安防监控基础知识之从入门到精通(入门篇最终修改).docx
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1、安防监控基础知识之-从入门到精通_xFF08_入门篇_xFF09_主 编:研发中心-产品管理部安防监控基础知识之从入门到精通(入门篇)资料版本V1.1日期 2014年5月浙江大华技术股份有限公司版权所有,保留一切权利。非经本公司书面许可,任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本书的部分或全部,并不得以任何形式传播。前言浙江大华技术股份有限公司(下简称:大华股份)经过十年的磨练,向着“行业领先,产业报国”的目标不断创新和发展壮大。今天的大华公司已经是安防监控领域里举足轻重的企业。大华公司提供视频监控后端存储、前端采集、通信传输、系统管理、解码上墙的完整解决方案。为了帮助大家更好的理解大华产品,帮助新员
2、工、在职员工熟悉安防专业知识,了解掌握公司产品,特别编写了“视频监控技术与产品入门”基础资料库,这套资料库包括:行业基础知识:1. 安防监控基础知识之从入门到精通(入门篇)2. 安防监控基础知识之摄像机技术3. 安防监控基础知识之DVR技术4. 安防监控基础知识之ITS技术5. 安防监控基础知识之软件技术产品基础知识:1. 大华股份监控产品知识前端产品2. 大华股份监控产品知识后端产品3. 大华股份监控产品知识智能交通产品4. 大华股份监控产品知识显示产品5. 安防系统方案基础知识解决方案基础6. 安防系统方案基础知识常见安防解决方案剖析本套丛书深入简出的介绍了大华产品的原理、结构、特点和业务
3、性能等,尝试用通俗易懂的语言将复杂的视频监控产品展现在具备不同知识结构的读者面前。读者对象本套丛书适合于以下读者阅读:u 大华公司新员工u 大华公司非开发人员u 大华公司客户(受控版)目录第一章 安防监控概述1.1 安全防范基础知识1.1.1 安全防范基本概念 根据现在汉语词典的解释,所谓安全,就是没有危险、不受侵害、不出事故;所谓防范,就是防备、戒备,而防备是指作好准备以应付攻击或避免受害,戒备是指防备和保护。 综合上述解释,是否可以给安全防范下如下定义:做好准备和保护,以应付攻击或者避免受害,从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见,安全是目的,防范是手段,通
4、过防范的手段达到或实现安全的目的,就是安全防范的基本内涵。 1.1.2 安全防范的三种基本防范手段:人防、物防和技防 安全防范是社会公共安全的一部分,安全防范行业是社会公共安全行业的一个分支。就防范手段而言,安全防范包括人力防范、实体(物)防范和技术防范三个范畴。其中人力防范和实体防范是古已有之的传统防范手段,它们是安全防范的基础,随着科学技术的不断进步,这些传统的防范手段也不断融入新科技的内容。技术防范的概念是在近代科学技术(最初是电子报警技术)用于安全防范领域并逐渐形成的一种独立防范手段的过程中所产生的一种新的防范概念。由于现代科学技 术的不断发展和普及应用,“技术防范”的概念也越来越普及
5、,越来越为警察执法部门和社会公众所认可和接受,以致成为使用频率很高的一个新词汇,技术防范的内容也随着科学技术的进步而不断更新。在科学技术迅猛发展的当今时代,可以说几乎所有的高新技术都将或迟或早的移植、应用于安全防范工作中。因此,“技术防范”在安全防范技术中的地位和作用将越来越重要,它已经带来了安全防范的一次新的革命。 安全防范的三个基本要素是:探测、延迟与反应。探测(Detection)是指感知显形和隐性风险事件的发生并发出报警;延迟(Delay)是指延长和推延风险事件发生的进程;反应(Response)是指组织力量为制止风险事件的发生所采取的快速行动。在安全防范的三种基本手段中,要实现防范的
6、最终目的,都要围绕探测、延迟、反应这三个基本防范要素开展工作、采取措施,以预防和阻止风险事件的发生。当然,三种防范手段在实施防范的过程中,所起的作用有所不同。 基础的人力防范手段(人防)是利用人们自身的传感器(眼、耳等)进行探测,发现妨害或破坏安全的目标,作出反应;用声音警告、恐吓、设障、武器还击等手段来延迟或阻止危险的发生,在自身力量不足时还要发出求援信号,以期待做出进一步的反应,制止危险的发生或处理已发生的危险。 实体防范(物防)的主要作用在于推迟危险的发生,为“反应“提供足够的时间。现代的实体防范,已不是单纯物质屏障的被动防范,而是越来越多地采用高科技地手段,一方面使实体屏障被破坏地可能
