作者：罗世伟,左涛,邹开耀
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
视频监控系统原理及维护试读：
前言
随着科学技术的进步与经济实力的不断增强，越来越多的行业从各自不同的需求出发，都会使用到各种类型的视频监控系统，同时也引发了此行业人才的大量需求。为此，在电子工业出版社的组织下，我们和重庆市高新区公安局合作，在重庆市有线广播电视局、重庆邮电学院、重庆市电信局的大力配合下，编写了《视频监控系统原理及维护》这一实用型教材。
本教材从能力培养的角度入手，深入浅出地阐述各类型视频监控系统的架构与原理；通过形象化的手段与图说方式，介绍各类型视频监控系统的选择、安装与使用方法；并对与其相关的数字视频编／译码原理、标准，新型的LCD、PDP显示设备，网络技术基础知识等一一作了适当的讲述。此外，还介绍了多媒体视频监控系统、基于网络视频监控系统的实际案例和运用硬盘录像技术对传统视频监控系统改造的方案。
考虑到不同读者不同的知识层次及接受能力，以及不同学校的教学设备问题，遵循“理论够用、技能过手”的原则，本书还特别配备了电子教学参考资料包。在该资料包中，我们准备了一些在书面教材中无法实现的实训方法，供大家进行相关设备的“模拟操纵”，还将书面教材中由于篇幅原因未能讲述的相关知识的定量分析内容，以PowerPoint的形式在电子教学参考资料包中给出。除此之外，在电子教学参考资料包中，还有视频监控系统设计方案、报价单及相关设备的安装手册等珍贵资料，供大家在参与视频监控系统的投标竞价、设计与安装时查阅。
本教材的参编人员有罗世伟、左涛、邹开耀、余永洪等。左涛编写第1章的概述部分，并参加本教材的部分统稿工作；邹开耀编写第2章有关摄像机与第3章有关监视器部分的内容，并参加本教材的部分统稿工作；余永洪参加了第6章网络基础知识与网络传输部分内容的编写；罗世伟编写其余部分，并负责全书的统稿工作。
本教材的编写过程得到了重庆市高新区公安局、重庆邮电学院领导的大力关怀与实际支持，重庆市高新区公安局局长作为本教材的安防顾问，副局长左涛不仅参加了本教材的协助工作，还亲自编写了第1章的概述部分。厦门大学计算机系余永洪老师，为本教材编写网络基础知识与网络传输部分的内容；重庆邮电学院的邱东老师，为本教材的图形处理做了大量工作；重庆市电信局数据公司经理、高级工程师王永役，为本教材提供了大量的网络传输方面的珍贵资料；CQTV的工程师白羽特别为本教材作了光纤设备现场安装、连接技能演示，并且提供了珍贵的图片资料。
此外，本教材还得到清华同方、汉方数码公司的热忱支持；中国-澳大利亚职业教育合作项目澳方专家佩莱先生，对本教材提出了许多中肯的意见与建议。在此，我们向以上各位表示最真诚的谢意。
由于时间仓促及作者的水平有限，再加上监控系统涉及面过于广泛、技术更新太快，本教材难免会出现不足甚至错误之处，欢迎各位同行及读者批评、指正，以便及时纠正和改进。作者电话：023-62837371；E-mail：cqlsw1969@126.com。
为了方便教师教学，本书还配有教学指南、电子教案及习题答案（电子版），请有此需要的教师登录华信教育资源网（http://www.huaxin.edu.cn）下载或与电子工业出版社联系，我们将免费提供。E-mail：hxedu@phei.com.cn编者2007年2月第1章概论【本章导读】本章首先探讨视频监控系统在社会公共安全防范体系及技术安全防护体系中的地位，并介绍国外视频监控系统的现状（含架构）、前景及我国视频监控系统的规范，还粗略地从技术上阐述广播电视与视频监控系统的关系，从而进一步探讨视频监控系统的数字化进程，使大家对视频监控系统有一个初步的认识，为下一步的学习打下基础。1.1视频监控系统概述
由于历史、宗教、意识形态、经济差异等多种错综复杂的因素，当今社会伴随财富、人口增长的同时，恐怖与刑事犯罪日趋猖狂；随着高新技术的发展，恐怖、犯罪的手段日渐现代化、智能化。这已经成为国际性的社会问题。为此，各国政府根据其国力现状，纷纷强化社会公共安全防范体系的建设与巩固（从近几年来安防会的空前盛况即可看出）。另一方面，随着房地产业的空前火爆，以别墅、高档小区为代表的智能建筑的热销，牵引包括视频监控、门禁系统、楼宇可视对讲系统在内的楼宇智能安防设备的强烈需求。同时，由于数字化、网络化的高速发展，在其信息化改造与建设中，各行各业从各自的生产、管理、教育与人、物、信息流动等角度出发，充分认识到包括视频监控在内的安防设备的重要性，纷纷开始对包括视频监控系统在内的网络进行改造与建设。因此，有理由相信，未来社会对安防设备及其从业人员的需求会更加强烈，同时也提出了更高的要求，这也是此课程的意义所在。1.1.1 视频监控在技术防范体系中的地位
技术防范是社会公共安全防范体系的重要组成部分之一，由于其防范效果最佳，越来越受到各国的高度重视。技术防范的范围涉及入侵报警、电子巡更、视频监控、出／入口控制、楼宇可视对讲等多种领域，而视频监控系统又是技术安全防范体系的重要组成部分，它与入侵报警系统、门禁系统共同构成现代综合安全防范技术系统的三大要素。特别是近些年来，视频监控系统在安防领域中的地位和作用日渐突出，作为报警复核、动态监控、过程控制和信息记录的有效手段：图像视频信号本身具有可视、可记录及信息量大等特点，并能提供“眼见为实”的证据（这一点在法制社会的今天显得尤其重要）。
近年来，电视技术与计算机技术（如多媒体技术、人工智能技术、信息处理技术、流媒体技术、卫星通信技术等高新技术）逐渐以嵌入式手段融入安全防范体系中，其发展的势头非常迅猛。例如，在国际大型机场的安全防范系统中，安全检查系统从20世纪90年代初已经装备微放射量X射线检测仪、三维图像彩色分辨仪，以强化对可塑爆炸物、毒品的微量元素吸取的检测技术。在这些检测设备附近均装有手动／脚踢紧急报警装置。当安检人员检测到可疑物品时，马上将报警信号送到保安监控中心；与此同时，检测装置附近的摄像机将按预先编制好的程序自动摄取现场图像，以向监控中心提供实时图像、声音及其相关数据显示。1.1.2 电视技术推动视频监控技术进步
