1、探讨监控系统图像质量 2011-05-04 20:48:44| 分类： 转载 | 标签： |字号大中小 订阅 摘要：视频监控系统中图像质量差强人意。本文就监控系统的图像质量的评价，及与图像质量相关的摄像部分、信号传输部分、图像显示部分及系统供电和接地等几方面进行初步分析原因。关键词：图像质量、分辨率、最低照度、信噪比。一、 监控系统图像质量问题视频监控系统中图像质量是广大用户最关心的问题，但实际工程中视频监控图像质量却差强人意。本文就监控系统的图像质量的评价，及与图像质量相关的摄像部分、信号传输部分、图像显示部分及系统供电和接地等几方面进行初步分析二、图像质量的评价监控系统图像质量的评价分为图
2、像质量主观评价和图像质量技术指标客观评价。1 ）图像质量主观评价图像质量的主观评价采用五级损伤制评定；五级损伤制评分分级应符合 GB50198 标准 4.3.11 条的规定。图象质量的主观评价项目应按 GB50198 标准 4.3.12 条的规定。各主观评价项目的得分值均不应低于 4 分。2 ）图像质量技术指标客观评价相对应 4 分图象质量的信噪比应符合 GB50198 标准 2.1.61 条的规定；图像水平清晰度黑白电视系统不应低于 400 线，彩色电视系统不应低于 270 线；图像画面的灰度不应低于 8 级；监视器输入端的电平值应为 1Vpp3dBVBS；系统各部分信噪比指标分配应符合 G
3、B50198 表 2.1.62 的规定；系统在低照度使用时，监视画面应达到可用图像，其系统信噪比不得低于 25dB。1Vp-p3dBVBS 表达的什么意思呢？1Vp-p 为标准视频信号的上峰值到下峰值的幅度；其中视频信号电压 0.7V、同步头电压 0.3V。3dB ：dB 是 20LgX 计算方式；则可用 dB 表示电压比，20lgU2/U1，在视频监控系统中，dB 一般采用 1V（1uV）作为基准电压，即 0dBV，将 dBV 简写为 dB。例：20lgX=3dB，即 lgX=0.15dB，查反对数表 X=1.414V，20lgX=-3dB ，即 lgX=-0.15dB 查反对数表 X=0.
4、707V。因此3dB 复合视频信号幅度约是 0.7Vp-p1.4Vp-p。VBS 为图像信号（VideoSignal）、消隐脉冲(blackoutpulse)和同步脉冲(syncpulse) 组成的全电视信号的英文缩写代号。三、摄像部分摄像部分的图像信号输出是影响系统信噪比的最大因素。摄像部分又分摄像机和镜头两块，它们又是怎样影响监控图像质量呢？3.1 摄像机在视频监控系统中选择摄像机就图像质量而言，一般要看几个主要的参数，即分辨率、最低照度和信噪比等，另外还要考虑摄像机的附带功能等因素。监控图像的清晰度由摄像机的分辨率决定。它指的是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的
5、最多线数。GB50198 标准规定图像水平清晰度黑白电视系统不应低于 400 线，彩色电视系统不应低于 270 线；实际应用要根据视频监控应用场合和相应的规范确定摄像机的分辨率。如银行柜台监控图像要求能清晰显示柜员操作及客户脸部特征，出入口监控图像应能清楚地显示人员的体貌特征等。还要根据环境照度来选择摄像机（JGJ16-2008 规定监控场所的最低环境照度，应高于摄像机最低照度的 10 倍）。当摄景物的光亮度值低摄像机的最低照度时，摄像机输出的视频信号的幅值就达不到350mV；这时监视器屏幕上将是很难分辨出层次的、灰暗的图像。再则选择摄像机的信噪比太低（JGJ16-2008 规定不低于 46d
6、B）时会出现雪花干扰等现象。3.2 镜头图像质量与镜头的成像尺寸、焦距、视场角等参数有关。镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣。选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机 CCD 靶面尺寸大小相吻合。当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸大时，不会影响成像，但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小；而当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸小时，就会影响成像，表现为成像的画面四周被镜筒遮挡出现 4 个黑角。参见下图。(1)成像尺寸与 CCD 靶面相等(2)成像尺寸比 CCD 靶面大(3)成像尺寸比 CCD 靶面小摄像机能看清多远的物体或多宽的场景呢？这由镜头的焦距来决定，配长焦距镜头的摄像机所摄取
7、的景物尺寸就大，用短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并在 CCD 靶面上成一很小的像，但受 CCD 像素的限制，当成像尺寸比 CCD 传感器的一个像素还小时，便不能形成被摄物体的像，即使成像有几个像素（理论上需 5 个像素）大小，该像也难以辨识。镜头的视场角选择本质上与上述问题同类。当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离，则可根据公式估算所选取配镜头的焦距：F=A.L/H,式中F：焦距（mm），A:像场高（mm ），L：物距（mm），H：视场高（mm）。3.3 摄像部分的使用摄像机的不正确地安装镜头并调整其状态，则可能达不到预期的图像效果。镜头和摄