7、性变小,增大延迟时间;另一方面也使实体屏障本身增加探测和反应的功能。 技术防范手段可以说是人力防范手段和实体防范手段的功能延伸和加强,是对人力防范和实体防范在技术手段上的补充和加强。它要融入人力防范和实体防范之中,使人力防范和实体防范在探测、延迟、反应三个基本要素中间不断地增加高科技含量,不断提高探测能力、延迟能力和反应能力,使防范手段真正起到作用,达到预期的目的。 探测、延迟和反应三个基本要素之间是相互联系、缺一不可的关系。一方面,探测要准确无误、延迟时间长短要合适,反应要迅速;另一方面,反应的总时间应小于(至多等于)探测加延迟的总时间。 1.1.3 安全防范技术与安全技术防范 安全防范技术
8、是用于安全防范的专门技术,在国外,安全防范技术通常分为三类:物理技术防范(Physical Protection)、电子防范技术(Electronic Protection)、生物统计学防范技术(Biometric Protection)。这里的物理防范技术主要指实体防范技术,如建筑物和实体屏障以及与其匹配的各种实物设施、设备和产品(如门、窗、柜、锁等);电子防范技术主要是指应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术,如:电子报警技术、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及其相关的各种软件、系统工程等。生物统计学防范技术是法庭科学的物证鉴定技术和安全防范技术中的模式识别
9、相结合的产物,他主要是指利用人体的生物学特征进行安全技术防范的一种特殊技术门类,现在应用较广的有指纹、掌纹、眼纹、声纹等识别控制技术。 安全技术防范是以安全防范技术为先导,以人力防范为基础,以技术防范和实体防范为手段,所建立的一种具有探测、延迟、反应有序结合的安全防范服务保障体系。他是以预防损失和预防犯罪为目的的一项公安业务和社会公共事业。对于警察执法部门而言,安全技术防范就是利用安全防范技术开展安全防范工作的一项公安业务;而对于社会经济部门来说,安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供一种安全服务的产业。既然是一种产业,就要有产品的研制与开发,就要有系统的设计与工程的施工、服务和管理。
10、 1.1.4 安全防范技术的专业体系 安全技术防范作为社会公共安全科学技术的一个分支,具有其相对独立的技术内容和专业体系。根据我国安全防范行业的技术现状和未来发展,我们可以将安全防范技术按照学科专业、产品属性和应用领域的不同进行如下分类: 1. 入侵探测与防盗报警技术 2. 视频监控技术3. 出入口目标识别与控制技术 4. 报警信息传输技术 5. 移动目标反劫、防盗报警技术 6. 社区安防与社会救助应急报警技术 7. 实体防护技术 8. 防爆安检技术 9. 安全防范网络与系统集成技术 10. 安全防范工程设计与施工技术 由于安全防范技术是正在发展中的新兴技术领域,因此上述专业的划分只具有相对意
11、义。实际上上述各项专业技术本身,都涉及诸多不同的自然科学和技术的门类,它们之间又互相交叉和相互渗透,专业的界限会变得越来越不明显,同一技术同时应用于不同专业的情况也会越来越多。我公司主要涉及的是视频监控技术,但目前的视频监控技术也不是单一的,也涉及到与入侵探测、防盗报警系统相结合的一些联动报警技术。1.2 视频监控简介本文介绍的视频监控系统,主要指的是闭路电视监控系统,因为这个系统的视频信号是非公开传输的,只能提供给特定的使用者观看,因此称为闭路电视监控系统。英文缩写是:CCTV(closed-circuit television),闭路电视监控系统是一个跨行业的综合性保安系统,该系统运用了世
