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大家知道，所有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其最終目的都是要將監(jiān)控場(chǎng)景（即被攝體）的可見與不可見的光學(xué)圖像，不失真地變換為電學(xué)圖像，并傳輸?shù)浇K端的顯示設(shè)備上還原顯示出來。因此，對(duì)一個(gè)成功的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來說，首先必須要了解所監(jiān)控的場(chǎng)景，即被攝體的光學(xué)特性，才能更好地選擇攝像機(jī)等部件，從而設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)質(zhì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來。

一、監(jiān)控場(chǎng)景的照度

由于監(jiān)控場(chǎng)景的照度決定了到達(dá)攝像機(jī)鏡頭的光通量，所以照度是決定視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質(zhì)量的重要因素。無論被攝體對(duì)象如何，總可以將它們分為發(fā)光體（如爐膛火焰、沸騰的鋼水和各種照明燈具等）與不發(fā)光體兩類。過去對(duì)于采用一般的光導(dǎo)攝像管的攝像機(jī)來說，要求監(jiān)控場(chǎng)景的照度最低應(yīng)在100Lx以上；而對(duì)于彩色攝像機(jī)來說，其最低照度還應(yīng)在1000Lx以上。由于絕大多數(shù)的物體是不發(fā)光體，因此要利用自然光源（太陽）和人造光源對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行照明。絕不能因?yàn)楸O(jiān)控場(chǎng)景的照度不足而影響系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。有的用戶在選用攝像機(jī)時(shí)，往往用高靈敏度攝像機(jī)來解決被攝體照度不足的問題，但如能用照明的方法來增加被攝體的照度，不僅能節(jié)約購置高靈敏度攝像機(jī)所增加的費(fèi)用，而且還會(huì)人為地壓縮被攝物體的對(duì)比度范圍，從而使監(jiān)視器上看到的畫面比較均勻。
因此，無論在室內(nèi)還是室外、白晝還是黑夜，都必須考慮監(jiān)控場(chǎng)景可用光線的照度和顏色，并將其與所用攝像機(jī)的靈敏度相比較。在白天，選用的攝像機(jī)必須配用自動(dòng)光圈鏡頭或具有電子快門功能，以避免受到強(qiáng)光的影響；在夜間，必須使所用的人工照明的照度和光譜特性，與所用攝像機(jī)的光譜和照明靈敏度相匹配，以保證視頻圖像畫面的質(zhì)量。一般，光線越充足，圖像畫面就越清晰。我們?cè)谶x用攝像機(jī)時(shí)要注意它的最低工作照度，由于還有鏡頭、色溫等條件，所以實(shí)際上，監(jiān)控場(chǎng)景的照度一般至少在最低照度的10倍以上才比較合適。
采用人造光源照明后，被攝體的照度是多少，在作視頻監(jiān)控工程時(shí)如何簡(jiǎn)便計(jì)算，也是大家所關(guān)心的問題。式中表明了計(jì)算監(jiān)控場(chǎng)景照度E的關(guān)系

E=B/D2

式中，3為人造光源的亮度，單位為1m；。為光源至被攝體之間的距離，單位為m。表1列出了停車場(chǎng)、碼頭、建筑物外圍和人行道等場(chǎng)所應(yīng)當(dāng)具備的照度推薦值。
 

表1 典型的監(jiān)控場(chǎng)所推薦的照度范圍

監(jiān)控場(chǎng)所

室內(nèi)外

照度/Ix

監(jiān)控場(chǎng)所

室內(nèi)外

照度/Ix

停車場(chǎng)

室內(nèi)

50~500

精加工機(jī)床或車床

室內(nèi)

2000~5000

碼頭

室內(nèi)

200

正在使用中的倉庫

室內(nèi)

150~300

汽車修理廠

室內(nèi)

500~1000

閑置倉庫

室內(nèi)

50

車庫

室內(nèi)

100~200

貨場(chǎng)

室外

10~200

粗加工車間

室內(nèi)

200~500

開放式停車場(chǎng)

室外

10~20

中等加工車間

室內(nèi)

500~1000

帶屋頂?shù)耐＼噲?chǎng)

室外

50

精加工車間

室內(nèi)

1000~2000

停車場(chǎng)的入口

室外

50~500

 

 