电视技术与视频监控技术是一对“孪生兄弟”，前者广泛运用在广播电视领域，后者工作在安全防护系统中。一般说来，视频行业的新技术都先应用于前者，然后再“嫁接”给后者。例如，电视技术在20世纪初出现以来，便处于不断发展的状态中，从黑白电视到彩色电视，从模拟电视到数字电视，从一般清晰度电视到高清晰度电视（HDTV），每个阶段都伴随着时代发展的最新技术。而作为电视技术在非广播电视领域的重要分支——视频监控系统得到同样飞速的发展。例如，当光电导摄像管式摄像机刚能把在演播室拍摄的电视图像经电波传播时，就已用于安全监控领域。现在，当电视台初步推广基于网络的非线性编辑及新闻网络编播系统时，同样基于网络的视频监控系统就迈出追赶的步伐：安检人员用鼠标单击PC桌面控制按钮，便可迅速对整个视频监控系统进行全面的监视与控制。这样，无论本系统前端还是由网络传输的远端各分系统，均能进行监视与控制。同时，整个视频监控系统监视的所有清晰图像、可辨的声音、报警数据均能实时、有效地记录在计算机的数字式硬盘录像机（DVR）中，为将来必要的查询备用。
视频监控系统是安防体系中防范能力极强的一个综合系统，它能够利用遥控摄像机及其电动镜头、云台及红外灯等辅助设备，在监控中心直接观察被监控场所的各种情况，以便及时发现和处理异常情况。整个系统包括摄像、传输、显示和控制等4个部分，涉及到电学、光学和机械学等相关学科。
综上所述，电视技术的发展同时牵引着视频监控技术前进的步伐，由于现行视频监控系统的图像质量仍然停留在PAL制式的1625行／50场、画面宽高比为4∶3与16∶9的普通水平，因此其清晰度受到现有制式的限制。随着数字电视及全数字高清晰度电视的普及，在不久的将来，高清晰度电视技术将迅速融入视频监控系统，监控系统的图像清晰度相对于现有的图像清晰度可提高4倍。那时，当摄像机在宽视场范围内监视高速公路路况时，就不会再因监控画面中的肇事车辆牌号不清楚而束手无策了。1.1.3 视频监控系统的应用现状与数字化进程
1．欧美视频监控系统的应用
安全防范设备在美国的应用非常广泛，其层次也很高，有很多值得借鉴的地方。根据联邦调查局（FBI）公开统计报告中的相关资料证实，在美国，几乎每半分钟便产生一起恶性案件，而盗窃等与财产有关的案件每3秒便有一起。因此，视频监控系统作为预防犯罪的有力武器，在美国得到了广泛的应用，几乎所有的银行、商店、加油站、美术馆、图书馆、ATM机、机场、公交／地铁站、写字楼、停车场、宾馆、医院、学校等，都安装有视频监控系统。
在欧洲，无论是高楼大厦，还是路口车站，甚至地下铁道、站台等地方也都设置了视频监控系统。金融街、金融市场、政府重要部门等也引进了视频监控设备。其夜间警戒是以视频监控为中心，把高精度小型摄像机安装在路灯上，实行24小时持续监控，监视信号直接传送到警察局通信指挥中心。据抽样调查，在公共场所普及这种安全措施后，犯罪率减少了50%，特别是2005年在英国发生的地铁爆炸案件中，视频监控系统准确、有效地将恐怖分子的面貌与犯罪行动记录下来，为此案的侦破提供了有力的证据。
2．我国视频监控系统的现状与规范
我国的视频监控系统起步也很早，20世纪50年代起，重要的部门已秘密安装与使用了视频监控系统。至20世纪80年代后期，我国陆续制定了相关系列安全技术防范标准，如《入侵探测器通用技术条件》（GB10408.1—1989）、《视频入侵报警器》（GB15207—1994）、《报警图像信号有线传输装置》（GB/T16677—1996）、《文物系统博物馆安全防范工程设计规范》（GB/T16571—1996）、《银行营业场所安全防范工程设计规范》（GB/T16676—1996）等安全防范工程规范。不过就总体而言，我国的视频监控系统尚处于比较低级的阶段。为此，中国安全防范产品行业协会于2000年制定了《中国安全防范产品行业“十五”发展规划》（2001—2005），力争在“十五”期间加快高科技安防产业的发展。《中国安全防范产品行业“十五”发展规划》总共分8个专题，并详细阐述了各专题的主要任务和目标、当前主要问题、技术发展方向与课题、产业化与名优产品、主要措施等5个方面。其中专题6即为视频监控防范系统，该专题的主要任务中明确指出，要“发展自动跟踪和锁定系统、远距离多路报警图像传输信号系统（包括窄带视频传送报警图像系统、可视电话传送）和多媒体技术传送及接收图像系统，提高监控产品质量。研制有自主知识产权的系统产品，开拓应用领域，提高国内产品的市场占有率”。
国家质量技术监督局和公安部在2000年6月联合颁布的《安全技术防范产品管理办法》，也会对我国的视频监控系统规范化进程起到良好的监督、促进作用。
3．视频监控系统的现状与前瞻
首先说明一点，由于一般的视频监控系统自成体系且大都采用闭路结构，所以，视频监控系统以前又被称为闭路电视监控系统（CCTV）。不过，由于此系统主要针对视频信号、数据进行处理与控制，对音频信号的处理与控制相对较少，且对图像的质量要求相对高于广播电视；另一方面，也可以通过无线微波传输模拟视／音频及控制信号；存在经过无线网桥传输数字视／音频及控制信号的局部开路视频监控系统。因此，再将其称为CCTV是不恰当的，准确的名称应该是视频监控系统。按其结构与控制特点，视频监控系统又分为传统视频监控系统、多媒体视频监控系统和基于网络的视频监控系统，后者还有基于局域网与广域网之分。而基于广域网的视频监控系统的典型为远程数字视频监控，它以流媒体传输模式由以太网络、SDH和HFC等网络进行多媒体数字信号传输，广泛应用在远程电视、电话会议、教学及医疗等领域中。（1）图像摄取
