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高速球型摄像机及高速云台的发展方向

高速球型摄像机作为目前“平安城市”建设的主流产品,已经得到了广泛的应用,它集一体化摄像机、解码器、字符发生器、CPU处理芯片与高速云台于一体,最大限度地减少了系统部件的连接,提高了系统的可靠性,同时也便于安装和维护。
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【安防知识网】高速球型摄像机作为目前“平安城市”建设的主流产品,已经得到了广泛的应用,它集一体化摄像机、解码器、字符发生器、CPU处理芯片与高速云台于一体,最大限度地减少了系统部件的连接,提高了系统的可靠性,同时也便于安装和维护。此类摄像机具有快速追踪、360°无极限旋转、180°自动翻转、模式路径、自动巡踪、自动扫描、守望屏幕菜单(用于调整摄像机功能、时钟功能、预置名称地址显示、定时启动守望等)等功能。现在一般的高速球及云台已采用可靠性高的步进电机,具有捕捉目标准确,速度级别多的特点,适用于大面积区域活动目标的监视。目前高速球型摄像机的摄像机光学倍数一般在18~36倍之间、低照度在0.7lux~1lux(50IRE)之间、水平清晰度460~540电视线之间。

  随着监控行业的发展和需求,新技术的不断应用,高速球型摄像机及高速云台应该会朝着以下几个方向发展。

  智能化自动跟踪

  智能化自动跟踪采用全景摄像机,与高速球或高速云台进行组合。全景摄像机用于侦测目标(引导),高速球及高速云台跟踪目标。它采用嵌入式DSP图像处理技术,把智能功能、视频智能分析功能(IVS)等集成到产品里。自动跟踪根据最大的场景变化,通过高速球及高速云台的旋转和俯仰,改变拍摄角度,根据目标的大小进行缩放,将目标保持在画面的中心位置,并进行自动跟踪,或通过手动锁定、通过对目标特性的记忆达到精确跟踪。还可以通过两台以上的高速球或高速云台以级联的方式进行跟踪并实现报警联动,这样就减少了人为因素、人工的干预,减轻了安防人员的工作量,因为不能指望监控人员时刻紧盯枯燥乏味的屏幕去发现捕捉可疑目标,自动跟踪功能就可以节约大量的人力和财力。举例来说,一个城市的监控系统如果采用自动跟踪高速球代替普通高速球,则每年就可节省较可观的人工成本。

  智能化网络存储功能

  由于采用了智能化自动跟踪,实际就是前端智能高速球帮助工作人员做了大量的工作。具有智能化网络存储功能的高速球或高速云台能够把一些无用的信息过滤掉,而只传输给用户一些有用的信息,同时还能保证这些有用的信息在发生极端情况时不会丢失。比如说,有一台自动跟踪高速球监控某银行的金库,这台高速球是24小时工作的,可能22小时都没有人进入金库,所以这22小时的视频图像是没有用的,但是如果你的分析录像放在后端,前端没有智能分析存储,那些根本没有用的信息也被要求传输到监控中心,从而浪费了宽带资源和存储空间,而最关键的2个小时的有用信息,或许由于宽带不够,造成数据传输阻滞,使这段最关键的视频反而没有被记录下来,监控的目的没有实现。如果前端使用带有智能化网络存储功能的高速球或高速云台(如图1),这些问题就可以避免,所以前端智能网络存储高速球或高速云台首先过滤掉无用的信息,把有用的视频信息先暂存起来,当网络较空载时再传输给后端的处理系统,从而大大提高了系统的效率。

图1  基于MPEG4的网络高速球具有前端存储功能,图为集成在电路板上的存储器

  基于上述功能的高速球或高速云台,解决了当有案件发生时,调用检索录像资料繁琐、消耗大量时间及人力、延误破案时机的问题。[nextpage]

  高分辨率、高清化

  随着科技的发展和实际的应用,以往的普通摄像机已不能满足用户要求,今后高清摄像机会渐渐成为市场需求的主流,目前已有百万像素逐行扫描CCD摄像机问市,图像清晰度是普通摄像机的4倍,200万像素以上的CMOS摄像机也已问市。与现有的电视标准系统相比,图像放大更为精细,达到全新水平,从此监控不再仅仅是“看到”,而是能够“看清”。当然,这也和摄像机其他技术的进步是分不开的。如基于每个像素的处理达到更高的动态范围,实现图像的灰度优化,使图像自然再现,同时还可以通过图像处理使自动聚焦更快更准。当然使用高清晰摄像机也会给网络传输及存储带来很大的压力,所以必须采用如前所述的,前端要进行智能化处理,过滤掉无用的图像,只把有用的图像传给后端处理系统,这样才具有实用性、经济性,才能达到解放人力的效果。

