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摄像机的配套设备

发布时间:2020-01-15 15:44   作者:admin
视频监控系统是一种图像信息采集系统,摄像机是产生图像的设备,自然是最关键的前端设备。但摄像机要达到最佳的工作状态,充分发挥摄像机的功能,必须辅之以相关的配套设备。
 
摄像机的配套(外围)设备主要作用包括:实现摄像机的基本功能,如摄像镜头,与摄像机一同完成光学图像的转换;扩展摄像机的功能,如云台扩大了摄像机的视场;扩大摄像机的应用范围,如防护设备使通用摄像机可以工作在各种严酷的环境中。
 
一、摄像镜头
 
摄像镜头,顾名思义是光学参数和机械参数专门为摄像机应用而设计的镜头,是摄像机实现光电转换,产生图像信号必不可少的光学部件。镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的,工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道。设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距,施工人员经常进行现场调试,其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。
 
由于图像技术是处理焦平面上光学图像的技术,这个焦平面既是摄像器件的成像面,也是摄像镜头的焦平面。以下简单介绍镜头的主要技术参数及视频监控系统如何选择镜头。
 
1、摄像镜头的主要技术参数:
 
摄像镜头的主要技术参数是产品说明书上必须列出的项目,主要有以下五点。
 
(1)、镜头的成像尺寸:
 
镜头的成像尺寸是指镜头在像方焦平面上成像的大小,应与摄像机CCD的像面尺寸相一致,有 lin、2/3in、1/2in、1/3in、1/4in、1/5in等规格。
 
(2)焦距
 
焦距是镜头主点到像方焦点的距离。焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小、视场角大,所观察的范围也大,但距离远的物体分辨不是很清楚;焦距数值大、视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。
 
由于焦距和视场角是一一对应的,一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角,所以在选择镜头焦距时应该充分考虑,是观测细节重要,还是有一个大的观测范围重要,如果要看细节,就选择长焦距镜头,如果看近距离大场面,就选择小焦距的广角镜头。
 
(3)相对孔径。

相对孔径是镜头入射光瞳(有效光阑)直径D和焦距f的比值,它表示镜头收集光线的能力。实际镜头用它的倒数值(光圈数F)来标注,因此F值越小,镜头收集光的能力(进光量)越大,反之越小。
 
(4)视场角

视场角是摄像机镜头得到的视野的张角。许多镜头产品说明书给出的视场角的数值,是在镜头的成像尺寸与摄像器件像面尺寸匹配时的值,
 
(5)镜头安装接口.

摄像镜头要被固定在摄像机的标准安装座上,以保证镜头的光轴与CCD感光面中心垂直,并保持一定的电离,使镜头的像面与CCD的像面重合。目前有三种标准的安装接口:C接口、CS接口、S接口。

 
2、常用的摄像机镜头分类
摄像镜头各类特征的调节方式和调节范围的不同组合,构成了多样化的镜头类型。
 
(1)以摄像机镜头安装分类。
所有的摄像机镜头均是螺纹口的、CCD摄像机的镜头。安装有两种工业标准,即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同,但两者从镜头到感光表面的距离不同。
对C安装座而言,从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm,CS安装座,又称为特种c安装座,需要将摄像机前部的垫圈取下再安装镜头,其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。
 
如果要将一个C安装座镜头安装到一个CS安装座摄像机上,则需要使用镜头转换器.
 
(2)以摄像机镜头规格分类

摄像机镜头规格应视摄像机的CCD尺寸而定,两者应相对应,即摄像机的CCD 靶面大小为1/2in时,镜头应选1/2in;摄像机的CCD 靶面大小为1/3in时,镜头应选1/3in;摄像机的CCD 靶面大小为1/4in时,镜头应选1/4in。如果镜头尺寸与摄像机CCD靶面尺寸不一致时,观察角度将不符合设计要求,会发生画面在焦点以外等问题。
 
(3)以镜头光圈分类。
 
镜头有手动光圈(Manual Iris)和自动光圈(Auto Iris)之分,配合摄像机使用,手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合,自动光圈镜头因亮度变化时其光圈也会自动调整,故适用于亮度变化的场合。

自动光圈镜头有两类:一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈,称为视频输入型;另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,称为DC输入型。自动光圈镜头上的 ALC(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以用整个画面的平均亮度,也可以用画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度,供给自动光圈调整使用。一般而言,ALC已在出厂时经过设定,可不做调整,但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时,明亮目标物的影像可能会造成“白电平削波”现象,而使全部屏幕变成白色,此时可以调节 ALC 来变换画面。
 
另外,自动光圈镜头装有光圈环,转动光圈环时,通过镜头的光通量会发生变化。
 
下列应用情况较适合采用自动光圈镜头:

在诸如太阳光直射等非常亮的情况下,用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。

要求在整个视野有良好的聚焦时,用自动光圈镜头有比用固定光圈镜头更大的景深。

要求在亮光情况下因光信号导致的模糊最小时,应使用自动光圈镜头。
 
(4)按镜头的视场大小分类

标准镜头:视角30 左右,在1/2in CCD摄像机中,标准镜头焦距定为12mm,在1/3in CCD摄像机中,标准镜头焦距定为8mm。

广角镜头:视角90 以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广的视景。

远摄镜头:视角20 以内,焦距可达几米甚全几十米,此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影像放大,但使观察范围变小。

变倍镜头(Zoom Lens):又称为伸缩镜头,有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头(Vari-Focus Lens):它介于标准镜头与广角镜头之间,焦距连续可变,既可将远距离物体放大,同时又可提供一个宽广视景,使监视范围增加。
 
