厂区数字视频监控系统设计方案

前言：

发一篇数字视频监控系统方案，适合新手学习！

正文：

一、项目概述

厂区监控主要应用于厂区道路监控，厂区办公区域监控。本项目中监控产品的应用主要考虑厂区周界、主要出入口、办公楼走廊、电梯的安全防范工作，通过安防监控系统和厂区安保人员共同保证厂区的安全。

二、项目需求

此工程监控项目建设一套网络视频监控系统，监控中心位于一层监控室。主要对厂区出入口、厂区道路、办公楼走廊、电梯以及室外周界等重要保护区域进行实时的视频监控，预防各类案件的发生，并对各个监控区域进行全程的录像，为日后的事件取证提供一个有力的依据。录像的分辨率要求标清和高清并存，录像资料需保存30天。

2.1设计思路

本方案主要设计思路如下：

n采用全数字网络方案设计，前端监控设备网络高清摄像机，其中主要出入口采用网络标清枪式摄像机，楼层走廊及电梯区域采用网络标清半球摄像机，室外采用网络标清室外快球摄像机，周界采用网络高清红外一体化摄像机；

n采用集中存储的方式，录像资料统一保存在监控中心专用存储设备中；

n采用24小时实时录像方式，录像资料可以保存30天；

n监控中心部署电视墙，对重要区域在不同的屏幕上显示，视频上墙采用软解码的方式；

n通过网络软件管理平台实现对整个视频监控系统的进行统一管理；

2.2设计依据

按国家或地方批准发布的相关法令、法规，并遵循下述标准设计网络视频监控系统。

n安全防范工程技术规范（GB50348-2004）

n视频安防监控系统工程设计规范（GB50395-2007）

n民用闭路监视电视系统工程技术规范 （GB50198-1994）

n视频入侵报警器（GB15207-1994）

n报警图像信号有线传输装置（GB/T16677-96）

n安全防范工程程序与要求（GA/T 75-1994）

n视频安防监控系统技术要求（GA/T 367-2001）

n安全防范工程费用概预算编制办法（GA/T 70-1994）

n民用建筑电气设计规范（JGT/T16-92）

n工业电视系统工程设计规范（GBJ115-87）

2.3设计原则

由于要建立一套视频监控与管理综合的应用系统，在此工程网络视频监控系统中，将采取完全基于IP网络视频监控管理方案，在系统规划设计中注意了以下一些问题：

1）注重性价比

IP网络视频监控管理方案的前端采用标准化、可扩展、可升级的硬件设备，可一次投入，反复利用。由于采用了通用的TCP/IP协议进行传输，前端设备除了用于视频采集应用外，还可以为其它的应用系统提供标准的网络视频信息，实现一物多用，从而使总体系统具有很高的性能价格比。

2）管理灵活与严谨并重

系统采取集中管理与控制，提供分布式多级远程集中管理、控制管理机制，以数字中控矩阵服务器为核心，支持C/S运行模式，有效的进行扁平化、多层次的权限管理，彻底解决管理机构复杂，多人多层次权限控制的问题。通过网络传输，用户可以通过视频监控管理工作站，可以实现对已授权的视频信息进行实时观看或回放图像，并可进行远程PTZ控制。

3）可用性和可靠性

系统所选设备均是先进、成熟、可靠的产品，用户操作管理简单，易学易用。产品不仅可靠，并且实现了对传输线路及自身的问题进行监测并报警通知用户。数字化的前端设备，可进行远程的配置和重启；智能化的应用模块均具有系统自愈功能，大大提高了系统的可用性和可靠性。

4）系统的标准化和开放性

数字网络视频监控系统要求实现在音视频应用系统上的图像、声音、数据传输和共享。本系统采用的硬件产品均遵循网络协议和传输标准的要求。整个系统每一个环节都十分重视系统的开放性，从各职能以及各显示终端，其网络协议都采用标准的TCP／IP协议。

