模拟摄像机及其发展停车场管理系统的应用与发展

百眼通 2014-09-24

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    传统的模拟摄像机，由CCD传感器对图像进行采集。通过CCD摄像机进行模数转换、图像处理（内部DSP）、数模转换，最后输出模拟信号。摄像机输出的图像可作不同的应用，如可与矩阵相连，通过视频切换进行显示；也可以与DVR相连，进行数字化存储；也可以与DVS相连，压缩后通过IP网络进行传输等。

     二、磁带摄像机

     磁带摄像机曾是最通用的图像记录设备，广泛地应用于视频监控系统中。数字视频记录设备的出现使它应用减少了，但并不能完全取代它。磁带摄像机是电视技术重大的发明，使电视真正成为第三媒体，它所采用的技术，在许多视频设备还在应用。这里我们简单地介绍磁带摄像机的工作原理和基本的机械、电路特点。

     （一）磁记录原理

     磁带摄像机，利用磁介质（磁带）记录视频信号的装置，最基本的变换是电磁和磁电转换。铁磁物质的磁滞现象表明：磁性材料具有记忆特性，使磁记录成为可能。

     任何磁记录必须包括两个基本的部分：承载信息的介质；向介质传递信息实现电磁转换的器件。在磁带摄像机中它们是：

     磁带，在塑料带基上均匀地涂布磁性层，磁性材料为硬磁。它是视频信号存储的介质。
磁头，是一个绕有线圈的环形铁芯（软磁材料），铁芯上有一狭窄的缝隙，工作缝隙。磁头是完成电磁转换的器件。

     要实现信息记录必须建立规定的头、带关系，磁带记录的头、带关系非常精密，由机械结构来实现（见图3－52）。在规定的头一带关系下发生下面的物理过程；
     记录过程，记录信号电流流过线圈，铁芯中产生与电流大小成正比、方向一致的磁通，在缝隙处出现漏磁场，当磁带与之接触，磁力线通过磁带闭合，磁带被磁化，产生磁迹。
     重放过程，与记录相反，磁头与磁带相接触，磁头将桥接磁带上的磁迹，磁带表面磁场的磁力线通过铁心，在线圈中产生感生电流。

     消除过程，用逐渐变小的交变电流（磁场）作用于磁带，其磁化强度会逐渐减弱，直到消去磁化。用一恒定的交变电流（磁场），但逐渐离开磁带（相当于逐渐减小）就会实现消磁功能。

     磁带记录中的主要物理参数有：
     记录波长λ，λ=ν/f，其中：ν为磁带速度；f为信号频率。记录波长表示对应记录信号一个周期，磁带上磁化强度变化一个周期的长度。它与记录速度（假定磁头固定就是磁带速度）成正比，与记录信号频率成反比。
     重放特性，若保持与记录时相同的头、带关系（几何位置、相对速度）记录磁迹将在磁头线圈中产生感性电动势，ε=-NdΦ/dt、其中：N为线圈匝数；Φ为通过铁芯的磁通量。

     重放特性曲线表明重放输出与记录信号幅度和频率成正比。这是曲线的 6db／倍频程段。由于各种损耗，它从某一点开始衰减。重放特性的6db／倍频程段是磁带记录系统的工作段，它决定系统可以记录信号的相对带宽（动态范围），磁带摄像机的动态范围一般为10个信频程左右。

     （二）视频记录原理

     上述头-带关系就是录音机的系统，它必须经过改进才能记录视频信号，主要有：
     1．旋转扫描。从重放特性可知：提高录放频率，以适应视频信号的宽带特性，有两个途径：提高磁带速度与减小磁头工作缝隙。后者有限度，而前者会加大磁带使用量。旋转磁头方式解决了这个问题。通过磁头高速旋转提高磁带对磁头的相对速度，保持磁带低速行走，减少磁带的使用量。头一带关系又称为磁头扫描方式。目前磁带摄像机主要采用是螺线扫描方式。它是将两个相隔180°的磁头安装在磁鼓（圆柱体）上，磁带经过导柱的调节包绕磁鼓的半圆周上，形成一定的高度差。由于磁鼓的旋转，两个磁头交替地接触磁带，扫描出一条条倾斜的磁迹。