 
二、云台
 
视频监控里的云台是控制摄像机角度调整的机械装置,是承载摄像机进行水平和垂直两个向转动的装置。监控系统所说的云台可以通过控制系统远程控制其转动及移动的方向。它的作用扩展摄像机的视场,或扩大摄像机的监控范围。
 
1、云台简介
 
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角度,达到最好的工作状态后只要锁定调整机构就可以了。
 
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0-35度,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。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。

其实云台就是两个交流电机组成的安装平台,可以水平和垂直地运动。但是要注意我们所说的云台区别于照相器材中的云台,照相器材的云台一般来说只是一个三脚架,只能通过手来调节方位;而监控系统所说的云台是通过控制系统远程控制其转动以及移动的方向。
 
2、台类型

对云台分类,主要是为了便于产品选择,摄像机云台有多种类型,如下所示。

(1)按使用环境分为室内型和室外型,主要区别是室外型密封性能好、防水,防尘、负载大。

(2)按安装方式分为侧装和吊装,就是把云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。

(3)按外形分为普通型和球型,球型云台是把云台安置在一个半球形,球形防护罩中,除了防止灰尘干扰图像外,还隐蔽美观、快速。

(4)按照运动功能分为水平云台和全方位(全向)云台。

(5)按照工作电压分为交流定速云台和直流高变速云台。

(6)按照承载重量分为轻载云台、中载云台和重载云台。

(7)按照负载安装方式分为顶装云台和侧装云台。

(8)根据使用环境分为通用型和特殊型。通用型是指使用在无可燃、无腐蚀性气体或粉尘的大气环境中,又可分为使用型和室外型,最典型的特殊型应用是防爆云台。

在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小,也要考虑性能价格比和外型是否美观等因素。

3、内部结构
 
全方位云台内部有两个电机,分别负责云台的上下和左右各方向的转动。其工作电压的不同也决定了该云台的整体工作电压,一般有交流 24V、交流220V及直流24V。当接到上下动作电压时,垂直电机转动,经减速箱带动垂直传动轮盘转动;当接到左、右动作电压时,水平电机转动并经减速箱带动云台底部的水平齿轮盘转动。

需要说明的是云台都有水平、垂直的限位栓,云台分别由两个微动开关实现限位功能。当转动角度达到预先设定的限位栓时,微动开关动作切断电源,云台停止转动,限位装置可以位于云台外部,调整过程简单,也可以位于云台内部,通过外设的调整机构进行调整,调整过程相对复杂。但外置限位装置的云台密封性不如内置限位装置的云台。
 
室外云台与室内云台大体一致,只是由于室外防护罩重量较大,使云台的载重能力必须加大。
 
同时,室外环境的冷热变化大,容易遭到雨水或潮湿的侵蚀。因此室外云台一般都设计成密封防雨型。另外,室外云台还具有高转矩和扼流保护电路以防止云台冻结时强行启动而烧毁电机。在低温的恶劣条件下还可以在云台内部加装温控型加热器.

4、性能指标

评价云台主要看它的功能、承载能力、旋转速度及范围、环境适应性等方面,表现为以下具体技术参数:

(1)输入电压

驱动电机的工作输入电压,目前大多数云台采用AV24V 电动机,也有采用220V的电动机,云台的工作电压通常由解码驱动器提供。

(2)输入功率

这一参数关系到解码驱动器云台接口的负载能力。

(3)转动速度

云台的转动速度是衡量云台档次高低的重要指标。云台的水平和垂直方向是由两个不同的电机驱动的,因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速,由于载重的原因,垂直电机在启动和运行保持时的扭矩大于水平方向的扭矩,再加上实际监控时对水平转速的要求要高于垂直转速,因此一般来说云台的垂直转速要低于水平转速。
 
交流云台使用的是交流电机,转动速度固定,一般为水平转动速度为4-6/s,垂直转动速度为3-6/s。有的厂家也生产交流型高速云台,可以达到水平15/s,垂直9/s,但同一系列云台的高速型载重量会相应降低。

直流型云台大都采用的是直流步进电机,具有转速高,可变速的优点,十分适合需要快速捕捉目标的场合。其水平最高转速可达40-50/s,垂直可达10-24/s。
 
另外,直流型云台都具有变速功能,所提供的电压是直流0-36V之间的变化电压,变速的效果由控制系统和解码器的性能决定,以使云台电根据输入的电压大小做相应速度的转动。常见的变速控制方式有两种,一种是全变速控制,就是通过检测操作员对键盘操纵杆控制的位移量决定对云台的输入电压,全变速控制是在云台变速范围内实现平缓的变速过渡。另外一种是分挡递进式控制,就是在云台变速范围内设置若干挡,各挡对应不同的电压(转动速度),操作前必须先选择需要转动的速度挡,再对云台进行各方向的转动操作。
 
(4)转动角度。

云台的转动角度尤其是垂直转动角度与负载(防护罩/摄像机/镜头总成)安装方式有很大关系。云台的水平转动角度一般都能达到355,因为限位栓会
 
占用一定的角度,但会出现少许的监控死角。当前的云台都改进了限位装置使其可以达到360甚至365(有5的覆盖角度),以消除监控死角。用户使用时可以根据现场的实际情况进行限位设置。例如,安装在墙壁上的壁装式,即使云台具有360的转动角度,实际上只需要监视云台正面的180角度,即使转动到后面方向的180也只能看到安装面(墙壁),没有实际监控意义。因此壁装式只需要监视水平180的范围,角装式只需要监视270的范围。这样避免了云台过多地转动到无须监控的位置,也提高了云台的使用效率。顶装式云台的垂直转动角度一般为+30-90,侧装的垂直转动角度可以达到180,不过正常使用时垂直转动角度在20-90即可。

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