近几十年来，视频监控系统的迅速发展，得益于图像信号的采集（生成）和传送这两项关键技术的突破。早期的图像采集由光电导摄像管式的摄像机来实现，体积大而笨重，多应用于宽敞的电视演播室内。而以LSIC（大规模集成电路）技术为基础的CCD摄像器件适合于大批量生产，宜于质量和成本控制，因而一经问世即成为摄像器件的主流。除了人所共知的一些优点外，CCD摄像机的低价格和长寿命改变了摄像机和视频监控系统以往那种价格昂贵、难于维修的缺憾，对视频监控系统的普及起到了极大的推动作用。
CCD摄像机目前已处于成熟期，其灵敏度、图像分辨率、图像还原性等指标均已达到很高的水平。大多数摄像机都具有电源锁相、电子快门、背光补偿等基本功能，新型摄像机还大都采用了DSP（数字信号处理）技术，进一步提高了整体性能。彩色摄像机具有鲜明的色彩，图像视觉效果良好，而且其分辨率并不比黑白摄像机低，因而在视频监控系统中的应用率不断提高。虽然在红外夜视情况下，彩色摄像机尚不能与黑白摄像机相比，但彩色-黑白日夜两用型摄像机的问世则弥补了彩色摄像机在这方面的不足。另外，摄像器件成像面（CCD的感光靶面）的小型化（由较早的1in、2/3in到1/2in、1/3in，直至全新的1/4in型）并没有使图像分辨率和灵敏度下降，并且使其体积小、重量轻、价格低、可靠性高的特点更加突出。将来，各种非光学的摄像机，如采用碲镉汞材料的前视红外焦平面技术的热成像摄像机将从军事领域移植过来，应用在高档的、特殊的视频监控系统中，它以探测目标与背景的温差成像，不受烟雾、黑暗等恶劣环境的影响，还不像红外灯那样容易暴露自己，特别适宜应用在特殊要求及带有消防分系统的视频监控系统等领域中。（2）图像传输
由于大多数视频接收设备仍采用模拟方式，且模拟信号在近距离传输时是最具实时性、最经济的，因此，视频基带信号仍为传统的输出方式。现在生产的彩色摄像机已拥有亮／色分离（Y/C）输出功能；用于桌面视频会议、可视电话的DSP摄像机也已有并口型／USB出口型，可直接接入计算机的并口／USB接口。虽暂时未规范输出接口，但由于DSP技术广泛应用于摄像机中，由DSP处理的信号完全用某种格式的数字信号形式输出，而且广播／电视设备已经用到串行数字接口和IEEE1394标准接口中，所以，拥有数字视频输出接口的视频监控用摄像机将不是梦想。
事实上，以恰当方式实现远程、低失真的视频信号传送，是保证视频监控系统基本质量、应用范围的关键。一直以来，采用同轴电缆的基带信号传输是基本的应用方式，它具有简单可靠、附加设备少的特点，但同时又是限制视频监控应用范围的技术障碍。而模拟方式的传输要保证宽带信号具有高的S/N（信噪比）和低失真是十分困难的，为增加传输距离所采取的补偿又会引入新的失真（这一点对于宽带视频信号尤为突出）。
光纤传输技术是通信领域划时代的革命性技术，一经出现便很快被应用在视频传输领域中。采用光纤传送视频信号，使无中继传输距离从同轴电缆的几百米提高到几十千米，还拥有极高的图像质量，使多路传输和双向传输变得十分容易，为扩展视频监控的应用范围和控制距离起到关键作用，也为远程（网络教学、高速公路等）、大型视频监控系统（住宅小区、大型建筑等）的建设与管理打下坚实的物质基础。然而在目前的视频监控系统中，光纤传输的应用层次还比较浅，大多数系统都是采用IM方式的视频基带信号传输，光纤仅起到代替同轴电缆的作用。作为一个新的宽带、低损耗介质，光纤通信技术的真正优势和潜力并未充分地体现与发挥，其原因主要是由于模拟视频信号传输的方式及视频监控系统的结构特点所致。我们相信，随着光纤的双向、频分、波分复用技术的成熟，色散位移光纤和色散平坦光纤、光纤放大器的实用化，光纤传输的无中继距离和传输容量将会有更大的提高。掺铒光纤放大器（EDFA）不仅能提高增益、增加无中继距离，还具有宽带增益，对多路光载波传输不会引起串扰（路标串扰），配合波分复用技术又可实现高密度的通信，将会成为最新的光纤通信系统的发展方向之一。（3）图像的显示与记录设备
由于经济因素，CRT（阴极射线管显示器）还是视频监控系统的监视器的主流，但随着LCD（液晶显示器）、PDP（等离子显示器）等平板显示器已经应用在高档领域中，数字图像记录设备——数字硬盘录像机（DVR）业已成为视频监控系统的主流，而且新一代采用MPEG-4、H.246等数字压缩标准的数字硬盘录像机（DVR）的出现，将使基于局域网、广域网的多画面实时传输与存储技术逐步成熟。全新概念、全新形式的跨省（市）、跨国界的综合性多媒体数字监控系统的前途将更广阔，应用会更广泛。（4）系统的控制设备
随着微处理器、单片机的功能和性能的提高及增强，各种专用LSIC、ASIC的出现和多媒体技术的应用，系统控制设备在功能、性能、可靠性和结构式等方面都发生了很大的变化。视频监控系统的构成更加方便、灵活，与报警和出／入口控制系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。
随着与计算机系统融合程度的强化，基于计算机网络的综合型全数字监控系统已应用在智能化建筑中，其范围涉及视频监控、防盗报警、门禁和电子警戒等子系统，应用的领域也由单纯的安全防范向生产管理、系统检测与监测等全方位扩展。例如，教育部门的实时远程教学、教学资料的交换；高速公路、收费站的实时图像、数据监测；在煤矿企业，可将其用于井下瓦斯浓度状态的远程实时数据监测等方面。
4．视频监控系统的数字化进程
由于传统模拟视频设备的发展已进入瓶颈阶段，暂无潜力可挖，因此，为满足更高的要求，系统就必须向数字化方向发展。数字信号具有频谱效率高、抗干扰能力强、失真少等模拟信号无法比拟的优点，同时也存在信号处理数据量大、占用频率资源多的问题，只有对数字信号实现有效的压缩，使之在通信方面的开销与模拟信号基本相同，它的优点才能表现出来，并具有实用性。在数字电视与高清晰度电视市场的拉动下，与数字电视相关的各种数字视频技术得到了迅速发展，相应的技术标准、算法及专用芯片，数字图像信号的摄取、处理、传输、记录等设备也得到广泛的应用。视频监控的数字化进程主要表现在以下三个方面。（1）动态图像传输的成功应用