5）系统可扩展性

从前端设备、功能模块到软件系统的规划，整个系统的各个部分都非常重视其扩容和升级能力。

此工程监控项目网络视频监控系统的视频前端设备使用模块化的IP智能采集单元，只要有网络的环境，可随处增加视频采集点，为将来扩容留下了充分的余地。

在系统服务器的配置中，以实践经验为主导，以客户利益为立场，“没有最好，只有最合适”，提出了有特色的高性价比设备配置方案，以保证系统持久的生命力

。系统还为新的数字设备和压缩格式预留有接口，使系统的升级、扩展能更贴合用户的实际需求。

三、系统架构

3.1系统架构概述

网络视频监控系统由前端数据采集层、数据传输层、控制管理层、视频应用层四个部分组成。数据采集层由网络摄像机或模拟摄像机+编码器的方式组成，主要负责获取视频图像。数据传输层由网络交换机及传输线缆组成，其中网络交换机负责数据交换。控制管理层由集中管理服务器与视频监控管理工作站组成，通过对视频监控管理工作站设置不同的权限，实现对不同权限的用户管理。视频应用层由存储转发服务器、解码服务器组成，主要负责制图像转发、存储及视频输出。

3.2系统拓扑图

根据客户需求和此工程监控项目网络环境，网络视频监控系统由前端摄像机采集系统以及后端监控中心管理系统组成。如下图：

监控中心是整个管理系统的核心部分，负责对于事件进行最高权限的处理，前端采集的信息通过专用网络上传至监控中心，监控中心通过配备了大容量、高安全性的存储服务器进行信息存储，采用集中式存储，支持丰富的存储策略，信息更加安全。支持丰富的显示策略，可设置多种图像的组合方式，可以即时显示系统中任意一路监控图像。

四、前端系统设计

4.1监控点设计

监控点部署依据

摄像机的部署严格遵循系统设计的实用性、可靠性等原则，主要对以下区域进行实进监视：

n主要进出口

²在进出口，监控人员进出情况及室外环境监控

n电梯间

²电梯轿厢作为重要出入口，主要监控进出人员及所去的楼层号，对预防犯罪和犯罪取证有着至关重要的作用。

n在各楼梯口、电梯厅、楼层走廊

²主要对进出人员实时监控

n厂区道路及室外周界

²厂区道路监控，周界围墙监控。

摄像机选型

前端设备以网络摄像机为主，其中室外摄像机配有自动光圈镜头、支架、护罩立杆、防雷等部件，主要负责各个监控点现场视频信号的采集，并将信号传至监控中心。

前端摄像机是整个安全防范系统的原始信号源，摄像部分的好坏及它产生图像信号的质量将影响整个系统的质量。监控的区域不同，采用的摄像机也不同。在视频监控系统中，前端摄像机的选型原则如下：

n室外及周界

²摄像机主要针对大场景区域，由于摄像机处于逆光环境下，为了避免图像受光线影响变得过亮或者过暗，采用宽动态的快球摄像机可以看清进出人员的面貌及室外的场景。周界因光线比较暗故采用高清红外一体化摄像机

n在各楼梯口、楼层走廊

²考虑到此处人流量较大及现场美观，因此在采用半球摄像机，配以小焦距镜头可获取良好的视频图像，根据走廊特点采用3mm定焦镜头。

n厂区道路

²考虑夜晚光线问题，设计采用彩转黑半球摄像机，白天彩色监视，夜晚借助其它灯光转为黑白监视，实现24小时实时监视。镜头采用2.8-8.2mm光学变焦镜头，根据现场不同的监控范围调整镜头焦距。

五、监控中心设计

5.1监控中心架构

监控中心视频监控系统主要由集中管理服务器、网络存储服务器、电视墙服务器、网络平台管理软件、存储系统、视频监控管理工作站组成。

存储服务器是整个监控系统的核心，通过平台管理软件控制管理整个系统的正常运行，提供各部分功能服务；集中管理服器对存储服务器的配置管理，存储每台网络存储服务器的配置信息；电视墙服务器将前端网络视频图像解码，解码后的图像进入电视墙上的监视器上或大屏显示系统上，用于实时显示视频图像；视频监控管理工作站是用户操作的终端系统，通过操作视频监控管理工作站实现用户需要的功能；存储系统实现对前端网络视频信号的集中存储。

