任务三 摄像机、云台、解码器的安装和调试
［任务目标］
通过特定场合摄像机镜头支架的安装和调试，了解摄像机镜头的分类和各项技术指标，学会摄像机镜头的选型，掌握摄像机镜头安装和调试技巧。
通过特定场合云台、解码器的安装和调试，了解云台、解码器的功能分类选型；学会云台解码器的安装接线，能够对系统故障进行调试。
［任务内容］
学校工业中心是实验室聚集地，晚上没有人值班，需要安装固定彩色摄像机和全方位转动摄像机，方便校门口门卫监控工业中心楼梯口情况。
［知识点］
一、摄像机（图2-21～图2-23）
图2-21 红外摄像机
图2-22 低照度摄像机
图2-23 CCD宽动态摄像机
监控系统中使用的摄像机主要是CCD摄像机。摄像机是摄像机和镜头的总称，根据被摄目标物体的大小和摄像机与物体的距离，通过计算得到镜头焦距来确定镜头，所以镜头都是依据实际情况而定的。
（1）CCD摄像机工作方式
CCD（Charge Coupled Device电荷耦合器件）是一种特殊半导体器件，被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或视频机的视频输入端，便可以看到与原始图像相同的视频图像。
（2）彩色摄像机的主要技CCD术指标
①CCD尺寸（摄像机靶面大小） 多为1/2in、1/3in、1/4in和1/5in。
②CCD像素数 CCD由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，分辨率越高，图像越清晰。38万像素以上为高清晰度摄像机。像素数有的给出水平及垂直方向的像素数，CCD如500（高）×582（宽），有的给出两者乘积值，如30万像素。对于一定尺寸CCD芯片，像素数越多，每一个像素单元面积越小，由该芯片构成摄像机的分辨率越高。
③水平分辨率 水平分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到线数最多。分辨率不仅与CCD和镜头有关，还与摄像机电路通道频带宽度直接有关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。
④灵敏度 也称最小照度，是CCD对环境光线的敏感程度，即CCD正常成像时所需要最暗光亮度。照度单位是Lux，数值越小，表示需要的光亮度越小，摄像机越灵敏。月光级或星光级等高敏感度摄像机可工作在很暗的条件下，2～3Lux属一般照度。
⑤扫描制式 有PAL制和NTSC制之分。
⑥摄像机电源 摄像机电源，交流有220V、110V、24V，直流为12V或9V。
⑦信噪比 是信号对于噪声的比值取对数后乘以20，单位为分贝（dB）。一般摄像机给出的信噪比值均是在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。
⑧视频输出 多为1Vp-p、75Ω，均采用BNC接头。
⑨镜头安装方式 有C和CS方式，两者的感光距离不同。
（3）CCD彩色摄像机可调功能
CCD彩色摄像机除了上面介绍的基本参数外，还有一些可调功能，如同步方式选择、自动增益控制、背光补偿、电子快门、白平衡、色彩调整等。
①同步方式的选择 有三种同步方式：外同步、内同步、电源同步供选择。
②自动增益控制 所有摄像机都有信号放大电路，如果在微光下适当放大，可以相对提高清晰度，如果在光亮的环境中放大，可能造成过载，造成信号畸变，需要有自动增益控制（AGC）电路来探测信号电平，适当开关AGC，使得摄像机在较宽动态范围内工作。即在低照度时自动增加摄像机灵敏度，提高图像信号强度获得清晰图像。
③背光补偿 也称逆光补偿，通常摄像机AGC工作点由整个视场内容平均值决定。在视场中有很亮背景区和一个很暗前景区情况下，AGC对于前景区不合适。如果此时背光补偿开启时，摄像机只根据视场中一个子区域确定AGC工作点，如果前景目标恰好在此子区域内，将有效改善前景目标可视性。
④电子快门 电子快门控制摄像机CCD累积时间。当电子快门关闭时，对于PAL摄像机，为1/50s；当摄像机的电子快门打开时，对于PAL型摄像机，其电子快门覆盖从1/50s到1/10000s的范围。当电子快门速度增加时，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，同时对于观察运动图像时候，较高快门速度会产生一个“停顿动作”效应，增加了摄像机动态分辨率。
⑤白平衡 白平衡用于彩色摄像机，使摄像机图像能精确反映景物状况。可以分为手动白平衡和自动白平衡两种方式。自动白平衡又分成连续方式和按钮方式两种。