利用窄带介质、采用低数据率传输动态图像的可视电话和电视会议是数字视频较为成功的实例。尽管其图像质量（分辨率、帧率）远低于广播电视，但其传送的信息量作为图像监控的目的是足够的。动态图像传输是图像压缩技术和调制解调技术（MODEM）结合的产物，其图像压缩、处理、记录都是在数字基础上进行的。采用MODEM将数据流通过公用介质传送，是目前远程视频监控系统的技术基础。远程视频监控系统利用公共信息网络的开放性，可实现远距离的信息传送和控制。（2）多媒体技术完全融入视频监控系统
多媒体视频监控系统将传统视频监控系统的所有功能交由计算机来实现，可以处理图形、图像、声音、文本等多种信息资源，并且有多种方式的人机交互界面。图像系统是最能体现多媒体特点的应用领域，然而其信息量大，在传输和存储时所需开销很大，数据处理速度要求很高。但随着视频技术、图像压缩技术和计算机技术的发展、相应标准的完善、各种专用芯片的研制成功，这一问题得到了初步解决。因此，多媒体技术在视频监控系统中得到了广泛的应用，且是今后视频监控系统的发展趋势。（3）数字信号处理技术的广泛使用
各种视频设备普遍采用数字信号处理技术，如摄像机，图像拼接、分割、分时记录和视频探测等。这些设备的输入和输出仍为模拟视频信号，在机内将其转换为数字信号进行各种变换和处理。采用DSP和DRAM（动态随机存储器）对信号进行并行和分时处理，可以方便地分别处理各分量信号，实现多路视频信号之间的同步，解决扫描变换和开窗采样等问题，很容易地完成各种图像的分解、组合及简单的图像分析，使各种设备的功能更为完善，性能大为提高，也有许多设备开始采用数字输入和数字输出方式，如大屏幕显示的图像合成、切换、分配设备、远程监控设备等，这表明DSP技术和器件已趋于成熟，其应用也为CPU在视频设备中的应用提供了更加有利的环境，使得信号的变换、处理和控制均处在同一个数字层面上，同时也使视频设备与计算机的接口更加方便。
进入21世纪，由于电视技术、计算机技术、通信网络及国际互联网的飞速发展，人类社会进入了数字化时代，世界即将成为“数字家庭”。视频监控系统也将跨越技术安防体系单一的范畴，成为管理智能化楼宇的综合性多媒体数字监控系统。让我们畅想未来：装有各种传感器的房间的温度、湿度、空气流速及清洁状况通过多媒体计算机自动控制，住户可通过电话线向监控中心发出视频点播命令，监控中心将住户点播的节目通过有线电视网传输给住户；同时住户也可以利用电话线通过监控中心接入因特网，而住户从网上得到的信息也可以由监控中心通过有线电视网传输给住户；一旦发生报警，监控中心将切断住户的所有节目源，将报警点的各种图文信息发送出去，即将综合服务功能结合到多媒体视频监控系统中。1.2各类型视频监控系统的架构简介
视频监视系统主要由前端设备、传输系统、后端设备三部分组成，如图1-1所示。前端设备主要由摄像机、云台及辅助设备构成。后端设备分为中心控制设备和分控制设备。前、后端设备通过多种形式的传输系统连接。图1-1 视频监控系统的架构1.2.1 楼宇可视对讲监控系统的架构
21世纪以来，随着别墅、低密度花园、洋房等高档物业小区对智能化住宅的迅猛需求，楼宇可视对讲监控系统得到极大的发展，它提供住户、保安人员及来访者之间的语音和图像沟通，能够实现上述三方的相互通话与呼叫。根据住宅用户多少的不同，楼宇可视对讲监控系统可分为按键型和数字编码型两大类，按键型适用于普通住宅，数字编码型主要用在高层住宅楼中。
1．按键型楼宇可视对讲监控系统的架构（1）按键型楼宇可视对讲监控系统的结构
如图1-2所示，为6户按键型楼宇可视对讲监控系统的结构图。图中，各室内机的视频、双向语音和遥控开锁等接线端子均以总线形式与门口机并接，而各呼叫线单独与门口机相连，因此，虽然这种类型的监控系统有线缆较多的缺点，但无需用编码器。按键型楼宇可视对讲监控系统在每户门口机上面安装多个按键，与每一住户单元相对应，所以该系统的容量比较小，基本上以30个住户为一个单元系统。如图1-3所示，为按键型楼宇可视对讲监控系统门口机的外观。图1-2 6户按键型楼宇可视对讲监控系统结构图1-3 按键型楼宇可视对讲监控系统门口机外观图（2）按键型楼宇对讲监控系统的原理
图1-2中，门口机上有6个按键，每一个按键分别对应一个住户单元的房门号，当来访者按动欲访问住户房门的按键时，该住户便可在自己的室内机监视器上观察到来访者的情况。与此同时，还能够用对讲器和来访者进行对话，在确认其身份后按下开锁按键，便打开楼宇大门的电磁锁。需要说明的是，此门口机是多户公用型，故住户每次的使用时间受到限定，标准限时为30s。16
图1-2中的S～S分别是各室内机内部的继电器触点开关，当来访者在门口机上按下某一住户的房门号按键时（假设302对应6号室内机），即可通过对应的呼叫线传到相应的6号室内机，使该室内机6上的门铃放出音乐声，同时室内机的继电器吸合，开关S将6号机的各视／音频线及控制线接到系统总线上。门口机上设定了按键延时功能，在某房门号的按键被按下后的30s时间内，系统对其他按键是不会响应的，因此，在此期间，其他各室内机均不能与系统总线连接，用以保证该住户与来访者进行单独可视的通话。当该住户挂机或者延时30s后，6号机内的继电器自动释放，与系统总线断开。
2．数字编码型楼宇可视对讲监控系统架构（1）数字编码型楼宇可视对讲监控系统的功能
由于数字编码型楼宇可视对讲监控系统多用在高层住宅楼，故住户比较多，无法采用直接将每一住户的房门号对应于门口机的一个按键的方式，所以对各住户的房门号采用数字编码的方式，即在其门口机上安装一个由10位数字键及“#”和“*”键组成的拨号键盘。当来访者需要访问某住户时，可以像拨电话号码那样拨通该住户的房门号，门口机对输入的4位房门号码译码后，确定该住户的地址，把该住户的室内机接入系统总线，这时，住户可用其室内机的对讲器和来访者进行双向通话，同时门口摄像机摄取的图像在室内机的监视器上同步显示，住户经确认后即可通过开锁按键打开大门的电磁锁。（2）数字编码型楼宇可视对讲监控系统的结构
现在，让我们来认识一种典型的数字编码型可视对讲监控系统的结构。
