高速球的结构原理及测试方法

　　高速球是摄像机的一个类别，根据自动化发展的需要，集成并拓展了镜头、云台、普通摄像机等功能的一体化摄像机，因为其外形类似球形，而且早期产品转动的速度比较快，所以称之为高速球。高速球是监控系统最复杂和综合表现效果最好的摄像机前端，制造复杂、价格昂贵，能够适应高密度、最复杂的监控场合。

　　高速球的结构及原理

　　高速球是一种集成度相当高的产品，集成了云台系统、通讯系统、和摄像机系统，云台系统是指电机带动的旋转部分，通讯系统是指对电机的控制以及对图象和信号的处理部分，摄像机系统是指采用的一体机机心。而几大系统之间，起着横向的连接的是一块主控核心cpu和电源部分。电源部分通过与各大系统之间供电，很多地方是采用的二极管、三极管等微电流供电，而核心cpu是实现所有功能正常运行的基础。

　　高速球的原理实际上大致就是以上所说的，而具体来说，高速球采用“精密微分步进电机”实现高速球的快速、准确的定位、旋转。所有这一切都是通过cpu发给的指令来实现的。然后将摄像机的图象、摄像机的功能写进高速球的cpu，实现在控制云台的时候，将图象传输出来，并且能将摄像机的很多功能，例如白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等功能同时实现控制。

　　一般高速球都分为球心部分、外壳部分及配件部分。任何厂家的高速球，都有一个用机架把包一体机机心、控制解码主板和电机云台系统的统一起来的球心部分，然后球心部分跟外壳用螺丝或者别的方式连接起来，球心是核心部分，外壳一般有多种外观，比如派尔高外观、松下外观、和自己设计的外观。外壳一般都是采用铝合金，也有塑料的，铝合金的一般又分为铸造和冲压的两种外壳。铝合金的比塑料的好，冲压的比铸造的好。下外壳是透明罩部分，透明罩必须采用光学透明罩，才能保证通光率和图象无变形，同时还要考虑防老化、防破坏、防尘等问题。配件部分一般包括支架部分，加热器部分，扇热部分。支架包括壁装支架、吊杆支架、表面贴装吸顶、嵌入式吸顶不需要支架，一般室外球都装有扇热的装置，而加热装置只有在严寒地区才选装，室内球原则上没有扇热和加热部分。配件还包括电源，一般用的都是24伏2到3安电流的变压器供电。

　　高速球有几个主要的硬件部件，首先是电机，然后是滑环，然后是电源部分和控制主板。传动的皮带也很重要。

　　高速球的通讯问题还有就是涉及到通讯协议和通讯方式的问题，通讯协议是指高速球跟主机系统相通讯时候，选择的通讯协议，比如pelco、曼码、松下、菲利普协议等。通讯方式是指这些通讯协议采用什么方式来进行通讯，比如485通讯方式、232通讯方式、422通讯方式、同轴视控通讯方式，一般来讲，高速球都采用485通讯方式，而通讯协议各个不同厂家不同。[nextpage]

　　高速球的功能特点

　　高速球有几个最基本的功能，第一是运行速度快、第二是运行平稳、第三是定位精确。

　　1、 高速功能：要求预置位速度强调快，基本达到250度/秒以上;第二手控速度强调平稳，控制灵敏灵活，不能过快，不能生硬，支持变速。

　　2、 预置位功能：必须带有64个以上的预置位，同时要求预置位必须准确，断电后也能记忆该预置位。

　　3、 巡航扫描：必须可以设置高速球能在各个预置位之间巡航扫描功能。

　　高速球还有有些高级功能：

　　1、 轨迹记忆功能：要求高速球能记忆多条任意的轨迹路线，同时能将轨迹路线通过设置进行调用。

　　2、 菜单显示功能：能够显示一个完善的操作菜单，通过菜单进行对运行速度、预置位停留时间、运行模式等的修改，通过菜单能进行摄像机参数的修改，以及编程，自动跟踪、隐私遮蔽等功能。

　　3、 自带报警输入输出：在高速球上加一个报警输入输出模块。

　　4、 网络高速球，光纤高速球：在高速球里再集成网络视频服务器模块或者光端机模块。

　　高速球与球型云台、中速球、匀速球的区别

　　1、 中速球分两种，一种是精密微分步进电机的中速球，一种是带减速比的步进电机的中速球，第一种相当于一种简化的高速球，而第二种纯粹在原理上差异比较大，第二种的电机微分是通过减速比电机的电机本身实现的，而高速球是通过控制芯片里的程序实现的。因此第二种的中速球会在预置位精确度上和运行速度上远远逊于高速球。第一种高速球，一般是采用的普通单片机进行控制的高速球，功能简化，开发平台较低，采用的元器件也比较低档，比如在电源处理、核心芯片的选择、通讯部分等都是比较节省的方案，在稳定性、功能性、抗干扰、使用寿命等方面逊于高速球。