自动白平衡的连续方式：白平衡设置将随着景物色彩温度改变连续调整，范围为2800～6000K。这种方式对于景物色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但景物几乎没有白色时，连续白平衡不能产生最佳彩色效果。
自动白平衡的按钮方式：先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，静止几秒，或者至图像呈现白色，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300～10000K。在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。
二、镜头
镜头是监控系统中必不可少的部件，镜头与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。见图2-24。
图2-24 镜头
镜头光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数。
①成像尺寸 镜头一般可分为1in（25.4mm）、2/3in（16.9mm）、1/2in（12.7mm）、1/3in（8.47mm）和1/4in（6.35mm）等几种规格，分别对应不同成像尺寸选用镜头时、应使镜头成像尺寸与摄像机靶面尺寸大小相吻合。
②焦距 焦距决定了摄取图像大小，用不同焦距镜头对同一位置某物体摄像时，配长焦距镜头摄像机所摄取的景物尺寸大，反之，配短焦距镜头摄像机所摄取景物尺寸小。
当已知被摄物体的大小及该物体到镜头的距离时，可估算选配镜头焦距：f=hD/H或f=vD/V。其中，D为镜头中心到被摄物体距离；H和V分别为被摄物体水平尺寸和垂直尺寸；h为靶面成像水平宽度；v为靶面成像高度。
③相对孔径 为了控制通过镜头光通量大小，在镜头后部设置光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射关系，镜头实际孔径为D，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f。一般用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小，即F=f/D。F称为光圈数，标注在镜头光阑调整圈上，其标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等序列值，隔一个数值是前一个数值的2倍。像的照度与光阑的平方成正比，光阑每变化一挡，像亮度变化一倍。F值越小，光阑越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。
④视场角 镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视场角与镜头焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h和垂直尺寸v）的大小有关，镜头的水平视场角αh和垂直视场角αv可分别由下式来计算，即：
根据以上两式，镜头的焦距f越短，其视场角越大，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。如果所选择镜头视场角太小，可能出现监视死角；若选择镜头视场角太大，可能造成监视主体画面尺寸太小，难以辨认，画面边缘出现畸变。因此，要根据具体应用环境选择视场角合适镜头。
⑤接口 镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。在视频监控系统中常用镜头是C型安装镜头。镜头安装部位口径是25.4mm，从镜头安装基准面到焦点距离是17.526mm。大多数摄像机的镜头接口CS型，C型镜头安装到CS接口摄像机时需增配一个5mm厚的接圈。将如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS型接口摄像机上，可能使镜头后镜面碰到CCD靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。
三、防护罩