①其整体结构与功能
如图1-4所示，为某数字编码型楼宇可视对讲监控系统结构图，主要由门口机、室内机、管理中心总机、楼层机、电磁锁控制器、数字控制器和电源供给器等七部分构成。需要说明的是，楼层机可选择安装在楼层内的小型门口机中，能够直接和住户室内机相连，具备呼叫、双向通话及可视功能。图1-4 数字编码型楼宇可视对讲监控系统结构图
图1-4中的管理中心总机有8路输出，其中每路输出为7芯电缆，含一对RS—485通信线，可外接8个信号控制器，每个控制器能带一路图像门口机及32个数字控制器（由7芯电缆、2芯电源线和一根同轴电缆连接），故该系统最多能够管理8个楼门口。因为每个数字控制器还可以带4套室内机，所以其最大容量为1024（8×32×4）户。
②通信系统架构
该系统的通信方式采用RS—485通信，每个数字控制器上都有一3个8位拨码开关，其中前3位用于设定楼门号，拥有8（2）种状态，分别对应于管理中心总机上的每一路输出；后5位用于设定数字控制5器自身的编码（相当于楼层号），共有32（2）种状态；再加上数字控制器内部与4套室内机连接的4个接线端子，使整个系统拥有1024个独立地址，分别对应1024个室内机。
③管理中心总机架构
管理中心总机一般安装在大楼的管理中心，外观如图1-5所示。各功能键分别是查询、清除、呼叫、对讲、免提、三方通话、开锁、监视、号码储存。其作用是使住户、管理中心及来访者三方之间实现相互联通。在楼宇可视对讲监控系统中加入管理中心总机，相当于增强了系统的安全防护等级，管理中心总机能够接收各室内机的报警呼叫信息，识别报警区域，发出报警信号的住户房门号，监视来访者的情况，还能够向各住户发出呼叫，与来访者可视及遥控开锁等。图1-5 管理中心总机外观图
管理中心总机内存有编码器，具备编码功能，可将住户房门号编为数字码，送到各数字控制器上。编码器对门口机上传来的4位按键信息进行编码后送到系统总线，各室内机再对总线上的数字码进行译码，只有地址码相同的室内机才被系统选定，把视频、音频和控制线端接到系统总线上；而当住户发出呼叫时，室内机将数字码经数字控制器发往系统总线，管理中心总机内存的编码器对数字控制器传来的数字码进行解码后，便显示该住户的房门号。1.2.2 中小型视频监控系统的架构
一般的视频监视系统规模不大，功能也相对简单，但其适用的范围非常广，所监视的对象也不仅仅限于一般的人、商品、货物、车辆，有些系统还需监视天然气罐、加油站的油罐等危险物品，还有些系统则需要对工厂的烟囱及排污管道进行监视。视频监控系统可以自成体系，也可以与防盗报警系统或出／入口控制系统组合，构成综合保安监控系统。一般来说，由于经费和需求等方面的因素，中小型视频监控系统的摄像监视点低于32点。
1．定点监控系统架构
所谓定点监控系统，就是在监视现场安置配接定焦镜头的定点摄像机，再由同轴电缆将视频信号传送到监控室内的监视器的系统。下述为几种常见的定点监控系统。（1）如图1-6所示，为某工厂的简单定点监控系统。其结构是在大门口安置一台摄像机，并用同轴电缆将视频信号传送到厂办公室的监视器上，管理人员即可观察工厂的生产、管理过程。若再装备一台录像机，还可以把监视的画面记录下来，作为管理的重要依据。图1-6 简单定点监控系统（2）含数量较多的摄像机的定点监控系统，还应该采用多路切换器、画面分割器与系统主机进行监视。
①如图1-7所示，为装备在大楼中的安保型定点监控系统，以监视盗窃现象的发生。除在各楼层的12个出口处安装定点摄像机外，还设置了3台四画面分割器和24h实时录像机。图1-7 安保型定点监控系统
②如图1-8所示，为装备于旅馆的定点监控系统。其中，1～6层客房通道的两端各安装一台定点黑白摄像机，加上大门口、门厅、后门、停车场等4个监视点的摄像机，共计16台摄像机，再配置十六画面分割器、普通大屏幕彩电和长时效录像机。图1-8 旅馆定点监控系统（3）随着监视点数的增加，系统规模会变大，若无其他附加设备与要求时，此监控系统仍属于简易定点系统。
如图1-9所示，为某商场的视频监控系统，该商场的营业面积总2计约9000m，一共安装48台定点黑白摄像机，并分为3组，用同轴电缆与各自对应的十六画面分割器、黑白监视器、24h录像机连接。图1-9 某商场的视频监控系统
2．全方位监控系统架构
所谓全方位监控系统，是将前述定点监控系统中的定焦镜头换成电动变焦镜头，并增加可上下、左右运动的全方位云台（云台内部有两个电动机），使每个监视点的摄像机可以进行上下、左右的扫视，其所配镜头的焦距也可在一定范围内变化（监视场景可拉远或推近）。显然，云台及电动镜头的动作需要由控制器或与系统主机配合的解码器来控制。
与定点监控系统相比，全方位监控系统的前端增加了一个全方位云台及电动变焦镜头，其控制室增加了一台控制器。另外，从前端到控制室还需多布设一条多芯（12芯）控制电缆。例如，某小企业的监控系统，其生产车间安装两台全方位摄像机，厂长办公室配置一台普通电视机、一台切换器和两台控制器。当厂长需要了解车间情况时，只需通过切换器选定某一台摄像机的画面，并操作控制器使摄像机全面观察整个监控现场即可，也可以对某个局部进行定点监视。
当然，实际应用中并不完全是每一个监视点都按全方位配置，通常仅在整个监控系统中的几个特殊的监视点才配备全方位设备。例如，在前述的某旅馆的定点监控系统中，也可在监视停车场情况的定点摄像机基础上，通过更换电动变焦镜头、增加全方位云台的方法，升级为全方位摄像机；再在控制室内增加一台控制器，这样就扩大了对停车场的监视范围，既可以对整个停车场进行扫视，也可以监视某个局部，当推近镜头时，还可以看清车牌号码。如图1-10所示，为在某定点监控系统中增加一个全方位监视点的系统结构。图1-10 全方位监视点的系统结构
3．典型视频监控系统架构
