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电视监控系统工程检测的研讨

电视监控系统工程,又称闭路电视系统工程,即CCTV系统工程。发展有将近50年了,开始时器材设备昂贵,所以主要应用于国防、科研、危险的工作场所(炸药及其它爆炸物的生产、运输、存储、放射性物品的生产、运输、存储等)。
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从上世纪80年代开始,电视监控系统得到了第一次较大发展,当时的摄像机还是以电真空管为代表。到上世纪90年代,电视监控系统得到第二次较大发展,此时的摄像机是以CCD器件、中大型视频矩阵,多画面处理器等为代表。从上世纪90年代到本世纪初,电视监控系统又得到了大幅度的发展,这时期出现了1/2”、1/3”、1/4”CCD摄像机,摄像机从一般灵敏度发展到较低照度和低照度。价廉、性能较好的CMOS摄像机也走进了市场,出现大规模和超大规模的视频矩阵,摄像机和矩阵价格大幅度降低,拓展了市场和应用领域。由于网络技术的发展和图像压缩技术的实用化、器材成本下降等因素为数字录像机和其它数字设备的出现铺平了道路,促进了DVR硬盘录像机、网络矩阵、视频服务器等设备的蓬勃发展。\r\n  至此,对电视监控系统工程的技术性能、检测和验收,都希望有一个大家可以遵循的技术规范,因此对电视监控系统的技术指标、检测、验收等标准提出了需求。

电视监控系统工程系统技术和功能指标
大量的电视监控系统工程的设计、施工、检测和验收,迫切需要一个统一的标准,这标准又要是客观的、实用的,大家可遵循的。要注意,标准中提出的系列技术指标是最低要求达到的、是能较好使用并为实际所需求的,另外标准要可操作性。

电视监控系统工程系统技术和功能指标
 甲、系统主要技术指标:
  可参见国标:GB50198-94、GB/T16571、GB/T16676-1996、GB50348—2004“安全防范工程技术规范”等。
  1. 黑白电视水平清晰度 ≥400线
   ≥350线(GB/T16676)
   彩色电视水平清晰度 ≥270线
  2. 灰度等级 ≥8级
  3. 复合视频信号幅度 1Vp_p ±3db
  4. 视频输入输出阻抗 75Ω ±5~10%
  5. 图象质量主观评价 ≥4级要求
  6. 信噪比 37db
  注:现场照度测试(在1,2的工作条件下附加测试)。
  乙、系统主要功能指标:
  可见GB50198—1994和GB50348—2004“安全防范工程技术规范”以及其它标准有GB/T16571、GB/T16676等。
  1. 系统控制功能
   a.编程功能
   b.遥控功能
  2. 监视功能
  3. 显示功能
  4. 记录功能
  5. 回放功能
  6. 报警联动功能
  7. 图像丢失报警功能
  8. 其它功能

系统主要技术指标测试
从95年开始,经对数百个电视监控系统工程的检测,积累了一些经验,也获得了一些行之有效的方法,可供参考,并在理论上也作了一些分析。


水平清晰度测试
a.用清晰度卡测试(有平行条、放射条)
  
b.测试卡的大小:越大越好,测试卡小则效果反之。
  因为:①离镜头远,照度相对好。
   ②手和支架晃动时,相对误差小,有利测试精度。
   ③在清晰的景深范围内聚焦可不调整,这样可节省时间。
  
c.一般是用反射卡:它能反应现场实际情况,并在工作现场照度下测试。
  若用透射卡:优点是标准照度(有的灯箱也达不到标准照度)。
d.一般的监视器是扩在屏幕外。
  
测试卡的三角△:目前在实线上测试,应该在虚线上测试,(52?s)。所以要注意到目前的测试是偏严一些,测出是260线,实际上是270线。(有些监视器有缩屏功能,在缩屏下测试精度就较高一些。)
e.黑白摄像机的图像用黑白监视器测,彩色摄像机的图像用彩色监视器测(色度关掉)。  所用监视器清晰度要足够和相适应,一般我们选用黑白监视器水平清晰度应≥750线,彩色监视器水平清晰度≥450线。
f.以标准镜头测试为准:
  广角镜头是中间放大,边缘压缩,图像变形,所以测试不准确
  