防护罩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。一般分为两类，一类是室内防护罩，另一类是室外防护罩。室内用防护罩结构简单，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。室外用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。这种防护罩具有降温、加温、防雨、防雪等功能。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。
四、支架
普通支架有短的、长的、直的、弯的，根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求，再有就是安装位置，因为从实践中发现，很多室外摄像机安装位置特殊，有的安装在电线杆上，有的固定于塔吊上，有的安装在铁架上。见图2-25。
图2-25 支架
五、云台
（1）云台的选用
在选用云台时，除了要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小、性能价格比和外形是否美观外，还应注意以下几个方面。
①承重 为适应不同摄像机及防护罩的安装，云台的承重应是不同的。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。室内用云台的承重量较小，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用防护罩的摄像机，所以承重量都较大，它的体积和自重也较大。
目前出厂的室内用云台承重量为1.5～7kg，室外用云台承重量为7～50kg。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的云台。
②控制方式 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5个，其中1个为电源的公共端，另外4个分别为上、下、左、右控制端。如果将电源的一端接在公共端，电源的另一端接在“上”时，则云台带动摄像机头向上转动，其余类推。
还有的云台内装有继电器等控制电路，这样的云台往往有6个控制输入端。1个是电源的公共端，4个是上、下、左、右端，还有1个则是自动转动端。当电源的一端接到公共端，电源的另一端接在“自动”端时，云台将带动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。
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、输出端接口的云台，并且在固定部位与转动部位之间（即摄像机之间）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连线。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。
（2）云台结构
以球罩云台YD5309为例，结构如图2-26所示，包括顶盖、排风扇、上罩、内罩、下罩、摄像机托板、加热单元和限位块等。
图2-26 云台的结构
六、解码器
解码器的电路是以单片机为核心，由电源电路、通信接口电路、自检及地址输入电路、输出驱动电路、报警输入接口等电路组成。解码器一般不能单独使用，需要与系统主机配合使用。
（1）解码器的作用和功能
解码器的主要作用是接收控制中心的系统主机送来的编码控制信号，并进行解码，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）。见图2-27。
图2-27 外置解码器
解码器不能单独使用，而必须与矩阵控制系统配合使用。
同一个系统中可能有多台解码器，所以每一台解码器上都有一个拨码开头，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，必须与系统中的摄像机编号一致。
解码器具有自检功能，即不需要远端主机的控制，直接在解码器上操作拨码开关，通过测试云台和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，以适应不同的镜头电源。
解码器在通信正确时，通信指示灯闪亮，这样，就很容易判断此解码器与系统主机的连线是否正确。解码器还具有回传为数据信号的功能，因而在实际应用中可以将各类报警探头等前端设备直接接于监控现场的解码器上。报警探头发出的报警信号，可在前端解码器内编码后经由RS-485通信总线回传到中心控制端的系统主机，这样在实际工程施工中即可省去从前端监控现场到中心控制端的报警连线，从而大大减小施工难度，也减少了工程线缆的用量及成本。
（2）解码器接线方法（图2-28）
图2-28 解码器接线图