当监控各级的全方位摄像机数量达到3～4台以上时，虽用一台4/6路控制器也能实现对全方位摄像机的控制，但所需控制线缆很多，每一路至少需要一根10芯电缆，且由于电缆过长，会导致云台及电动镜头动作迟缓甚至无响应，整个系统将显得零乱。这时，就应该考虑使用小型系统主机。一般情况下，整个系统的造价会随着使用系统主机而上浮，因为系统主机的造价比普通切换器高，与之配套的前端解码器的价格也比普通单路控制器高一些。但从布线上考虑，各解码器与系统主机之间是总线方式连接，因此，系统中的线缆只需要一根两芯通信电缆连接。另外，集成式的系统主机大都有报警探测器接口，可方便地将防盗报警系统与视频监控系统整合于一体。当有探测器报警时，该主机还可自动地将主监视器画面切换到发生警情的现场摄像机所拍摄的画面，如图1-11所示。由于此系统比较完整地包括视频监控系统的标准配置，因此，形象地称它为典型视频率监控系统。图1-11 具有系统主机的典型视频监控系统结构1.2.3 大型视频监控系统的架构
由于需要监控的范围和内容增加，大型视频监控系统的监视点的数量也会相应地增加，除包含有大量的全方位监视点外，还常常与防盗报警系统集成为一体。因为汇集在中心控制室的视／音频信号增多，所以需要多种视／音频设备进行组合，很多系统还需要多个分控制中心（或分控点），因此，系统相对庞大。
1．大型视频监控系统的概念
按基本的原理，大型视频监控系统与中小型视频监控系统是一样的，这里所谓的“大型”有两个意义，如下所述。（1）系统的规模大
由于需求所至，一般前端摄像机与中心控制端设备的数量都很多，中心控制端的场面也很庞大，而且还要求拥有巨大的监视墙，以同时显示出大小不等的几十个实时监控现场图像。此外，还设有很多相关分控系统，甚至联动消防喷淋、防盗报警、门禁刷卡及公共广播（背景音乐）等设备，所以其造价一般都为几百甚至上千万元左右。（2）系统施工作业难度大
由于该系统的结构非常复杂，因此工程难度高，作业难度大，传输条件与环境条件恶劣，仅仅十几个点的监控系统比超市、写字楼的几十甚至上百个点的监控系统的作业难度还大，有的系统还要求为将来的网络多媒体系统预留接口，或者要求采用综合布线方式对其传输部分进行施工。这就进一步增加了系统的施工作业难度。
2．多主机、多级视频监控系统架构
传统的视频监控系统基本上采用单台主机，即使是大型系统，也不过增加摄像机与分控系统的数量。但对于某些特殊应用场合，单台主机加若干台分控器的实现方法无法满足需求。例如，某大型综合学校的监控系统，在每一个相对独立的教学区（教学楼）都安装了一套视频监控系统，各教学区内有独立的监控室，管理人员可以对本系统进行任意操作控制。而整个学校还建立了一个大型监控系统，将各教学区的子系统组合在一起，并设立大型视频监控中心，在该中心可以任意调看某一教学区中某一个摄像机的图像，并对该摄像机的云台及电动变焦镜头进行控制，即由各教学区的多台主机共同组成大型视频监控系统。
如图1-12所示，为多主机、多级视频监控系统的应用实例。图1-12 多主机、多级视频监控系统
图中，各主机的内部结构和工作原理相同，故相对于普通的矩阵主机而言，此种多主机系统的各个主机都增加了地址标识码，以供应上一级主机选调，各摄像机摄取的图像则由二级及二级以上切换，再选调到主控制中心的监视器上。
3．视／音频监控系统架构
某些视频监控系统（如收费站与银行的监控系统），需对现场声音进行监听。这样整个系统的结构，实际上是由图像和声音两部分构成。由于增加了声音信号的采集子系统，所以系统的规模相当于比纯定点图像监控系统增加一倍，且在运行中还需实现视／音频信号同步。虽然对于摄像机、录像机、监视器的一对一结构而言，仅需增加监听头与音频线，即实现视／音频信号的同步显示、监听和记录，然而对于带切换监控的系统来讲，多路声音同时输出时，人耳是无法分辨的。在实际中，有以下两种方法可解决这个问题。（1）多路图像信号共用一路声音
某收费站的监控系统，以4路图像信号进入四画面分割器，其输出接至录像机及监视器，再用一个高灵敏监听头同时拾取4个收费柜台的声音信号，不经四画面分割器而直接进入录像机及监视器，如图1-13所示。这种方法的特点是简单、成本低（用的是普通四画面分割器），但由于监听头距4个收费柜台的距离并不相同，对各柜台声音的拾取强度也不相同，因而不论观察哪路图像，会同时听到4个柜台发出的声音（且每个柜台的声音有高有低），仅能通过图像来辨识该路图像所对应的声音。为了解决这个问题，需在每个柜台都安装监听头，再将其输出的信号混合起来作一路信号用。但实际应用中，4个柜台并不全都在交易过程中同时发出同样的声音，且也有男／女声、粗／细声的多种不同声纹特征，因此多路声音是比较容易辨识的。图1-13 低成本全方位监控系统（2）采用4路声音功能场切换器
为满足银行柜员制监控系统的需求，有的公司研制生产了4路声音功能场切换器，它具有4路声音接入功能，所以可把其看成一种可同时监视并记录4路图像／声音的方法。然而，4路声音功能场切换器并不能单独处理并输出4路声音，而是将输入的第1、2路声音混合以L（左）声道输出；将第3、4路声音混合以R（右）声道输出。因此，相对于前一种方法，4路声音功能场切换器只是将输入的4路声音两两混合，而且，还必须在记录时用拥有立体声记录功能的录像机。在监视／录像回放时，也必须使用具有立体声接口的监视器，不然的话，输出的L/R声道声音信号，为方便使用单声道监视器／录像机的监视与记录，将被迫再一次混合为一路。
在实际应用中，调节各声音输入电位器，可有选择地监听某路选定的声音，若将其输出并记录在磁带中，回放时便只能通过左、右声道的“二选一”功能去监听1、2路或3、4路的混合声音。如果是以混合方式将其记录在普通磁带上，回放时则只能同时听到4路混合的声音了。
现在，数字硬盘录像机（DVR）的出现，能够将多路图像、声音信号同时记录在同一硬盘中，这是靠画面分割器与切换器无法解决的难题。因此，我们可采用嵌入式硬盘录像技术来改造传统的视频监控系统，有关的实例详见第7章。1.2.4 基于网络的视频监控系统的架构
