线路板有开焊、假焊问题，重点检查输出变压器、开关变压器等体积较大、重量较重、引脚较粗的器件。
（7）器材保养：监控器材保养的目的是为了保证视频图像的清晰度，延长设备使用寿命使监控系统增值。前端器材与机房设备每年要至少进行一次大的除尘活动，监视器等设备断电后仍带高压，要由懂电视机修理的人员进行，摄像机的外防护罩赃污后要及时擦拭，清洁ＣＣＤ面板时要非常小心，要用专用的镜头纸或棉签蘸酒精来清洗。操作键盘不能无目的任意搬动，因为内部的微动开关是有使用寿命次数的。监视器（ＣＲＴ）如果长时间显示某单一画面，造成显像管内部电子长时间轰击屏幕某区域像素，此区域像素容易形成早衰，监视器断电后，图像的纹络还在屏幕上。因此监视器的画面要定期切换，防止屏幕早衰。
5 某法院的保安监控系统（见图9）
此保安监控系统由前端信息采集设备（摄像机）、传输线缆、图像处理设备（矩阵主机）三部分组成，前端设备采集的图像信息通过传输线缆送到图像处理设备。硬盘录像的图像可传输到内部局域网上。监控中心器材目录见表5，系统前端器材目录见表6，传输管线目录见表7。 &
参考文献
1 詹书林.《通讯与广电工程管理与实务（第二版）》中国建筑出版社，2007；3
2 《有线电视系统中的50Hz干扰及对策》 电子科技大学出版社，2006；12