（3）解码器使用
选择好解码器的工作电压（P/TVOLTAGE），设置好解码器的地址（ID的1～8端子，地址为1～256），选择好解码器FUNCT中的1、2端子设定波特率，使解码器与控制设备之间有相同的数据传输速度，选择好解码器工作协议（FUNCT的3、4端子），并将通信控制线（485总线）与总线相连。解码器一方面可根据控制点发送过来的要求信号控制云台（UP，DOWN，LEFT，RIGHT）与镜头的电动变焦（ZOOM，FOCUS，IRIS和镜头公共端LENS COM）及摄像机动作，并将一定的回复信号返回给控制点；另一方面将视频信号传送给控制点作监控等。同时解码器可提供摄像机电源（DV12V，GND）和云台电源（P/TVOLTAGE），并将交给交流24V的设备使用。此外，还具有控制灯光、雨刷及镜头保护和自动匹配控制协议的功能，兼容多种控制协议。
注意：
①当FUNCT中的3、4如拨成1、1，则拨ID为自检功能，即控制云台的转动和摄像的清晰度，否则ID则表示解码器地址，当3、4都拨1时为自动匹配协议；
②通电后POWER会一直亮，解码器接到正确的指令时，指示灯CODE会快速闪烁，若无法控制云台及摄像机，应先检查CODE灯是否闪烁；
③解码器的DATA+与DATA-两端之间需并接一个120Ω的匹配电阻；
④注意云台的工作电压，然后在解码器上选择相应的电压。
（4）485通信方式
智能解码器采用RS-485总线控制通信方式，DATA+、DATA-为信号端，G（GND）为屏蔽地。标准RS-485设备至智能解码器解码器之间采用二芯屏蔽双绞线连接，连接电缆的最远累加距离不超过15000m。多个解码器连接最远一个解码器的DATA+、DATA-两端之间，并接一个120Ω的匹配电阻。架设通信线时，应尽可能地避开高压线路或其他可能的干扰源。见图2-29。
图2-29 设备连接示意图
注意：解码器DATA+、DATA-、GND端子对应连接。
［任务材料］
工具涨塞、螺钉旋具、小锤、电钻。
材料各类镜头若干、彩色低照度摄像机1台、一体化摄像机1台；直流电源1个；视频线材若干、监视器1台、支架、云台1台、解码器1台。
［任务步骤］摄像机镜头防护罩的安装
（1）摄像机、镜头的选择
考虑到学校工业中心晚上没有灯光，光线不充足，仅监视景物的位置或移动，使用低照度黑白摄像机；摄像范围局限在楼梯口较小的范围，选用定焦镜头。
（2）摄像机、镜头、支架和防护罩的安装
①拿出支架（图2-30），准备好工具和零件：涨塞、螺钉旋具、小锤、电钻等必要工具；按事先确定的安装位置，检查好涨塞和自攻螺丝的大小型号，试一试支架螺丝和摄像机底座的螺口是否合适，预埋的管线接口是否处理好，测试电缆是否畅通，就绪后进入安装程序。
图2-30 支架
②拿出摄像机和镜头，按照事先确定的摄像机镜头型号和规格，仔细装上镜头（红外摄像机和一体式摄像机不需安装镜头）。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机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（只有在后焦距调整完毕后，才需要最后校正其平衡状态）。具体步骤如下。
a.卸下镜头接口盖。
b.镜头安装：逆时针方向转动松开定位焦距（可调环上的一颗螺钉），然后将环按C方向（逆时针）转动到底。否则，在摄像机上安装镜头时，可能会对内部图像感应器或镜头造成损坏。见图2-31。
图2-31 摄像机镜头安装
c.必须根据镜头的类型，将镜头选择开关置于摄像机的一侧。如果安装的镜头是DC控制类型，则将选择开关置于“DC”，如果是视频控制类型，则切换到“VIDEO”。
d.根据镜头类型，旋转焦距调节螺钉调整焦距。注意不要用手碰镜头和CCD，确认固定牢固后，接通电源，连通主机或现场使用监视器、小型视频机等调整好光圈焦距。
③拿出支架、涨塞、螺丝刀、小锤、电钻等工具，按照事先确定的位置装好支架。检查牢固后，将摄像机按照约定的方向装上（确定安装支架前，先在安装的位置通电测试一下，以便得到更合理的监视效果）。
④如果在室外或室内灰尘较多，需要安装摄像机护罩，在步骤b.后，直接从这里开始安装护罩：
a.打开护罩上盖板和后挡板；
b.抽出固定金属片，将摄像机固定好；
c.将电源适配器装入护罩内；
d.复位上盖板和后挡板，理顺电缆，固定好，装到支架上。
⑤把焊接好的视频电缆BNC插头插入视频电缆的插座内（用插头的两个缺口对准摄像机视频插座的两个固定柱，插入后顺时针旋转即可），见图2-32，确认固定牢固、接触良好，摄像机6个接线桩解释如表2-7所示。