二、監(jiān)控場(chǎng)景的對(duì)比度
對(duì)于監(jiān)控場(chǎng)景（被攝體）的照度，無論是設(shè)計(jì)者還是用戶往往還比較重視，但對(duì)于監(jiān)控場(chǎng)景（被攝體）本身的對(duì)比度，以及被攝體與背景的反差，則容易被忽視。大家知道，無論是對(duì)攝像器件，視頻通道還是監(jiān)視器的顯示屏，其動(dòng)態(tài)范圍都是有一定限度的。特別是熒光屏所能顯示的亮度范圍，在較明亮的室內(nèi)僅為（30~40）：1,而實(shí)際被攝體在光源的照射下其亮度范圍可高達(dá)幾百比U這樣，攝像機(jī)視野內(nèi)的明暗差別就會(huì)大大超過視頻系統(tǒng)所能顯示的限度，而造成應(yīng)該看見的暗部看不見，而亮部又會(huì)全部發(fā)白，以致嚴(yán)重影響系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。為此，我們可以采取正確設(shè)置攝像機(jī)的位置、方向，以及在必要時(shí)采用輔助光源的辦法來加以解決。
可供選擇的壓縮對(duì)比度的方法有如下幾種。
（1）空間分離法。這種方法是將被攝體的對(duì)比度范圍分開，即采用兩臺(tái)攝像機(jī)分別攝取亮部與暗部，然后分別用監(jiān)視器進(jìn)行觀察。這種辦法雖很簡(jiǎn)單，但要增加設(shè)備投資，且使觀察者看不到被攝體的全貌?？稍谔厥馇闆r下，這還是一種可供選擇的方法，我們稱之為空間分離法。
（2）時(shí)間分離法。這種方法是利用調(diào)整光圈的方法來壓縮對(duì)比度，即對(duì)被攝體進(jìn)行分時(shí)監(jiān)視。也就是說，在某一時(shí)刻采用減小光圈數(shù)的辦法對(duì)被攝體亮的部位進(jìn)行監(jiān)視，以便看清物體；反之用增大光圈數(shù)的辦法對(duì)被攝體暗的部位進(jìn)行監(jiān)視。我們稱此為時(shí)間分離法。
（3）頻率分離法。這種方法是利用被攝體的光譜分布和采取特殊照明方式來壓縮對(duì)比度。例如，對(duì)灼熱的鋼材、爐膛等進(jìn)行監(jiān)視時(shí)，由于被攝體幅射出的紅外光特別強(qiáng)，所以可用紅外濾光片把強(qiáng)的紅外光濾去，或者采用紅外攝像機(jī)只攝取紅外部分，這實(shí)際上是相當(dāng)于從光譜分布上將被攝體對(duì)比度分開，因此我們稱此為頻率分離法。
此外，在隧道內(nèi)對(duì)交通流量進(jìn)行監(jiān)視，為了減輕汽車前燈的影響，一般在隧道內(nèi)采用鈉燈照明，并在鏡頭前加一塊D線透過鏡頭來解決這一問題。
（4）采用y值可調(diào)的攝像機(jī)。采用y值可調(diào)的攝像機(jī)也能壓縮對(duì)比度。因?yàn)閥值是表示輸出電壓與亮度變化關(guān)系的值，在尸1時(shí)表示輸出電壓與亮度變化成正比。對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng),y值是攝像器件、視頻通道、顯像管三者y值的總的效果：對(duì)成像器件，y值是等于或小于1，
第2章安防視頻監(jiān)控中的光源和光學(xué)系統(tǒng)的定值（當(dāng)外部電路參數(shù)確定后）；對(duì)顯像管，/值是大于1的定值。因此，可調(diào)整的部分只有視頻通道。也就是說，只有用視頻通道的非線性特性來改善（或壓縮）對(duì)比度范圍。如在進(jìn)行城市交通的視頻監(jiān)視時(shí)，被攝體經(jīng)常處在強(qiáng)烈的日光照明下，這時(shí)就必須調(diào)整視頻通道的7值，即調(diào)整攝像機(jī)的y值，使其對(duì)特別亮的部分進(jìn)行壓縮，從而達(dá)到好的監(jiān)視效果。
（5）對(duì)被攝體的暗部進(jìn)行照明。對(duì)被攝體暗部進(jìn)行照明，也可以壓縮被攝體的對(duì)比度。
（6）將安置監(jiān)視器的房間的光線調(diào)暗。最后一個(gè)辦法就是，可將設(shè)置監(jiān)視器的房間的光線調(diào)暗，這也是提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)比度重現(xiàn)范圍的有效辦法，這時(shí)可使重現(xiàn)范圍擴(kuò)大到100:1。
三、監(jiān)控場(chǎng)景物體的反射特性
監(jiān)控場(chǎng)景（被攝體）即使有充分的照明，但當(dāng)它是完全的光吸收體時(shí)也不會(huì)表現(xiàn)出亮度。在照明條件下之所以能看到被攝體的明和暗，以及各種色彩，是因?yàn)楸粩z體具有反射、吸收、透過特性的緣故。各種物質(zhì)的吸收、反射、透過率特性如表2所示。

表2 各種材料的反射率、透過率和吸收率（單位：%）

 

反射率

透過率

吸收率

正反射

擴(kuò)散反射

正透過

擴(kuò)散透過

透明、半透明材料

地表空氣（1km）晴天時(shí)

一

一

90

一

10

蒸饞水（1m）

2

—

75

—

25

海水(1m)

2

―

45

—

55

無色透明玻璃（2-5mm厚）

8~10

—

80~90

—

5~10

淡乳色單面毛玻璃（光面入射）

4~5

10~20

5~20

50~55

8~12

白色圖畫紙、繪圖紙

—

75

—

—

25

白棉布

—

50~70

0.3~12

27~40

2~5

不透明材料

鋁制品（普通品，正反射面）

60~73

—

—

—

27~40

玻璃鏡（正反射面）

82~88

—

一

—

12~18

油煙（擴(kuò)散面）

—

4

—

—

96

石膏（擴(kuò)散面）

—

87

—

—

13

木材（白木）

—

40~60

—

—

40~60

白墻面

一

60

—

一

40

紅磚

一

15

—

—

85

水泥面

一

25

—

—

75

白染料

有光澤者4~
6

60~80

—

—

15~40

黑染料

5

—

—

90~95

 
一般，監(jiān)控場(chǎng)景（被攝體）的平均反射率以50%比較好。