     2．磁带格式。螺线扫描产生记录磁迹不是连续的，为了重放时准确地找到磁迹，要有标记它们的控制磁迹，当然还要有音频磁迹，这些磁迹按规定的位置分布府列形成一定的磁带格式。不同形式的磁带摄像机就有不同的磁带格式。螺线扫描的每条视频磁迹长度等于磁鼓半圆周长，对应一场视频信号。因磁鼓的转速是一定的，所以磁迹长度反映记录速度，磁鼓直径大的摄像机可以得到较好的图像质量。同一型式的摄像机要严格符合规定的磁带格式，以保证互换性。图3－53为螺线扫描与磁带格式示意图。

3．频率调制。由于磁记录动态范围的限制，磁带记录系统不能直接记录视频信号，必须进行调制以压缩（相对）带宽。摄像机采用调频方式，主要因为：它不用非线性均衡，可减小幅度干扰，可以实行饱和记录。摄像机采用低载波（3．8～4．8M）、浅调制FM方式。即载波稍高于视频信号的最高频率。调制系数小于0．4，使调制信号的能量几乎全部集中在一次边带之内。

4．彩色降频。低带方式摄像机不能直接处理色度信号(4.43±0.5MH_Z)，因此，只能对亮度信号进行调频（Y－FM），对色度信号则要进行降频处理，这就是彩色降频法。摄像机首先分离亮度、色度信号，前者进行频率调制，后者降频，使之成为 1MHZ以下的低载波色信号，与FM亮度信号混合，一同记录于磁带。FM信号对降频色信号起偏磁的作用。总结上两项的叙述，可以得到磁带摄像机的记录频谱，如图3－54所示。

　
5．方位角记录，利用方位角损耗的原理实现高密度记录。为防止磁头重放（扫描）的偏差而出现串扰信号，视频磁迹门要有保护带，这就增加了磁带量。若使两个磁头的工作缝隙方向（方位角）分别向左右偏差一个角度α，两者之间则差2α。因此，每个磁头就只能重放自己记录的磁迹，当扫描出现偏差时、相邻磁迹不会产生干扰输出，可以不设保护带，实现高密度记录。图3－55所示为方位角记录示意图。

     应用最广的VHS方式像机采用了这种方法，专业用摄像机则是有保护带的。没有保护带，磁迹一条紧贴着一条，还可以互相重选，磁迹宽度由带速决定，可以实现长时间记录和宽磁头记录。

     （三）盒式磁带摄像机

     顾名思义，它采用的记录介质是盒式磁带，采用自动上下带机构。它的电路及螺线扫描结构如图3－56所示：

     盒式磁带摄像机的机械部分有：穿带机构、走带机构、张力伺服和电机传动系统，最有特色的穿带机构图中没表现出来。穿带机构通过两个上带导柱的平行移动（向磁头鼓方向），把磁带从带盒中拉出，包绕到磁鼓上。机器关机时，上带导柱向相反方向（带盒方向），同时带盒的收带轮转动，将磁带收回带盒。穿带机构是与螺线扫描的方式相配合的。穿带方式曾是摄像机分类的主要依据。

     盒式磁带摄像机机械系统的高精度十分重要，它保证正确的头一带关系和正确的磁带格式，保证不同机器之间的互换性。从图中看摄像机的结构与录音机非常相似，差别是旋转磁鼓。因此，有人讲：摄像机就是录音机加螺线扫描。

     盒式磁带摄像机电路主要有：视频信号处理、音频信号处理、伺服电路和机控电路。
它们的基本功能是：
      视频信号处理系统，是摄像机的核心电路，低带摄像机的特点是亮度、色度（由滤波器分离）分别处理。亮度信号的变换是：低载波调制以RF信号记录；色度信号的变换是：变频（降频），然后与RF亮度信号混合。重放时，与此相反。RF信号解调，色度升频，再复合为全电视信号。
　
     为了得到好的图像质量，视频信号还要进行预加重、箱位、电平切割、失落补偿等处理。通过频谱分析可看出：低带摄像机的图像分辨率受到亮度信号载波的限制，只有3M左右的带宽，可以得到280TVL。黑白方式由于没有低载波色信号，分辨率可达310TVL。这是摄像机图像分辨率的上限，不可能高于它。

     伺服系统，基本功能是保证记录、重放时正确的头一带关系。记录时，形成标准的磁带格（磁迹）；重放时，保证磁带以与记录时相同的速度行走，磁头准确地扫描磁迹。
伺服系统是一个典型的、闭环的自控回路，如图3－57所示。