图2-32 视频接口
表2-7 摄像机接线桩定义表
⑥将电源适配器的电源输出插头插入监控摄像机的电源插口，并确认牢固度。
⑦把电缆的另一头按同样的方法接入控制主机或监视器（视频机）的视频输入端口，确保牢固、接触良好。
⑧接通监控主机和摄像机电源，通过监视器调整摄像机角度到预定范围，并调整摄像机镜头的焦距和清晰度，进入录像设备和其他控制设备调整工序。
（3）摄像机测试步骤
测试摄像机主要测试清晰度和色彩还原性、照度、逆光补偿，其次是测其球形失真、耗电量、最低工作电压。下面介绍清晰度和色彩还原性以及照度、逆光补偿等指标的测试。
①清晰度的测试 多个摄像机进行测试时，应使用相同镜头，以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准，清晰准确的数出已给的刻度线，共10组垂直线和10组水平线，分别代表垂直清晰度和水平清晰度。如垂直350线，水平800线，最好用黑白监视器。测试时可在远景物聚焦，也可边测边聚焦。
②彩色还原性的测试 测试此参数应选好的彩色监视器。首先远距离观察人物、服饰，看有无颜色失真，拿色彩鲜明的物体作对比，看摄像机反应灵敏度，拿彩色画册放在摄像机前，看画面勾勒得清晰程度，过淡或过浓都应再次对运动的彩色物体进行摄像，看有无彩色拖尾、延滞、模糊等。测试条件：摄像机在50V时应在（50+10）V照度情况下测量，即每台摄像机最佳照度基础上加10V，且光圈应保持最接近状态。
③照度 室内光照也可从最暗调至最明。测试时，摄像机光圈均开至最大时记录最高照度值，再把光圈打至最小，再记录最低照度值。
④逆光补偿 测试此参数有两种方法：一种是在暗室内，把摄像机前侧灯调至最亮，然后在灯下方放置一图画或文字，把摄像机迎光摄像，看图像和文字能否看清，画面刺不刺眼，并调节换挡开关，看有无变化，哪种效果最好；另一种是在阳光充足的情况下把摄像机向窗外照，此时看图像和文字能否看清楚。
⑤球形失真 把测试卡置于摄像机前端，使整个球体出现在屏幕上，看圆球形有无椭圆；把摄像机前移，看圆中心有无放大，再远距离测试边、角、框有无弧形失真等。
⑥耗电量 最低工作电压，使用万用表测量电流，使用小稳压器调节电压看耗电量。
（4）安装云台解码器
①摄像机进行单体调试。
②阅读解码器说明书，画出云台、解码器、码转器接线图。
③云台和解码器接线（内置解码器不需要接线），检查解码器、云台设备是否正常。
④摄像机固定在云台上，并对摄像机和解码器接线。
⑤摄像机的视频输出连接到原有学校监控系统的视频线上。
⑥对解码器的拨码盘进行拨码，做解码器的自检实验（内置解码器自动自检）。
⑦解码器的通信线与原有码转器的对应端子连接。
（5）云台、解码器故障处理方法
①码转灯不闪 软件设置（灯不闪，码转换器未工作），软件中的解码器设置（解码器协议、COM口、波特率等）；或更换一个COM口。
②无法控制解码器 解码器中无继电器响声。
a.检查解码器是否供电。
b.检查码转换器是否拨到了输出485信号。
c.检查解码器协议是否设置正确。
d.检查波特率设置是否与解码器符合，检查地址码设置与所选的摄像机是否一致。
e.检查解码器与码转换器的接线是否正确。
f.检查解码器工作是否正常：解码器断电1min后通电，是否有自检声；软件控制云台时，解码器的UP、DOWN、AUTO等端口与PTCOM口之间有无电压变化。
g.检查解码器的保险管是否已烧坏。
③无法控制云台
a.检查解码器工作是否正常。
b.解码器的24V或220V供电端口电压是否输出正常。
c.直接给云台的UP、DOWN、与PTCOM线进行供电，检查云台是否能正常工作。
d.检查供电接口是否接错。
e.检查电路是否接错（解码器为UP、DOWN等线与PTCOM直接给云台供电，各线与摄像机及云台各线直接连接就可以了；有的解码器为独立供电接口）。
④云台控制的部分功能无法使用
a.界面上无法操作：安装相应的云台控制补丁程序。
b.点击时码转灯亮或解码器里面有继电器响，但部分功能无法控制：检查无法控制的功能部分接线是否正确，云台、镜头等设备是否完好，解码器功能端口是否有电压输出。
c.控制时云台动作不正常如出现转动无法停止情况，首先单独对该端口进行测试（直接向该端口通电，进行控制），如正常，则检查解码器对应的端口是否工作正常。
注意：提及解码器接线和调试情况，均指解码器外置情况。
［问题讨论］
①摄像机在整个监控系统中的地位和作用是什么
②讨论内置解码器和外置解码器的优缺点。
③简述外置解码器自检功能调试步骤。
［课后习题］
①调查目前市场上摄像机的应用情况。
②解码器地址设置的作用是什么？