g.测试卡的位置:
  ① 与镜头要平行,卡和镜面不要有夹角。
  ②卡固定时抖动要小。
  ③卡(上、下、左、右)要有标记。
  ④要便于测试方前端和控制室联系。
h.室外:有时虽然采用变焦镜头,但还是需要借助较高梯子才能解决(完成测试),所以我们以相似的状况来作为参考(以主观评价为主)。
i.电梯轿厢的摄像机测试遇到的问题:
① 客户用小型摄像机,甚至于用单板机,  则有清晰度达不到要求,灰度等级也有问题。
  ②如果测试卡较大时,测试卡会因碰到电梯轿厢壁而得不到整幅图像。同时电梯内照度不理想,会影响测试效果,此时我们还是用主观评价来作参考。
j.在何种照度下进行测试:
  ①在标准照度下测试:
  其存在的问题是:实际工作照度不是标准照度,在标准照度下测得是好的、达标的,但在实际工作照度下是不达标的。另外,每次测试需打灯光,使其达到标准照度。此时镜头光圈、聚焦均需调整,当恢复到实际工作照度时,镜头还需调整回来,这样费工费时。
  ②在正常工作照度下测试:
  其优点是正常工作照度是接近实际工作照度,或者我们可采取一些措施来达到,在这样照度下,虽达不到标准照度,但系统技术指标还是能达到或基本达到,为此我们需在现场用照度计测量,现场测试点的照度(即实际工作照度)见它是否达到和超过正常工作照度。
  ③标准照度一般是指:2000lux、1000lux、400lux,它的获得一般是在实验室和演播室,在现场获得是有一定困难。
K.正常工作照度的获得:
  
上述经验数据的条件:
  ①用syv—75—5(5C2V)或较好电缆(高频损耗小)。
  ②摄像机与测试设备距离≤200m。
  ③系统设备组成没有严重瓶颈存在。
  ④黑白摄像机选用560~570线水平清晰度、彩色选用460~470线,并要选低照度。
  

用灰度级等级卡测试灰度级等级
1. 一般用十级卡、九级卡、标准卡。
  2. 不一定精确追求,△的尖端在屏幕框上,因为一般均是能达标。
  3. 在正常工作照度(实际照度)下测试。
  4. 在测试时,监视器亮度和对比度允许调节。
  5. 在测试时应用≥10级灰度的监视器,若用电脑显示器时,高亮度的显示会出现问题,完全有可能不达标和接近达标。
  注1:水平清晰度和灰度等级在工程检测时,最好是白天和晚上分别测试,确定晚上是否需要增加辅助照明,一般来讲,晚上的照度偏低,对图像的水平清晰度和灰度等级是可略低于标准的数据,但一定要求可分辨,在进出口要求人像和车牌号可清晰辨认。存储的图像回放,人像和车牌号也应该清晰可辨。
  注2:关于黑白电视水平清晰度≥400线和彩色电视水平清晰度≥270线二者是统一的认识。
  我们知道水平清晰度和频域数据是相对应的,其关系式为:1MHZ频响相当是80线的清晰度,也就是400线水平清晰度相当是5MHZ频响。注意我们在测试水平清晰度不论是黑白和彩色时,均用黑白监视器或关掉彩色的彩色监视器(黑白监视器的水平清晰度为≥750线,彩色监视器的水平清晰度应为≥450线)。
  下图是黑白系统水平清晰度~频率对应表
  
下图是彩色系统水平清晰度~频率对应表
  彩色摄像机是分亮度和色度两部分。

由于我们通常使用的是工业级彩色摄像机,非广播专业级的,亮度和色度分离型,色度4.43MHZ为中心,色度带宽约为±0.68MHZ,这样造成了工业级彩色摄像机组成的系统,水平清晰度≥270线是合理的。GB50198中黑白电视水平清晰度是≥400线,彩色水平清晰度是≥270线是相当的和合理的。
  应注意广播级彩色摄像机是3个CCD摄像合成的,它们的红、蓝、绿三基色的频带均≥8MHZ,这样形成广播级亮度和色度的带宽均大于8MHZ,也就是均有≥640线。


复合视频信号幅度1Vp_p ±3db测试,视频输入输出阻抗测试,图像质量主观评价 ≥4级要求,信噪比: 37db的测试
复合视频信号幅度1Vp_p ±3db测试
即0.707Vp_p~1.414Vp_p
①用示波器测或用视频综合测试仪。
②75Ω终端连接。
这种属不正确连接,有变形、反射和高频受影响。
若75Ω连接(示波器),这视频幅度将下降。

