网络高清视频监控系统标准化建设前端系统设计.doc

网络高清视频监控系统标准化建设前端系统设计1.1 概述海康威视视频监控前端系统可根据不同场景的不同需求，灵活选择合适的前端监控产品，既能满足路面固定点、路面可控点、出入口、室内等常规场景的监控需求，又能满足制高点、大场景的远距离、大范围和大视场的特殊场景的监控需求。海康威视网络高清摄像机，通过其全新的硬件平台和最优的编码算法，提供最高效的处理能力和最丰富的功能应用，旨在给用户提供更优质的图像效果、更丰富的监控价值、更便捷的操作管理和更完善的维护体系。1.2 前端系统结构设计前端摄像机选型应根据不同应用场景的不同监控需求，选择不同类型或者不同组合的摄像机，可以选择固定枪机与球机搭配使用、交叉互动原则，以保证监控空间内的无盲区、全覆盖，同时根据实际需要配置前端基础配套设备如防雷器、设备箱等以及视频传输设备和线缆。针对具体监控点位的实际情况，摄像机、补光灯（选配）安装于监控立杆上，网络传输设备、光纤收发器、防雷器、电源等部署于室外机箱。监控网络摄像机前端部署结构如下图所示：监控前端部署结构示意图1.3 IPC结构特点海康威视网络摄像机产品形态各不相同，每种产品形态采用科学、合理的结构进行设计，从结构上保证产品质量和监控图像质量。在以往结构设计的基础上，IPC还有以下几点突出的设计：1.3.1 散热设计据统计，电子设备的失效率有55是温度值引起的。如果摄像机温度低10度的话，产品的使用寿命可以提高一倍。海康威视进行精密的散热设计，选用高效的散热材料，使摄像机的温升控制在较低的水平，工作温升比华南厂家低10度左右。1.3.2 防水设计海康威视拥有多项专利防水设计，防水性能优越；采用先进高效防水检测工艺，全系列室外摄像机产品出厂100%检测防水性能。1.3.3 除雾设计需要打开外罩调节镜头的防水型摄像机在湿度高且温差大的环境下，内部可能会起雾凝结；为解决起雾问题，海康威视在摄像机内部装有防水透气膜和干燥剂，能快速有效散走雾气。1.3.4 防虚焦设计海康威视所有定焦摄像机均采用高效胶质材料点胶锁死，所有变焦摄像机均采用专业校准技术矫正，有效防止镜头虚焦现象出现。1.3.5 防刮擦设计半球罩刮花后，红外光照射到刮痕处会出现漫反射，造成红外反光。海康威视全系列红外半球采用PC加硬半球罩，具备防刮花功能，有效防止红外半球反光现象。1.4 IPC功能亮点1.4.1 超低照度海康威视摄像机采用业界高端传感器和DSP，具备很高的感光度，在光照条件极差的条件下也可获得色彩还原度较高的画面。超低照度摄像机对比效果示例图1.4.2 强光抑制在夜间监控车辆道路、出入口等情况下，往往因为车光线太强严重影响视频图像质量，海康威视产品中广泛采用强光抑制技术来解决此种困扰，有效抑制强光点直接照射造成的视频图像模糊，能自动分辨强光点，并对强光点附近区域进行补偿以获得更清晰的图像。 强光抑制开启与关闭效果示例图1.4.3 高清透雾雾霾天气下，空气中的液滴和固体小颗粒使户外监控的质量降低，图像显得色彩黯淡、对比度低，一些重要目标的细节难以观察，视频监控的实用性受到很大影响。海康威视产品中网络高清摄像机和球机大多具备高清透雾功能，基于大气透射模型，区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，同时融合图像增强技术与图像复原技术，获得准确、自然的透雾图像。没有高清透雾功能的监控效果示例图有高清透雾功能的监控效果示例图1.4.4 红外增强针对夜间或光线不好的场景下图像质量差的问题，海康威视推出红外摄像机和红外球机，采用阵列红外灯使红外距离最远可达150米，并结合3D降噪技术可以获得清晰的夜间图像。红外监控效果示例图1.4.5 3D数字降噪3D数字降噪功能能够降低弱信号图像的噪波干扰。由于图像噪波的出现是随机的，因此每一帧图像出现的噪波是不相同的。