12、界上最先进的传感技术、监控摄像技术、通讯技术和计算机技术,组成一个多功能全方位监控的高智能化的处理系统。闭路电视监控系统因其能给人最直接的视觉、听觉感受,以及对被监控对象的可视性、实时性及客观性的记录,因而已成为当前安全防范领域的主要手段,被广泛应用。视频监控系统一直是监控领域中的热点,它以直观、方便、信息内容丰富而在各个行业得到广泛应用,视频监控系统的发展与电子、通信的发展息息相关,就其发展的阶段看,主要经历了以下阶段。1.2.1 基于模拟传输的视频监控系统在20世纪90年代初及其以前,主要是以模拟设备为主的闭路监控系统,称为第一代视频监控系统,即模拟视频监控系统。这种基于模拟图像的视频监控
13、系统从电视机、摄像机诞生的那天,就已经诞生。其视频监控系统主要由摄像机、视频切换矩阵、监视器、录像机等组成,通过视频线、控制线连接,主要用于安保、生产管理场合。其特点是模拟视频信号传输,使用串口控制,传输距离有限,远距离传输需要光传输设备,监控方式单一,智能化,集成度不高。1.2.2 模混合视频监控系统20世纪90年代中期,随着计算机处理能力的提高和数字视频技术、嵌入式技术的发展,人们利用计算机以及专用大规模集成电路的高速数据处理能力进行视频的采集和处理,从而大大提高了图像质量,增强了视频监控的功能。整个系统的视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式,质量较高,但是视频信号的传输和现实,基本还
14、是模拟信号。DVR (数字硬盘录像机)是第二代多媒体监控系统的核心产品,有采用PC平台(已经趋于淘汰)和嵌入式DVR两种流行产品。在较大型的项目中,仍然会使用视频矩阵,使图像能够分配给任意的监视器使用。整个系统数字视频信号和模拟视频信号处理并存。1.2.3 网络数字视频监控系统到了20世纪90年代末特别是近5年;随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高,以及各种实用视频信息处理技术的出现,视频监控进入了全新的网络时代,称为第三代视频监控系统,网络化视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托,以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像分析为特色,引发了视频监控行业的技术
15、革命。第三代视频监控领域,集中了多媒体技术、数字图像处理及远程网络传输等最新技术。不仅仅可以解决图像传输、远程控制、现场信号采集等监控功能,还可提供高质量的监控图像和便捷的监控方式。第三代视频监控系统一般基于TCP/IP架构,符合通信网的发展趋势。系统所有硬件软件全都采用专业设计、具备专业的制造工艺。在编解码方面,采用专用的高速DSP处理芯片,系统软件采用稳定性最高的实时专用操作系统,因此具有功能强大、可靠性高、功耗小、环境适应能力强、软件的扩展升级方便等优点,具有非常广泛而灵活的应用。示意图如下:1.2.4 大规模数模混合视频监控系统近几年,平安城市、智慧城市概念以及物联网技术的发展,使得视
16、频监控系统从早期的仅仅提供清晰的,可控制的图像到目前的越来越多的面向用户实战需求、面向各种业务处理以及智能化应用发展。用户的需求也由早期的需要机器设备提供清晰可用的视频信号发展到了需要机器设备在原始视频信号的基础上提供更多的实战应用;面对越来越海量的设备和信息,用户越来越多的需要通过智能化应用,用机器代替人力协助处理信息,人工智能可以对信息进行识别、统计、归纳、挖掘等处理,辅助使用者进行决策,摆脱过去诸如人工视频巡检、监看、设备维护等这种繁重的体力劳动。软件在视频监控中的作用越来越大,同时TCP/IP技术由于其自生的一些问题,还是不能完全取代模拟以及非IP数字信号技术。因此,面对复杂的应用,在
17、一些大型项目中,会涉及到大规模、多技术混合应用的的情况,同时,监控设备也开始向多业务处理,模数混合发展,以实现综合应用为目的。第二章 前端部分知识2.1 摄像机基础知识2.1.1 图像传感器原理现代安防产业的发展离不开图像传感器技术的应用与发展。而在图像传感器中,日商所独占的CCD传感器与百家争鸣的CMOS传感器都在尽力克服自身的缺点,希望成为市场上的主流技术。2.1.1.1 CCD/CMOS传感器技术简介1) 技术简介CCD/CMOS图像传感器是当前主流的两种器件,其实物如下图所示。从外观上看它们并没有实质的差异。 CCDCMOS传感器实物CCD(Charge Coupled Device)