5.2电视墙的设计

电视墙布局

监控中心设有一套电视墙，可通过视频监控管理工作站对电视墙上的视频进行任意切换显示；一台视频监控管理工作站可对全局电视墙进行统一切换控制、统一调度；支持单路切换/全视图整体切换，满足客户快速切换需求；通过电视墙可直观的观看现场所有监控图像，管理人员对于日常信息进行快速反应，使管理更加层次化，简单化。

5.3存储规划设计

存储架构

本方案采用集中存储的方式，将前端网络摄像机24小时实时录像存入网络存储服务器中或磁盘阵列中，存储架构如下图：

存储特点

n低成本实现监控数据的集中化存储和统一管理，可靠而稳定。

n录像数据查询效率高，可以实时地调出需要的数据。

n支持RAID技术，保障了存储数据的安全性。

n采用虚拟阵列存储的方法，使得存储能自动均匀分到各个磁盘中，写入速度成倍增长；

存储计算方式

每路摄像机24小时实时录像、存储1天的计算公式为：

容量（GB）＝路数×码流（Mbps）×3600秒×24小时÷8÷1024

n对于高清网络摄像机存储计算方式

²单路高清摄像机存储容量

按4Mbps码流计算，24小时实时录像，单路摄像机存储1天的数据容量计算公式为：

单路高清存储容量＝1路×4Mbps×3600秒×24小时÷8÷1024

≈42.2GB

²单路标清摄像机存储容量

按2Mbps码流计算，24小时实时录像，单路摄像机存储1天的数据容量计算公式为：

单路高清存储容量＝1路×2Mbps×3600秒×24小时÷8÷1024

≈21.1GB

²图像分配及存储容量

项目中共有15路高清视频，145路标清视频。其中采用1台网络存储转发服务器最多可以接入管理64路标清/32路高清视频图像，接入摄像机数量规划为：15路高清和30路标清视频图像，另采用一台网络存储转发服务器最多可接入管理128路标清/64路高清视频图像，接入摄像机数量规划为： 115路标清视频图像.所有录像资料需要保存30天，所需存储容量为：

接入第一台存储转发服务器（接入管理64路标清/32路高清视频图像）前端设备所需存储容量：

高清存储容量（TB）＝路数×单路存储容量×保存天数÷1024

＝15路×42.2GB×30÷1024

≈18.5TB

标清存储容量（TB）＝路数×单路存储容量×保存天数÷1024

＝30路×21.1GB×30÷1024

≈18.5TB

接入第二台存储转发服务器（接入管理128路标清/64路高清视频图像）前端设备所需存储容量：

标清存储容量（TB）＝路数×单路存储容量×保存天数÷1024

＝115路×21.1GB×30÷1024

≈71TB

²考虑安全及冗余措施

存储容量共108TB的存储容，考虑硬盘格式化损失10%；考虑10%-20%的存储冗余，按20%来冗余来计算，所需存储容量为：

存储容量（TB）＝（18.5TB+18.5TB+71TB）÷90%÷80%

≈150TB

存储设备配置

共有15路高清摄像机及145路标清采用2台网络存储转发服务器，一台存储服务器负责15路高清及30路标清视频图像的存储及转发，另一台存储转发服务器负责115路标清视频图像的存储及转发。共需磁盘总容量为150TB，故需2T硬盘75块，一台磁盘阵列有16个盘位（每个盘位支持2T容量的硬盘），共需75÷16≈5台磁盘阵列；考虑做RAID5每台存储服务器损失1块硬盘，故损失5台×1=5块硬盘，综上硬盘总数量需要75+5=80块。

n系统所需存储转发服务器台数为：2台；

n系统所需总存储容量为：80块2TB硬盘；

5.4网络规划及设备

网络规划概述

建议为监控系统建立一个专用局域网。每层摄像机视频信号通过百兆链路直接接入每层弱电间里的交换机。接入层交换机通过千兆上连到监控中心的交接机。网络存储服务器、集中管理服务器、电视墙服务器分别以千兆链路与中心交换机相连。