3D数字降噪通过对比相邻的几帧图像，将不重叠的信息（即噪波）自动滤出，从而显示出比较纯净细腻的画面。海康威视产品中广泛采用3D时空域联合降噪处理，结合准确的噪声强度估计算法，在光照理想、噪声较低时图像清晰细节没有损伤，光照不足时噪声明显抑制，图像细节大量保留，有效提升视频监控图像质量。降噪前图片示例降噪后图片示例1.4.6 新一代宽动态监控环境中常会遇到光线明暗反差过大的场景，利用宽动态技术，场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚。普通摄像机获取的是背景清晰但是前景较暗的图像，宽动态摄像机能获取前景和背景都清晰的图像。海康威视采用业界高端传感器并结合自主研发算法，海康威视新一代WDR基于动态范围达120db的多重曝光Sensor，采用局部亮度映射与图像增强相结合的处理算法，在逆光环境下能够清晰地保留暗处细节并抑制亮处过曝，大幅提升宽动态场景的图像质量。宽动态摄像机图片效果示例图1.4.7 SMART IPC特色功能海康威视推出SMART IPC系列产品，包括网络高清枪机、网络高清筒机和网络高清半球，在传统IPC的基础上，又在智能编码、智能侦测、智能控制上取得了很大的突破，通过先进的编码技术、图像感知与处理技术等在保障甚至提高监控图像质量的前提下，大幅度降低视频码流，使得在有限的网络带宽的条件下传输高质量的视频图像数据，并且通过丰富多样的功通满足不同环境的监控要求，提升视频监控系统的智能化水平。SMART IPC亮点图1.4.7.1 智能编码1） 低码率u 同等图像质量下，720p码率只需12M，1080p码率只需34M；u 码率最多降低3/4，存储空间最多减少3/4，带宽占用最多减少3/4。2） ROI（感兴趣区域编码）ROI示意图u ROI可将码流资源按需分配，将有限的资源集中在一块或多块感兴趣区域，提升感兴趣区域（如车牌、人脸）图像质量；u 在保证关键区域图像质量的前提下，码率至少可降低1/2。3） SVC（可伸缩视频编码技术）SVC示意图u SVC使得网络摄像机编码后的视频流具有伸缩能力，配合后端支持SVC的NVR，可实现对任意时间段录像抽帧压缩，压缩后可将录像时间延长3倍；u 海康720pIPC低码率+ROI综合运用可节省3/4的存储空间，一块2T硬盘，可存储4路720pIPC录像47天。4） 多码流多码流示意图u 支持多路独立编码码流，双路实时高清码流；u 每路码流可分别设置不同分辨率、帧率、编码格式(H.264/MJPEG/MPEG4)；u 总带宽提升至80M，可满足20路同时在线预览。5） 低延时u 高效编码算法，所有网络摄像机产品延时均在200ms以内；u 最短延时模式下，平均延时720p/2M可达140ms，1080p/4M可达160ms。1.4.7.2 智能侦测6） 行为侦测行为侦测示意图u 智能行为侦测功能支持对跨界入侵的行为进行自动检测，并可对进入区域和离开区域的行为分别布防；也可对区域入侵的行为进行自动检测，并可对入侵区域的物体的占比进行自动识别，减少误报率；u 摄像机侦测到以上行为后可联动报警及录像等功能。7） 人脸侦测人脸侦测示意图u 智能行为侦测功能支持对跨界入侵的行为进行自动检测，并可对进入区域和离开区域的行为分别布防；也可对区域入侵的行为进行自动检测，并可对入侵区域的物体的占比进行自动识别，减少误报率；u 摄像机侦测到以上行为后可联动报警及录像等功能。8） 音频侦测音频侦测示意图u 摄像机音频侦测功能可对声音的强度进行检测，当检测到无音源输入或某一时刻音频强度超过声音强度阈值时，可实现自动预警。同时具备环境噪音过滤功能，可通过软件算法处理的方式缓解背景噪声对音质带来的影响。9） 场景侦测场景侦测示意图u 海康威视视频质量诊断技术可对场景变更、图像虚焦问题进行自动分析检测，并联动报警；u 海康威视场景模式可对各种场景下的参数进行预设，方便客户选择；u 支持日夜两套参数配置，可实现自动切换。