  解决了在录像回放时对小的目标放大后看不清的问题,可很快查清可疑目标的面貌为及时破案,提供可靠的保证。具体见图2。

图2  高端高速球不但采用了高清摄像机,而且前端的智能化处理可以减轻传输及存储的压力,很多特别的设计还能大大提升高速球的定位精度。

  控制定位精度

  基于上述功能的实现,高速球及云台都和智能控制电机是密不可分的。要实现高效的经济性的智能控制,面对的挑战就在于涉及的算法在数学处理上的复杂性,这是因为大多数微控制器(MCU)不能以实时方式处理如此复杂的计算,然而新一代的数字信号微处理器(DSP)提供了智能控制所需的计算能力,并以片上系统(SOC)的集成方式和有助于简化电机控制的软件支持。具体见图3。

               图3   测试评价定位精度的方法和标准
                                 1)设定距离、测试板、运用统计概率至少3δ以

2)预置位精度、测试概率图

  运行智能控制软件的DSP控制器,使得能选用体积更小、效率更高的电机来应对负载的变化,以减小成本、空间占用和冷却方面的要求。尺寸更小的电机,更经济,而且电机控制线路需要承受的电流也更小。[nextpage]

  使用DSP对电机的处理,可实现以下三个方面效果。

  高速化:随着球机云台的智能化,要求球机、云台跟踪更快捷,这就要求电机实现高速化,即进行高频度的加、减速控制,进行高频度的位置控制。

  小型轻量化:DSP处理可使电机发挥充分功能,减小体积。

  平滑性与高精度化:利用DSP处理减小电机的脉动转矩使高速球云台运转更为平滑。使用角速度传感器,及采用无间隙传动机构,并配以动平衡电机配重设计、进口的特种传动皮带及平衡度和压轮调节皮带松紧等工艺手段,使得高速球及云台定位精度更高,图像更加稳定,跟踪目标更准确。

  综上所述,这就解决了目前高速球、云台定位精度不高,跟踪反应慢,及跟踪快速移动目标跟不上等缺点。

  新材料新工艺

  今后市场对球机及云台的要求越来越高,由于是前端设备,安装环境恶劣,所以应采用新技术新材料新工艺才能达到球机、云台的高品质化,适用于实际需要。如采用超声波电机:它具有高转矩特性,不要求减速机构,由于无减速机构无噪声、无运动间隙,响应和控制特性优良,能够进行精密定位,不通电具有保持转矩功能,不受磁力影响,不产生电磁波,电磁兼容好等特点。目前超声波电机在微型云台中已有应用。

  在低温环境下应用的球机、云台:针对球机、云台内部不同的部件,采用不同温度分布的红外加热,使其各个部件更能满足低温环境下的应用,延续使用寿命,更加符合节能环保的要求。[nextpage]

  为了防止球机、云台内部结露:可采用电化学除湿的方式,也可采用冲干燥的氮气(见图4)来进行保护。外壳主支架使用稀土合金材料,在不减少零部件强度下,可减轻本身的重量便于现场安装。使用稀土合金材料的球机或云台受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金大一半,所以具有良好的抗震减噪性能。另外稀土合金对比强度(强度与质量之比)最高,对比刚度(刚度与质量之比)几乎和铝合金、钢等同,远高于工程塑料。总之随着越来越多的高技术应用,会使高速球云台产品的品质越来越稳定。

图4   充氮型高速球采用了军用插头保证其
密封性

  电子云台

  随着科技的发展,高像素的CMOS已经达到了800万像素以上。由于像素的提升,图像就可以实现高倍数的电子放大而使图像不失真,所以今后电子云台就会有更大的发展空间。电子云台是一种无机械传动结构的最新概念云台,长久耐用,它的预置位精度可达到100%,预置位召回速度小于40毫秒,手动水平、垂直速度0.001°~600°/s,它具有传统云台所具有的功能,并且与传统云台的使用方法和控制效果完全相同。克服目前所使用的产品噪音大、振动、体积大不易隐蔽等缺点,所以在今后室内环境下使用,有着很大的发展前途。

  实用型高速球

  一个产品的发展,除了技术领先以外,同时兼顾市场的需求也是一个重要因素。在当前和以后的一段时期内,由于金融危机引发的需求减小和削减预算使得高速球的采购成本降低,这就要求厂家提供实用的、平价的高速球产品。为减少成本,可以应用新材料新技术,并且应当在充分了解市场需求的基础上,削减其冗余的功能和性能,这样不但可以保证其基本功能,以适应大多数用户的需要,而且由于去掉一些冗余部件,从而提高了整个产品的稳定可靠性,具体如图5。

图5  实用型高速球的双层外桶可以起到良好的隔热、散热作用 

  结语

  总之,日渐成为安防监控主流产品的高速球,不论其技术如何高端,功能如何完备,它的发展方向都应以市场需求为依据,才能更好地满足监控用户的需求。

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