18、是电荷耦合器件的英文简写。它由美国贝尔实验室于1969年发明。CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor),是互补金属氧化物半导体的英文简写。它本意是一种半导体制造工艺,当标识图像传感器时特制采用CMOS工艺制造的器件。2) 成像原理无论是CCD还是CMOS,它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段,CCD/CMOS感光元件单元的核心都是一个感光二极管,该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流或电压,而电流的强度则与光照的强度对应。输出的电压或电流经过放大器放大,A/D转换后就成为可以被计算机其他数字器件处理的图像数据。基本工作流程如下图:AMM
19、A/DISP基本工作流程由于每个像素单元是一样的,所以对光线的反应也近似,这样是没有办法区分出色彩的,因此在彩色成像时,按照一定的规律在每个像素前放置一个微小的颜色透镜,这样就可以使不同的像素单元仅对某一色彩的光线产生光敏特性。根据建立在大量统计规律的基础上所体现的人的视觉特性,目前多采用RGB(red,green,blue)三原色矩阵来对颜色进行分离如同图所示。这样每个像素单元对光的反应就表示一种颜色的光强,在该像素点上的其他颜色就依据周围像素的颜色强度通过差值来得到,这个差值过程通常也称为解马赛克。其过程如下图所示。通过这种方式虽然降低了图像颜色的分辨率,但用一片传感器就可以获得彩色图像数
20、据,同是减少了要存贮的数据量。利用GRB矩阵采集彩色图像原始马赛克图像插值插值插值组合RGB输出图像1/4红像素1/2绿像素1/4蓝像素彩色还原原理2.1.1.2 CCD/CMOS传感器主要区别CCD和CMOS固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理,其根本不同点在于像素光生成电荷的读出方式。造成这种差异的原因在于:CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真,因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理;而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声,因此,必须先放大再整合各个象素的数据。对于CMOS传感器,每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑,当感光二极管接受光照、产生模
21、拟的电信号之后,电信号首先被该感光元件中的放大器放大,然后直接转换成对应的数字信号。换句话说,在CMOS传感器中,每一个感光元件都可产生最终的数字输出。CMOS图像传感器芯片的结构如图所示。典型的CMOS像素单元主要由感光区和采样电容及放大器构成,多个单元构成一个像素阵列(二维可编址传感器阵列),传感器的每一列与一个位线相连,行允许、线允许所选择的行内每一个敏感单元输出信号送入它所对应的位线上,位线末端是多路选择器,按照各列独立的列编址进行选择,输出相应像素信号。行选择逻辑多路复用行选择逻辑控制逻辑行选择逻辑感光区放大器采样电容 CMOS传感器结构示意图而在CCD传感器中,每一个感光元件都不对
22、输出的电流作进一步的处理,而是将它直接输出到感光元件的存储单元,由于感光元件生成的电信号实在太微弱了,无法直接进行模数转换工作,因此这些输出数据必须做统一的放大处理,这项任务是由CCD传感器中的放大器专门负责,经放大器处理之后,每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大;但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号,因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理。但在周边组成上,CCD的感光元件与CMOS的感光元件也不相同,如下图所示,CCD的感光元件除了感光二极管之外,包括一个用于控制相邻电荷的存储单元,感光二极管占据了绝大多数面积,不像CMOS那样,每个感光元件还集成了采样电容、放大器、A/D
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