1.4.7.3 智能控制10） 智能Smart IR智能smart IR示意图u 新一代Smart IR技术可自动检测画面亮度，通过内部算法自适应调节红外灯亮度以及画面亮度，从而达到抑制近处物体过曝同时保证背景区域亮度的效果。11） ABF自动背焦调节ABF示意图u 部分枪机具有ABF(自动后焦调节)功能，通过摄像机上的ABF按钮或者客户端/IE上的辅助聚焦等按钮可自动或手动实现图像传感器的细微调整，从而达到微调焦距的作用，方便了安装调试。12） AF自动对焦AF示意图u 普通电动镜头受减速齿轮控制，聚集速度慢，且不能实现实时全自动聚焦，只支持一键辅助聚焦；齿轮不具备自锁功能，所以不抗震；u 海康威视电动镜头支持变倍后自动对焦功能（AF），无需手动聚清，且聚焦速度快，同时具有自锁功能，抗震效果好。1.5 前端配套设施13） 支架及立杆监控点根据现场实际情况，可采用立杆安装、抱箍安装、壁挂安装以及吊杆安装等方式。其中抱箍、壁挂支架以及吊杆支架有成套产品，根据现场选择符合要求的产品即可。室内摄像机的安装固定，根据摄像机型号和现场情况可采用壁装、吊装及角装等多种形式的安装支架，安装高度不低于2.5m。安装在室外的摄像机，当可借助建筑物附着安装时，选用相应的安装支架来安装；若无合适的建筑物供附着安装，则需要选用视频监控专用立杆，安装高度应不低于3.5m。14） 室外机箱室外摄像机的供电、信号等需要在室外进行汇集，需用专用的防水箱进行端接。端接箱内部安装架的设计充分考虑设备的安装位置，同时具有防雨、防尘、防高温、防盗等功能。不便于在立杆上部安装设备箱的，在地面设置设备机柜，其设计按照相关的规范标准执行，同时应具有防尘、防雨、防破坏等功能。15） 补光设备在摄像监控中，为了使夜间得到正常的监控图像，可选择采用一定的补光措施。补光灯的光源通常有LED、金卤灯、高压钠、白炽灯、氙气灯（HID）等。16） 防雷接地对前端供电和控制部分，需要采取有效的避雷接地措施，充分保障前端的稳定性和可靠性。前端监控的防雷接地主要从以下三个方面进行： 直击雷防护在直击雷非防护区的每个视频监控点均配置预放电避雷针，安装于监控点立杆顶部。提前预放电避雷针利用雷云电场周围电场强度向针尖发射高压脉冲特性，提前一定的时间引导雷电放电，不至于使局部雷云电荷积累形成过大的雷击强度，降低监控点雷击接闪强度和电子设备雷击电磁脉冲强度，提高了室外监控点的保护裕度。 供电设施的雷击电磁脉冲防护电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源对前端设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，本系统对前端室外防水箱220V电源进线以及室外防水箱到摄像机的低压电源线路进行避雷接地。220V电源进线避雷标称放电电流不小于10KV，接地线缆建议不小于6mm2。 均压等电位连接技术等电位连接是将正常不带电（或不带信息）的、未接地或未良好接地的设备金属外壳、电缆的金属外皮、金属构架、金属管线与接地系统作电气连接，防止在这此物件上由于感应雷电高压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝缘、电缆芯线的反击。监控点设备（含电源避雷器、控制信号避雷器）宜采用单点接地方式实现等电位连接，独立接地电阻小于10。17） 前端供电系统设备建议采用集中供电，电源质量建议满足下列要求：稳态电压偏移不大于2%；稳态频率偏移不大于0.2Hz；电压波形畸变率不大于5%。18） 传输设备及线缆前端监控系统中，视频信号的传输是整个系统非常重要的一环，关系到整个监控系统的图像质量和使用效果，因此要选择经济、合理的传输方式。