每个摄像机在矩阵输出端均要测视频幅度,并在监视器看图像质量。
  
  视频幅度 0.7Vp_p 白讯号
0. 3Vp_p 行同步头
0.3Vp_p 色同步头

视频输入输出阻抗测试
1.电桥法
2.标准电阻比较法

分别测视频幅度
  用高阻时 2Vp_p
  用75Ω(标准,0.5%误差) 1Vp_p
输出阻抗≈75Ω,其误差在一定的范围内即可,误差是测量后的计算值。
  
图像质量主观评价 ≥4级要求
注:1)GB7401—87彩色图像质量主观评价方法是针对广播级的电视图像。
  2)我们在系统中所用的工业级民用产品,摄像机是非三管型、单管分离式的。
所以一般我们给的分数是4+、 4、 4-、 3+、 3,  非常好的图像才给4+,好的,较好的是4、4-,较差,差的是3+、3、3-。
  

信噪比: 37db的测试
1.在4级图像中内含信噪比,所以不测。
因为S/N=23-Q+1.1Q2 (db)是  S/N和图像等级(Q)的关系式:
  看:Q=4级 S/N=23-4+1.1(4)2=36.6db
  
2.因为在GB1583—79彩色电视图像传输标准中图像质量等级和①S/N db、②△ ns、③DP度、④DG %、⑤△K %、⑥介入增益变动 db、⑦单频干扰 db、⑧电源干扰 db、⑨反射衰耗(db)⑩K因子等因素有关。
  其中第一位的是S/N db讯噪比
Y(图像质量等级)=1.982+0.535×10-1X1-0.254×10-4X2-0.600×10-2X3-0.346×10-2X4-0.320×10-1X5
X1 (S/N, db)
  X2 (△ , ns)
  X3 (DG, %)
  X4 (DP, 度)
  X5 (△K, %)
  从上述两公式我们可以得到如下结论:
  (1)图像质量等级和S/N等十大因素相关,其中最主要的是和信噪比相关。
  (2)单机的噪声有很多种,例如电源噪声、随机噪声、外界的干扰等各种噪声,其测试常常单项测量,测量会出现很多困难。
  (3)系统的噪声,是各单机组合起来系统的噪声,这些噪声的单项测量和综合测量均会出现一定困难,特别在工程现场测试更是困难重重。
  (4)既然系统图像质量等级和S/N讯噪比关系最大,上述二关系式子均说明图像质量等级越高时S/N讯噪比越高。它们二者有对应关系式,所以在目前工程测试中我们认为系统图像质量等级已内含S/N讯噪比,在实际工程检测中讯噪比是不测量的。
  
视频通道性能检测(研究成果增加之部分)
彩条(DG、DP)、方格十圈(几何失真)、多波群、扫频(通道频响)(80线/1MHZ的关系式)、20T/2T(通道时域响应)、2T相当6MHZ、T相当12MHZ、阶梯波(灰度等级)、阶梯波十付载波(灰度等级,DG、DP)、sinx/X 波(群延迟)、白条(视频幅度)、白、中灰、黑、电平下的信噪比(S/N)
测试系统连接方式:

标准视频讯号源可以从①、②、③端输入,视频综合测试仪从④端接入。
系统讯号监测(参考用,只有相对意义)
1.检测系统总干扰
   

在输出是空口的一个(未接设备的输出头)测干扰 p_p值
2.检测通道隔离度
  
3,检测串扰度
  
若输入头第I个是空入口,将第I空入口输入切换到第M个输出口,在第M个输出口上用示波器测。
4.检测50HZ干扰,在场频或帧频对应时看(测)。
注:1. 彩色和黑白系统不一样,  与B/W和colour混合系统也不一样,应说明所测系统是何种系统。
  2. 这是实际情况下的干扰情况,但不是全部输入口在标准讯号
   下的干扰情况,也不是在一个标准讯号下的干扰情况。
  
  5.用黑(0.05±)、中灰(0.35±)、白(0.7±vp_p)电讯号测试:

用黑、中灰、白电讯号

6.用黑、中灰、白测试卡测试:

7.没有R/S视频噪声测试仪和VM700A综合分析仪或可用示波器,但要进行换算。同步头要扣除计入。
8.一般类型的干扰:
  ①串扰;②隔离度差;③地线干扰;④电源引入的干扰;⑤空间的干扰,行频干扰,辐射敏感度(对讲机、移动电话等);⑥电梯运行干扰(特别是启动时,变频电梯);⑦帧频干扰;⑧50HZ干扰;⑨光干扰,逆光。
  
  
  