薛哥总结：

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科普篇 工业检测镜头介绍

镜头作为工业相机的眼睛，是机器视觉系统中的一个关键组件,将目标物体的图像聚焦在相机的光敏器件上。系统所处理的所有图像信息均需要通过镜头得到，镜头的质量和选型直接影响到视觉系统的整体性能。

工业镜头成像原理

镜头等同于针孔成像中针孔的作用，不同之处在于，一方面镜头的透光孔径比针孔大很多倍，能在同等时间内接纳更多的光线，使相机能在毫秒到秒级获得适当的曝光；另一方面，镜头能够聚集光束，可以在相机胶片上产生比针孔成像效果更为清晰的影像。

工业镜头构成

工业镜头主要参数

1、焦距

指从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。镜头焦距的大小决定视场角的大小、拍摄距离、成像范围和景深，常用焦距有8、12、16、25、35、50等。

2、光圈

一个用来控制光线透过镜头，进入相机感光面光量的装置，可以通过加入多边形或圆形，且面积可变的孔径光栅来控制镜头的通光量。

3、分辨率

指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力,在像平面以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位，分辨率越高的镜头成像越清晰。

4、放大倍数

指图像大小与物体大小之比，CCD/FOV,即芯片尺寸除以视野范围。

5、最小工作距离

镜头能够对焦清晰的最小工作距离。

6、景深

在被摄物体聚焦清晰后，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离称为景深。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化，与光圈、焦距成反比，与距离拍摄体成正比。

7、视野范围

相机实际拍到区域的尺寸。

8、数值孔径

数值孔径与与分辨率和放大率成正比，数值孔径越大,分辨率越高。

9、后背焦

指相机接口平面到芯片的距离。在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时,后倍焦是一个非常重要的参数,直接影响镜头的配置。

10、接口

镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。

11、畸变

畸变是镜头在成像时，特别是用短焦镜头拍摄大视场，图像产生的形变。拍摄场景越大，所用镜头焦距越短，畸变程度越明显。

工业镜头分类

1、以焦距分

短焦距镜头：入射角较款，视景宽阔。

中焦距镜头：标准镜头，50mm。

长焦距镜头：入射角较窄，适于远距离监视电动变焦距镜头：通过遥控装置进行光对焦，光圈开度改变焦距。

2、以放大倍率是否固定分

远心镜头：在一定物距范围内得到的图像放大倍率不会变化。

非远心镜头：普通FA镜头。

3、以视场分

标准镜头：视角30度左右，焦距长度接近相机画幅对角长度的镜头。

广角与超广角镜头：视角55度以上，标准镜头<焦距<视角。

变焦镜头：成像清晰的前提下，通过镜头焦距的变化改变视场大小。

鱼眼镜头、反射式镜头、微距镜头、针孔镜头等。

4、以远心类型分

双远心工业镜头、像方远心镜头和物方远心镜头。

5、以接口分

常用包括接口C、CS、F 、V、T2、徕卡、M42、M50等。

工业镜头选型参考

1、 镜头可支持的最大CCD尺寸 应大于等于选配相机CCD芯片尺寸。

2、焦距 的选择，通过相机CCD尺寸、工作距离和视野,计算出所需镜头焦距，并选择视野范围比观测范围稍大的镜头。

3、 镜头光圈 的选择，光圈大小决定图像的亮度,在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中,应该选用大光圈镜头,以提高图像亮度。

4、远心镜头 的选择，远心镜头可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化。

5、 确定C接口/CS接口 ，C接口距离17.5mm，CS接口12.5mm，避免无法合焦。

6、 根据感光器件 大小选择镜头，如2/3寸感光芯片要选择对应成像的镜头，否则容易出现暗角。

7、景深与光环境配合 ，光线充足，配备光源照射的可以选用小光圈，加大景深，提高拍摄清晰度，光线不足的选择大光圈或采用高感光度的感光芯片。

视觉工业检测系统已经在工业生产中必不可少，其中工业相机镜头对于捕捉产品的瑕疵缺陷是很重要的环节也是非常重要的元器件，系统若想完全发挥其功能,镜头必须要能够满足要求才行。

“芯算一体”能够深度理解客户需求，结合多年行业经验，从多方面综合考虑选择合适的相机镜头，使整个系统能够完美高效的运行。

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