目前，在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式，本方案前端系统以高清网络摄像机为主，大部分为网络传输方式，但是对于不同场合、不同的传输距离，应选择不同的传输方式。n 网络双绞线传输从前端摄像机到接入交换机距离不超过100m的情况下，使用网络双绞线（下面简称网线）来传输，这种传输方式的优点是线缆和设备价格便宜。前端网线传输示意图n 光缆传输从前端摄像机到接入交换机距离超过100m的使用光缆来传输，通过光纤收发器将电信号转成光纤信号进行传输，如下图所示：前端光纤传输示意图1.6 适用场景描述方案根据几种典型的前端应用场景，明确相应场景的前端设备选型说明，达到最优的视频监控效果，具体内容见以下章节。1.6.1 路面固定点监控1.6.1.1 主要应用场景路面固定点的监控场景主要是固定的、小范围的，如监控区域内主干道上的路段和路口、停车场、大楼门口、外围周界、重点监控区域等固定监控场景。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。1.6.1.2 前端选型说明路面固定点推荐选择海康威视网络高清枪型摄像机进行监控，满足在覆盖范围内看清过往行人、车辆的行为特征和体貌特征；摄像机要达到IP66的防护等级，避免在雨天等环境下因为雨水或灰尘的进入；在晚上光线不足的环境下推荐采用超低照度功能或红外功能的网络高清枪机，保障夜晚等光线不足环境下的监控图像质量。路面固定点推荐使用海康威视130万网络高清枪机DS-2CD4012F-(A) 或200万网络高清枪机DS-2CD4024F-(A)，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。1.6.1.3 监控效果展示路面可控点监控效果示例图1.6.2 出入口监控1.6.2.1 主要应用场景出入口监控场景主要是一些出入口，如大楼、超市、娱乐场所等出入口。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。1.6.2.2 前端选型说明出入口监控推荐选择海康威视网络高清枪机，摄像机要达到IP66的防护等级，避免在雨天环境下因设备进水而导致设备损坏或影响监控质量；在晚上光线不足的环境下推荐采用带红外功能或者低照度功能的摄像机，保障夜晚等光线不足环境下的监控图像质量；对于逆光环境，推荐选择带有超宽动态功能的摄像机。出入口推荐使用海康威视130万网络高清枪机DS-2CD4012FWD或300万网络高清枪机DS-2CD4032FWD，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。1.6.2.3 监控效果展示出入口监控效果示例图1.6.3 室内监控1.6.3.1 主要应用场景室内监控的主要应用场景包括以下几种：楼道、电梯、走廊、大厅、办公区、重要房间、库房、地下室等。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。1.6.3.2 前端选型说明在楼道、走廊等固定室内监控场景推荐采用海康威视低照度、宽动态的网络枪机或者半球；在重要房间、库房等监控场景推荐采用红外半球或红外筒机；在大厅等室内大范围监控场景推荐选用高清半球；在光线不足或强光环境下推荐选用带有宽动态、超低照度等功能的红外摄像机，来保障监控图像质量。室内推荐使用海康威视130万网络高清半球DS-2CD4112FWD-(I)(Z)或200万网络高清半球DS-2CD4124FWD-(I)(Z) ，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。1.6.3.3 监控效果展示室内监控效果示例图1.6.4 制高点监控1.6.4.1 主要应用场景制高点监控的场景主要为在楼顶、塔顶、山顶等制高点处对所在范围内的整体的、大范围的监控。