8、像机的镜头的安装方式有 C 型和 CS 型两种。将 C 型镜头安装到 CS 接口的摄像机时需增配一个 5mm 厚的接圈。如果误对 CS 型镜头加装接圈后安装到 CS 接口摄像机上，会因为镜头的成像面不能落到摄像机的 CCD 靶面上而不能得到清晰的图像；反之对 C 型镜头不加接圈就直接接到 CS 接口摄像机上，则可能使镜头的后镜碰到 CCD 靶面的保护玻璃，造成 CCD 摄像机的损坏。调整镜头光圈与对焦。关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将摄像机对准监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像最佳。如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机，最好配接自动光圈镜头并作摄像机的电子快门开关
9、置于 OFF。如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于 ON，并在应用现场环境光照度最大时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳（不能使图像过于发白而过载）。四、传输部分监控图像质量问题主要是由于传输部分信号损失过多，造成系统显示部分输入电平达不到要求。GB50198 标准规定摄像机输出电平为 1Vp-p3dB，监视器输入电平也是 1Vp-p3dB；两者直接相连能确保图像还原效果；但系统加入传输单元后由于传输损失，必然导致图像质量问题。这种问题只能通过传输电平设计后针对性地采取技术措施予以解决视频同轴电缆线缆的特性阻抗及设备终端阻抗为 75。当摄像机输出电阻、同轴电缆特性阻抗和监视器输
10、入电阻匹配时，传输线传输的能量将全部被负载吸收，功率最大。当其阻抗不能匹配时，就会在同轴电缆中造成回波反射；使图像出现重影及波纹，甚至使图像跳动。因此，电缆中间不能接头，因为中间接头很容易改变接点处的特性阻抗，还会引入插入损耗。视频同轴电缆传输图像信号。传输距离越远信号衰减越大；传输信号频率越高衰减越大。以 SYV-75-5 为例，在满足 6MHz 传输带宽标准的要求下，信号每 30 米衰减约 1dB；按 GB50198 标准 2.1.6.5 条要求，利用摄像机输出上限+3dB ，再利用监视器输入下限-3dB ，共可衰减 6dB 其传输距离为 180 米。实际使用中虽然在长距离传输中采用 SY
11、V-75-5 视频同轴电缆（如超过 200m）直接使用电缆连接也可以得到稳定的图像，但因高频衰减会使图像的细节损失过多，分辨率下降、明暗对比度以及色彩饱和度的降低、影响到彩色的重现等等。在监视器屏幕看到的视频图像的轮廓部分将变得模糊不清。如果图像内容有细密的竖条，则这些竖条会变成灰蒙蒙的一片。如下图示出。（1）原始图像（2 ）信号波形（3）高频衰减后的信号波形（4）劣化后的图像按 GB50198 标准 2.3.1.1 条规定，当传输的黑白电视基带信号，在 5MHz 点的不平坦度大于 3dB 时，宜加电缆均衡器；当大于 6dB 时，应加电缆均衡放大器。当传输的彩色电视基带信号，在 5.5MHz
12、点的不平坦度大于 3dB 时，宜加电缆均衡器；当大于 6dB 时，应加电缆均衡放大器。视频放大器一般都做在 10010000000Hz，通带平坦，增益为 6dB 左右，可以补偿同轴电缆在远距离传输时对图像信号所造成的衰减。用视频放大器对传输系统进行逐点补偿、等额补偿和前端补偿。逐点补偿使每个摄像点输入图像均匀一致，解决由于各摄像点距离不等导致各监视器上的图像明暗、色差不均的弊病。等额补偿是指各频率信号都要得到有效补偿，使被摄景物经传输后在监视器上获得复原重现。前端补偿是由于前端为信号源，除了摄像机本身限定的噪声指标外，视频信号是其主要成份；从这里插入放大器可得到最大信号噪声比。另外，采用视频放
13、大器虽然可能有效延长视频信号的传输距离，但是当传输距离超过 600 米时，增加视频放大器的数量便不奏效了。因为视频信号经多次放大后，其叠加的噪声也同样经过了多次放大，当噪声电平与视频信号电平几乎处在了同一个数量级上时，监视图像可能是在一片杂乱的背景噪点中。五、图像显示部分一般用监视器作为显示部分。它的功能是将前端传送过来的图像显示出来。监视器选用要点：（1）监视器的类型应与摄像机的类型相匹配。（2）监视器的清晰度应略高于（JGJ16-2008 规定高 100TVL）系统中摄像机的清晰度。（3）宜采用 2351cm 屏幕的监视器。六、系统供电和接地系统供电和接地对监控图像质量至关重要。整套视频监
14、控系统应有专门的统一供电电源，一般采用220V、50Hz 的单相交流电源。设置 UPS 电源，其标称功率不得小于系统使用功率的 1.5 倍。由监控室引专线经隔离变压器对摄像机集中供电。系统接地采用一点接地方式。接地线不得形成封闭回路，不得与强电的电网零线短接或混接。系统采用专用接地装置时，其接地电阻不得大于 4；采用联合接地时，其接地电阻不得大于 1。监控图像抖动、无彩色，或干脆无图像。可能是由供电线路的线径不够，线路降压过大，摄像机的供电电压值达不到要求值造成。如一只标准电压 DC12V10%红外摄像机、红外灯开启时工作电流500mA(I=0.5A)，AC220V 变压整流后 DC12V 采
15、用 RVV2*1.0(S=1mm?)线缆对距离 100 米(L=100m)处摄像机进行供电。估算经验公式：取单位导线电阻率 0.01851.mm?/m，线缆压降 U=I*(2L)/S=0.5*0.01851*200/1=1.85V。摄像机的供电电压下降 15.4%，不能正常工作，需要增加线径。监视器上出现木纹状的干扰。这种干扰的出现，轻微时不会淹没正常图像，而严重时图像就无法观看了。这种故障现象原因之一是由于在正常供电系统的电源（50Hz 的正弦波）上叠加有干扰信号。监视器的画面上出现了一条黑杠或白杠，并且向上或向下慢慢滚动。这种现象多半是由系统产生了地环路引入了 50Hz 的工频干扰所造成的。前端设备和终端设备之间的电位有电位差也会干扰视频信号，造成图像信号的畸变或图像出现滚道。因此接地线不得形成封闭回路，不得与强电网零线短接或混接，接地母线应采用足够截面积的铜制导线，确保前后端的地对地电阻1。还有为减少空