　　2、 匀速球：匀速球一般分为两种，一种是球型云台内置解码板，而且该解码板也许带有预置位功能，不能旋转360度。这种匀速球实际是球型云台的的外置解码器变成内置一块解码板。另一种匀速球就是采用的上诉中速球中的带减速比的步进电机作为云台部分的匀速球，一般可以再加一个导电滑环可以实现360度连续旋转，这种匀速球因为电机本身的扭矩和参数限制，速度提不高，预置位不准，但是技术简单，不需要多少软件支持。

　　3、 球型云台：球型云台采用的电机完全跟高速球不一样，采用的是直流电机，不需要程序，通过对电流的控制进行对电机的控制，即“通电即转”的原理。直流电机制造简单、使用面广、成本低，但是寿命短、扭矩小(导致速度慢)、不容易控制(导致不平稳，不能精确定位)。球型云台一般需要配置解码器，而解码器的原理一般采用一组继电器对电流脉冲进行控制，然后实现对直流电机的云台进行控制，这种继电器相对简单、成本低、用量广、但是控制电流远远不如芯片指令的控制，属于一种很落后和简单的技术。

　　4、 以上是从原理上讲差别，在具体上，球型云台和采用减速比的步进电机的中速球，一般是装一体机整机，不涉及到摄像机与球机的通讯问题，而高速球采用的是摄像机机心，必须讲摄像机的端口协议及功能写入到高速球里，所以在选择高速球时，一般配置的一体机是不能让客户自己安装的。[nextpage]

　　高速球测试

　　测试高速球摄像机主要测试晰度和色彩还原性、照度、逆光补偿，其次是测其摄像机失真、耗电量、最低工作电压，下面先把清晰度和色彩还原性以及照度、逆光补偿的测量步骤先介绍一下。

　　1 .清晰度的测量：多个高速球摄像机进行测试时，应使用相同镜头，(推荐使作定焦、二可变镜头)，以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准，清晰准确的数出已给的刻度线共 10 组垂直线和 10 组水平线。分别代表着垂直清晰度和水平清晰度，并相应的一组已给出了线数。如垂直 350 线水平 800 线，此时最好用黑白监视器。测试时可在远景物聚焦，也可边测边聚焦。最好能两者兼用，可看出此高速球摄像机的差异(对远近会聚)。

　　2 .高速球摄像机彩色还原性的测试：测试此参数应选好的彩色监视器。首先远距离观察人物、服饰，看有无颜色失真，拿色彩鲜明的物体对比，看高速球摄像机反应灵敏度，拿彩色画册放在高速球摄像机前，看画面勾勒得清晰程度，过淡或过浓，再次应对运动的彩色物体进行摄像，看有无彩色拖尾、延滞、模糊等。测试条件如此摄像最代照度在 50V 时应在 50+10V 照度情况下测量，即每高速球摄像机最代照度基础上加十伏，且光圈应保持最接近状态。

　　3 .照度：将高速球摄像机置于暗室，暗室前后为有源 220V 自炽灯，处设调压器，以调压器调节电压高代来调节暗室内灯的明暗，电压可以从 0V 调到 250V 。室内光照也可从最暗调至最明，测试时把高速球摄像机光圈均开至最大时记录下一个最低照度值(把有源灯用调压器调暗至看不清暗室内置画面)再把光圈打至最小再记录下一个最低照度值，也可前后灯分别调压明灭。

　　4 .高速球摄像机逆光补偿：测试此参数有两种方法：一种是在暗室内，把高速球摄像机前侧调压灯打开，调至最亮时，然后在灯的下方放置一图画或文字，把高速球摄像机迎光摄像，看图像和文字能否看清，画面刺不刺眼，并调节 AL 、 AX 拔档开关，看有无变化，哪种效果最好。另一种是在阳光充足的情况下把摄像机向窗外照，此时看图像和文字能否看清楚。

　　5 .高速球摄像机失真：看高速球摄像机失真把测试卡置于摄像机前端使整个球体出现在屏幕上，看圆球形有无椭圆，把摄像机前移，看圆中心有无放大，再远距离测试边、角、框有无弧形失真等。

　　编者按：

　　高速球不同的安装位置选择内置的摄像机机心不一样，安装方式也不一样。一般室内的高速球采用纯彩色的一体机，变焦范围小一些，起始焦距小一些的，特别是具有广角镜头的一体机，比如采用16倍LG，18倍sony的，22倍日立的，22倍世林的等。室内球一般根据客户现场情况，采用室内壁装悬挂，吊杆悬挂、室内表面吸顶，嵌入式吸顶等方式。室外的高速球一般采用彩色低照度或者彩转黑的一体机，而且一般要采用质量更好的一体机，比如采用LG22倍、27倍，世林22倍，sony18倍，sony26倍，日立23倍，国产品牌华视/HS等彩转黑一体机机心。根据客户的情况，选择价位不同的一体机机心。

　　客户购买的时候，要注意考虑主机的配套问题，询问主机的控制协议，如果不匹配要准备协议转换器。高速球最容易出现的损坏问题：客户的接线不当、防水没处理好导致进水，雷击烧坏，球机本身的问题。