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。1.6.4.2 前端选型说明制高点监控推荐采用海康威视网络高清智能球型摄像机，或采用网络高清枪机加大倍率的电动镜头配合支持云台控制的一体化云台，电动镜头的焦距根据实际监控范围确定选配。设备需支持实时透雾功能，以应对各种复杂环境下的实时监控，同时摄像机要达到IP66的防护等级，避免在雨天环境下因设备进水而导致设备损坏或影响监控质量。制高点推荐使用海康威视200万网络高清球机DS-2DF7286-(A)或配置有大倍率电动镜头和一体化云台200万网络高清枪机DS-2CD4024F-(A)，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。1.6.4.3 监控效果展示制高点监控远景效果示例图1.6.5 大场景监控1.6.5.1 主要应用场景大场景的应用场景主要为具有开阔视野和需要大范围呈现监控画面的场景，如机场跑道、停机坪、广场、火车站台、码头、港口等，应用视频图像拼接技术，通过将来自不同视角的多个摄像机的监控图像拼接在一起得到高分辨率图像，解决用户大场景高清晰监控的迫切需求，用户可以在一幅视频图像上浏览高清晰的大场景画面。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。1.6.5.2 前端选型说明多相机拼接推荐采用海康威视网络高清枪机，为了保障拼接后的图像质量，应选用相同型号、相同配置的网络高清枪机，而且在实际拼接操作过程中，前端摄像机的参数配置也要保持一致。为了保障拼接的图像质量，拼接时需按照相关要求进行操作。大场景监控推荐使用海康威视200万网络高清枪机DS-2CD4024F，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。1.6.5.3 监控效果展示拼接前后对比示例图1.6.5.4 拼接布设要求1) 拍摄场景选择和要求n 建议以视野开阔、纹理丰富的室外远景为最佳拼接场景。如下图：n 尽量避免纵深感强烈的室内场景，这类场景容易造成拼接瑕疵。如下图：n 呈现在摄像机中的景物尽量距离摄像机10M（或10M以上）。如果受演示条件限制，只能进行室内演示，请挑选空间小一些的办公室，将摄像机架设在室中央，尽量保证拍摄到的景物距离摄像机远近的一致性。如下图：n 尽量避免纹理稀少，模糊，对比度低，呈现出“白雾状”特点的场景。如下图：2) 摄像机摆放方式原则上所有摄像机呈横向或扇形排列，高度保持一致。实际操作时，要综合考虑拍摄环境、摄像机数量、镜头视场角等因素并根据调试结果来摆放摄像机。图1 横向或扇形拼接模式3) 前端基础配套设施n 摄像机的拍摄距离和成像范围拍摄距离和成像范围示意图1拍摄距离和成像范围示意图2n 立杆设计根据部位与要求选择摄像机安装方式。采用立杆安装方式时，除特殊情况外，摄像机离地面高度一般不低于3000mm，但不高于5000mm，立杆下端管径应在160 mm10mm、上端管径应在100mm5mm，管壁厚度应4mm，挑臂长度根据实际情况选定，立杆应做灌筑基础，基础深度应不小于1000mm，底部直径应不小于1000mm。立杆要进行专门设计，要求美观、精致。4) 图像调节方式n 图像边缘锐利将各摄像机的镜头对好焦，使图像画面边缘锐利。n 恰当的重叠区域微调摄像机云台，使各原始图像重叠区域以占原始图像的1/4-1/3宽度及高度为佳，不宜过长或过短。n 原始图像高度一致调节摄像机云台，尽量使所有的原始画面的景物处于同一水平高度，不要相差太大。n 明暗色调一致调节各摄像机的亮度，对比度，使所有的原始画面明暗程度尽可能差不多，但也要避免整体欠曝或过曝。