电视监控系统工程功能检验
应按国标GB50348—2004“安全防范工程技术规范”中的表7.2.2的要求进行检验。


安全性及电磁兼容性的检验
安全性及电磁兼容性检验是按国标GB50348—2004中的 “7.3条安全性及电磁兼容性检验”来执行。
  7.3 安全性及电磁兼容性检验
  7.3.1 安全性检验应符合下列规定:
   1.检查系统所用设备及其安装部件的机械强度(以产品检测报告为依据),应符合本规范第3.5.2条的相关规定。
   2.主要控制设备的安全性检验应按现行国家标准《安全防范报警设备 安全要求和试验方法》GB16796的有关规定执行,并重点检验下列项目:
   ( 1)绝缘电阻检验:在正常大气条件下,控制设备的电源插头或电源引入端子与外壳裸露金属部件之间的绝缘电阻不应小于20MΩ。
   (2)抗电强度检验:控制设备的电源插头或电源引入端子与外壳裸露金属部件之间应能承受1.5kV、50Hz交流电压的抗电强度试验,历时1min应无击穿和飞弧现象。
   (3)泄漏电流检验:控制设备泄漏电流应小于5mA。
  注:对主要控制设备的安全性检验,而不是整个系统同时检测。
  7.3.2 电磁兼容性检验应符合下列规定:
   1.检查系统所用设备的抗电磁干扰能力(以产品检测报告为依据)和电磁骚扰状况,结果应符合本规范第3.6.1、3.6.3条的规定。
   2.检查系统传输线路的设计与安装施工情况,结果应符合本规范第3.6.2条的规定。
   3.系统主要控制设备的电磁兼容性检验,应重点检验下列项目:
   (1)静电放电抗扰度试验:应根据现行国家标准《电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》GB/T17626.2进行测试,严酷等级按设计文件的要求执行。
   (2)射频电磁场辐射抗扰度试验:应根据现行国家标准《电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验》GB/T17626.3进行测试,严酷等级按设计文件的要求执行。
   (3)电快速瞬变脉冲群抗扰度试验:应根据现行国家标准《电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》GB/T17626.4进行测试,严酷等级按设计文件的要求执行。
   (4)浪涌(冲击)抗扰度试验:应根据现行国家标准《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》GB/T17626.5进行测试,严酷等级按设计文件的要求执行。
   (5)电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验:根据现行国家标准《电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验》GB/T17626.11进行测试,严酷等级按设计文件的要求执行。
  注1:检测对象:
  ①根据(7.3.2)之1检查系统所用设备。
  ②根据(7.3.2)之2检查系统传输线路设计与安装施工情况。
  ③根据(7.3.2)之3检查系统主要控制设备。
  注2:应注意目前国际GB/T17626.2、GB/T17626.3、GB/T17626.4、GB/T17626.5、GB/T17626.11均对应单机的检验,这些标准对系统检验时还需研究。
  注3:对系统检验会出现一些问题:
  ①目前系统总容量有些比较大,有的大于5KVA,有的甚至超过10KVA。这样电磁兼容的试验设备,受试设备的容量有限制;试验设备自重也是较重的带到现场有一定困难。
  ②对系统总的电磁兼容试验和单机试验是有所不同,分解单机试验时会出现总电源分解至单机电源分别试验。
  ③整个系统应包含前端设备,例如摄像机和控制箱等设备在现场是否做电磁兼容试验。
  ④有些电磁兼容试验是需要特定的场地,例如GB/T17626.3射频电磁场辐射抗扰度试验,一般是在开阔场、微波暗室、GTEM电磁小室等中试验,在系统安装的现场一般不可能实现试验场地的要求。
⑤有些被试设备会在试验中出现永久性损坏,如何办?这是否确定该系统不合格?修理费谁承担?会导致系统暂停一段时间如何办?
  ⑥有些被试设备在试验过程中,会暂时损坏,有些能恢复功能,但已有损伤。
  存在二个问题:①这样的系统是否能判合格?②这些有问题的被试设备,是否需修复,修到何种程度?是否还需重做试验?
  注4:系统和单机的电磁兼容试验的严酷等级是否一样?判定的准则是如何定?是否分成合格、不合格、基本合格?有些系统抗干扰有一定问题,但干扰过后能恢复的,功能还是正常的,如何办?
  总之,电磁兼容试验是有必要的,目前在可操作性上还存在问题,有大量的问题还需探讨,以上供参考。

关于电源检验和防雷接地检验
电源检验和防雷接地检验可按GB50348—2004标准之(7.6)和(7.7)来执行。
  其中(7.7)防雷与接地检验包含:
  1. 检查系统防雷设计和防雷设备的安装、施工、结果。
  2. 检查监控中心的接地汇集环或汇集排的安装。
  3. 检查防雷保护器数量、安装位置,符合设计要求。
  4. 检查监控中心的接地母线和检查接地电阻。
  
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