现在，伴随着计算机的普及，网络通信技术步入实用化阶段，并随着DSP图像压缩处理、传输技术及MPEG-4数字标准的应用，视频监控系统也进入了崭新的数字化时代，出现了基于网络技术的数字视频监控系统。
为方便大家学习，把基于网络技术的数字视频监控系统大体分为两种，一种是基于局域网的数字视频监控系统，另外一种是基于广域网的远程数字视频监控系统。
1．基于局域网的视频监控系统架构
从系统的物理结构看，同一区域内或不同区域间的不同类型的网络终端设备，都已通过上述不同种类、不同规模的网络实现了物理连接，这也是基于网络的视频监控系统的物理基础。各独立的视频监控设备通过嵌入式网络接入设备，也可以通过联网的计算机接入网络，监控摄像机的图像则可以通过网络、以数字流媒体的形式传输到控制中心或其他授权的分控计算机，而从控制中心或分控计算机发出的控制指令也可以通过网络传输到监控前端的各受控设备。
基于局域网的数字视频监控系统如图1-14所示，在任一监控站点上，各路摄像机、监听头、报警探头、解码器等前端设备都连接到该站点的本地数字网络监控主机上，并通过该主机连接到局域网上。这样，除了作为主控的本地数字网络可以监视、监听该站点的图像、声音并对各前端设备实施控制外，局域网上的其他计算机也可以监视该站点的各路图像、声音，并对各前端设备实施控制。图1-14 局域网数字视频监控系统
2．基于广域网的远程视频监控系统架构
其实现方法有两种，一种是利用因特网，使用任何一台授权分控计算机通过互联网络，借以实现对整个大型网络监控系统的远程监控。另外一种方法是，通过授权分控的计算机直接由MODEM，经过光纤主干，ADSL，DDN，Ddn和卫星接入等无线网桥专线直接访问选定站点的监控主机，这样，就构成了基于广域网的远程数字视频监控系统，其基本架构如图1-15所示。图1-15 广域网远程数字视频监控系统【本章小结】本章对视频监控系统在技术安防体系中的地位与作用，以及电视与视频监控系统的关系进行了阐述；介绍了欧美视频监控系统的现状与我国视频监控系统规范；从三个方面分析了视频监控系统的数字化进程；还在技术层面上使大家认识到视频监控系统的现状与未来发展的方向；最后剖析了各种视频监控系统的基本架构。通过上述学习，使大家从地位、作用、应用现状、数字化发展方向及各类型系统架构上对视频监控系统有一个感性的认识，为进一步的学习打下良好的基础。复习思考题1
1．视频监控系统在技术安全防范体系中的作用是什么？它与电视技术之间的关系如何？
2．请阐述视频监控系统的现状，有哪几个方面表现出它的数字化发展方向？
3．楼宇可视对讲监控系统有哪两种类型？画图分析它们各自的架构与原理。
4．什么叫定点监控系统？画图分析它们各自的架构与原理。
5．什么叫全方位监控系统？画图分析它们各自的架构与原理。
6．为什么说具有系统主机的监控系统是典型监控系统？它与前面几种监控系统相比在架构上有什么特点？请画出具有多级主机的典型监控系统架构图。
7．在视／音频监控系统中，视／音频的共同传输有哪两种方法可以实现？请表述具体方法。
8．什么叫基于局域网的视频监控系统？什么叫基于广域网的远程视频监控系统？
9．根据所学知识，自己动手设计简易的视频监控系统（注意前端设备及中心控制设备是否配置齐全、线缆数量是否齐全）。
10．与题9的要求相同，通过选用不同的中心控制设备、传输方式，设计出三种不同的变形方案。第2章前端设备【本章导读】本章将详细分析视频监控系统前端的镜头、摄像机、云台（含防护罩等辅助设备）的架构与原理，并对系统应用时的设置、调试、维护及日常故障的处置进行介绍。本章中有关图像、声音传感器、镜头（含光学系统定量分析）及其参数等内容，由于技术适用程度问题，把它们放在电子教学参考资料包中，如需要进一步学习请参阅电子教学参考资料包。2.1光学成像
把现实空间的物体成像于图像传感器件的感光靶面中，即所谓的光学成像。首先应该先了解光学成像的过程。2.1.1 光学成像原理基础
光学成像指通过光学把现实空间的物体成像在图像传感器件的感光靶面上。怎样才能在图像传感器的靶面上获得清晰的物像呢？这就涉及到光学成像的过程原理。一般，通过合理的设计（包括合理选择镜头的各项参数并考虑物体的照明条件、聚光方式、光学系统的传输损失、像面照度的计算方法等有关辐射度学方面的问题），可使该像的位置、尺寸、清晰度、物像光强度等符合实际应用场合的技术条件。2.1.2 光学成像过程
如图2-1所示，为物体的光学成像过程，即将各种不同形状、不同介质的反射镜、透镜及棱镜按一定的方式组合起来，使由空间的物体发出的光线通过这些光学零件的透射、折射、反射，按人们的需要改变传播方向后，为接收器件所接收。这些光学零件的组合称为光组，又称光学系统。图2-1 光学成像2.1.3 光学系统基础知识
理想光组是指光组能在任意大的空间内、用任意宽的光束成完整的像。
1．理想光组的基本性质
理想光组的基本性质主要有如下三个。（1）点成点像
如图2-2所示，图中的点A与A′、B与B′一一对应，即对于物空间的任何一个点，在像空间中必有一个点与之对应，而且只有一个点与之对应。通常把这两个对应点称为共轭点。图2-2 凸透镜成像（2）线成线像
如图2-2所示，图中的线AB与线A′B′一一对应，即对于物空间的任何一条直线，在像空间中必有一条直线与之对应，而且只有一条直线与之对应。通常把这两条对应线称为共轭线。（3）对称轴共轭
物空间和像空间存在着唯一的共轭对称轴。当物空间内某点A绕该空间内的对称轴旋转任意一个角度θ时，其共轭像点A′也必绕像空间的相应的对称轴旋转同样的角度θ。通常把这一对共轭的对称轴称为光轴。
通过对上述三点基本性质的认识，还可得到以下推论：
①如果A、B两点分别与A′、B′共轭，那么直线AB同样与直线A′B′共轭；
②同心光束经理想光组变换后，还是同心光束；
③物空间的任何一个平面通过理想光组变换后，在像空间的共轭图像也必为一个平面；
④如果物空间内的平面垂直于光轴，那么其共轭像平面也必垂直于光轴；
⑤理想光组一对共轭面的横向放大率是一个常数，与物高无关。
2．理想光学系统的基本点、面
理想光组物空间的点与像空间的点是相互对应的，如果知道理想光组的焦点、主点、焦面、主面和节点等基本点、面参数，便可根据物体的位置与大小，通过作图或运算求出像的位置与大小。（1）焦点和焦面
理想光组的焦点有像方焦点与物方焦点之分。像方焦点指与光轴上无穷远的物点共轭的像点，记作F′；物方焦点指与光轴上无穷远的像点共轭的物点，记作F。
如图2-3所示，过像方焦点F′且垂直于光轴的像平面称为像方焦面。像方焦面的特性是：自物方无穷远的轴上的点或轴外点发出的平行光束，经理想光学系统后，必会聚于像方焦点F′处或像方焦面上的一点B′。图2-3 像方焦点、焦面示意图
反过来讲，由物方焦点F或物方焦面上一点B发出的光束，经理想光学系统后必定是一束与光轴平行或与光轴有一定倾斜角的平行光束，如图2-4所示。图2-4 物方焦点、焦面示意图（2）主面与主点
图2-3与2-4中的HQ和H′Q′平面即为主面。主面指的是横向放大率（像高与物高之比）为1的一对共轭面。两图中，物平面HQ为物方主面，像方主面指像平面H′Q′。物方主点是指主面HQ与光轴的交点H，像方主点是指像方主面H′Q′与光轴的交点H′。由图可知，两个主点H与H′和两个主面HQ与H′Q′均彼此共轭。（3）焦距
如图2-5所示，焦距是指主点到焦点的距离。其中，物方主点H到物方焦点F之间的距离称为物方焦距，记为f；像方主点H′到像方焦点F′之间的距离称为像方焦距，记为f′。焦距f和f′均为代数量，分别以主点H、H′为起点计算到焦点F、F′的距离，以光线传播（从左向右）的方向为正，从右向左为负，图中f值为负，f′值为正。图2-5 物方焦距与像方焦距示意图
如果用F，F′，H和H′的相对位置来确定物像变换特性，那么，我们可通过作图与计算的方法，求出像的位置和大小。
3．理想光学系统的物像关系
理想光学系统的物像关系，既可以通过作图法来求解，也可以通过解析法来求解。这里，只要清楚其求解的途径即可，具体的求解方法见电子教学参考资料包。（1）理想光学系统的作图求像
如图2-6所示，此方法简单、直观，而相比之下，解析分析方法的计算结果较精确。图2-6 理想光学系统的作图求像示意图（2）理想光学系统的解析求像
解析求像就是对于给定的理想光学系统，依据物点的坐标，通过计算来确定像点的坐标。由于坐标系取法的不同，描写物像对应关系的数学形式也有所不同。
物像公式主要有以焦点为坐标原点的物像公式（牛顿公式）和以主点为坐标原点的物像公式（高斯公式）。
4．光学系统的放大率
由于共轴理想光学系统只是对垂直于光轴的平面所成的像才和物相似，所以绝大多数光学系统都只对垂直于光轴的某一确定的物平面成像。为了进一步了解这些确定的物平面的成像性质，应该从轴向放大率、横向放大率、角放大率三个方面对光学系统的放大率作进一步的分析（详见电子教学参考资料包）。
5．光束限制
光学系统中限制光束的因素主要有光阑、渐晕、焦深和景深等。（1）光阑
光阑由光学零件的镜框或加入专门的带孔金属板等构成，其对称中心一般都在系统的光轴上。在实际光学系统中，只可能在一定空间和一定光束孔径范围内构成满意的物体像。因此，必须在光学系统中采用光阑，以限制成像空间和光束孔径。
光阑的作用是改善系统的成像质量，决定通过系统的光能，拦截系统中有害的杂散光等。按用途，光阑可分为视场光阑、有效光阑、消杂光光阑等。
①视场光阑
视场光阑用以限制系统的成像范围。其对前方系统所成的像称入射窗，对后方系统所成的像称出射窗。
②有效光阑
有效光阑用以限制轴向成像光束孔径的大小，也称孔径光阑。其对前方系统所成的像称入射光瞳，如图2-7所示。轴外物点B和入射光瞳中心Z的连线称主光线。对于目视光学系统，其最大视场的主光线在像方与光轴的交点处，称为眼点。眼点距离是指眼点到目镜最后一个表面的距离。图2-7 有效光阑示意图（2）渐晕
渐晕是一种光学现象，是指除入射光瞳外，还会有其他光阑的物方的像使轴向光束孔径减小。有关渐晕系数的定量分析详见电子教学参考资料包。（3）焦深
实际光学系统矫正像差后，除在理想成像面上可获得清晰的像外，还常把理想波面的参考点沿轴向离焦，使波差不超过λ/2（由-λ/4到λ/4），此时，也能得到清晰的像，其所对应的离焦量称做焦深，用2δ表示。（4）景深
如图2-8所示，摄像机的镜头（少数只对一个平面成像的光学系统除外）一般都要求对一定深度的空间成像，即光学系统应能使距镜头不同距离的各空间物体同时在像平面上成清晰的像。这就引出了空间物体在平面上成像的清晰度问题，即景深问题。图2-8 景深示意图
图2-8中，A所处的平面为基准物平面，分别位于A物平面前、后1212的A物平面和A物平面处的空间物体B和B经光学系统后，分别成像11在和像平面上。其中，A物平面上的B点的像点对应像平2面上的点，并在基准像面A′上形成光斑Z′。同理，A物平面上的2B点的像点对应像平面上的点，也在A′上形成光斑Z′′。如果光12斑直径很小，那么A、A物平面上的物点在像平面A′上成的像，仍然可以认为是清晰的。把能在基准像面上获得清晰像的物空间深度（即12A和A之间的距离）称作系统的景深。系统成像的清晰与否是主观的相对概念，必须有标准才有意义，这个标准就是像平面上允许的最大光斑Z′。景深范围就是在一定光斑直径下求得的。
由此可知，容许的光斑直径Z′的大小与光学系统接收器（人眼、感光乳剂、光电器件等）的分辨率有关，也与成象的清晰度要求有关，清晰度要求低则允许的Z′大，景深就越大。
此外，照相物镜的相对孔径和焦距与景深有关。对照相物镜来说，l≫f′，式（2-1）可近似写成式中，D/f′为照相物镜的相对孔径。从式（2-2）可知，相对孔径越小（即光圈越小），则景深越大；在D/f′相同的条件下，焦距f′越小（如短焦距的广角镜头），则景深越大。
6．分辨率
分辨率是光学系统的一个重要性能指标，指光学系统刚好能分辨
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