综述。随着科技发展，**监控系统的应用越来越广泛，很多场所都需要一套**监控系统来代替人监控一些重要的地点，如此可以有效的节约人力成本还可以获得更好的监控效果。比如银行、档案室等重要的场所，需要利用各种光电成像系统构建一套全天候的**监控系统，以有效对其进行监控。
因为需要监控的主要对象是人，所以我认为使用红外ccd对其进行监控比较有效，并搭配一块cmos图像传感器方便人员进行监控。另外，使用红外ccd还可以有效的对火灾进行预防，搭配一个显示灯，当红外ccd检测到移动热源时，指示灯便会亮起，提醒监控人员注意查看。这样可以有效的对档案室进行监控，防止档案失窃以及档案室发生火灾等意外情况。
系统的框图。
所用到的智能传感器。
cmos图像传感器：因为已经使用了红外ccd，cmos图像传感器只需要能完成最基本的功能即可，而目前来说，cmos比ccd更加的高效和低成本，购买和维护也更加的容易。
红外ccd图像传感器：毕竟需要进行全天候监控，有些时候光线比较微弱，使用平常的图像传感器可能导致无法获得清晰的图像，所以这时就需要使用红外ccd对其进行监控，以实现全天候监控。推荐使用主动式红外ccd图像传感器，成本低，且能表现出目标的细节特征。
智能传感器原理。
cmos图像传感器：
基本结构。cmos(complementary metal-oxide-semiconductor)图像传感器出现于2023年，它是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、放大器、a/d 转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的图像传感器件，这种器件结构简单、处理功能多、成品率高和**低廉，有着广泛的应用前景。cmos 图像传感器主要由光敏二极管、mos 场效应管、放大器、开关等电路构成。
cmos单个像素的示意图如图1所示。首先进入“复位状态”，此时打开门管m。电容被充电至v，二极管处于反向状态；然后进人“取样状态”。
这时关闭门管m,在光照下二极管产生光电流，使电容上存贮的电荷放电，经过一个固定时间间隔后，电容c上存留的电荷量就与光照成正比例，这时就将一幅图像摄入到了敏感元件阵列之中了；最后进入“读出状态”。这时再打开门管m,逐个读取各像素中电容c上存贮的电荷电压。
图1 单个象素的示意图图2 cmos图像传感器功能框图。
外界光照射像素阵列（像敏单元阵列实际上是光敏二极管阵列），发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及 a/d 转换器，转换成数字图像信号输出。
其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。
为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作，必须使用多个时序控制信号。cmos 图像传感器组成框图如图2所示，主要组成部分是像敏单元阵列和 mos 场效应晶体管集成电路，而且这两部分集成在同一硅片上。
将像敏单元阵列按 x 和 y 方向排列成方阵，方阵中的每一个像敏单元都有它在 x、y 方向上的地址，并可分别由两个方向的地址译码器进行选择；每一列像敏单元都对应于一个列放大器，列放大器的输出信号分别接到由 x 方向地址译码控制器进行选择的模拟多路开关输出至输出放大器，输出放大器的输出信号送 a/d 转换器进行模数转换变成数字信号，经预处理电路处理后通过接口电路输出。图中的时序信号发生器为整个 cmos 图像传感器提供各种工作脉冲，这些脉冲均受控于接口电路发来的同步信号。
工作流程。cmos图像传感器的典型工作流程图如图所示，它可分为下面几个过程：
1) 初始化。初始化时要确定器件的工作模式，例如：输出偏压、放大器的增益、取景器是否开通，并设定积分时间。
2) 帧读出(yr)移位寄存器初始化。利用同步脉冲sync-yr，可以使yr移位寄存器初始化。sync-yr为行启动脉冲序列，不过在它的第一行启动脉冲到来之前，有一消隐期间，在此期间内要发送一个帧启动脉冲。
3) 启动行读出。sync-yr指令可以启动行读出，从第一行(y=0)开始，直至y=ymax止；ymax为cmos图像传感器的垂直行数。
4) 启动x移位寄存器。利用同步信号sync-x启动x移位寄存器开始读数，x=0起，x=xmax止；x移位寄存器存储一幅图像信号的数据。
5) 信号采集。a/d转换器在时序脉冲控制下对一幅模拟图像信号进行逐一的a/d转换与数据采集。
6) 启动下行读数。读完一行后，发出指令，接着进行下一行读数。
7) 复位。帧复位是用同步信号sync-yl控制的，从sync-yl开始至sync-yr出现的时间间隔便是**时间。为了不引起混乱，在读出信号之前，应当确定**时间。
8) 输出放大器复位。用于消除前一个像敏单元信号的影响，由脉冲信号sin控制对输出放大器的复位。
9) 信号采样/保持。为适应a/d转换器的工作，设置采样/保持脉冲，该脉冲由脉冲信号shy控制。
实现上述工作流程需要一些同步脉冲信号，这些脉冲信号按时序，利用脉冲的前沿(或后沿)触发工作，确保cmos图像传感器按事先设定的程序工作。
红外ccd图像传感器。
红外 ccd 图像传感器是在面阵 ccd 图像传感器和红外探测器阵列技术基础上发展起来的新一代固体红外摄像阵列(ir ccd).
目前，红外 ccd 主要集中于 insb、hg1-xcdxte 为代表的本征窄带半导体材料，以 ptsi 为代表的硅化物和以 si:ga，si:bi，si:
as 为代表的非本征硅材料，尤其以 insb、hg1-xcdxte 和 pt:si 器件的发展最引人注目。美国休斯、gec、洛克威尔、得克萨斯仪器公司和空军空间技术中心都已做出了 insb、hgcdte 的短波、中波和长波红外图像传感器件。
格式为128×128 像敏单元的混合式焦平面阵列的响应波长为 1~3μm，工作温度为 120~195k，平均比探测率为 1.3×1012 cmhz0.5w-1。
波长为 3~5μm、工作温度为 77k 的器件，平均比探测率大于 1011cmhz0.5w-1。
主动红外摄像系统由红外照明光源、红外摄像器件、摄像机及光源控制器、监视器等几部分组成，当红外光源照射目标时，目标反射的红外光为摄像机所摄取，并将不可见近红外光转换为可见光，在屏幕上显示出来，实现红外摄像的目的。
要实现红外摄像，必须选用对红外敏感的摄像器件，如对近红外敏感的有硅靶摄像管、ccd 摄像器件、pbo-pbs 复合靶近红外摄像管等。由于 pbo-pbs 灵敏度低、惯性大、抗灼伤能力差等原因，所以用得较少。硅靶摄像管与 ccd 器件均是用硅材料制作的，两者的性能接近，但由于 ccd 较之硅靶管体积小、重量轻、功耗低、寿命长，以及其他一些优点，所以在绝大多数领域内，硅靶管已被ccd 图像传感器所代替。
红外变像管是一种把不可见红外图像转换成可见光图像的光电成像器件，主要由光电阴极、电子光学系统和荧光屏三部分组成，并安装在高真空密封玻璃壳内，图3是红外变像管的结构示意图。
当物体的红外辐射通过物镜照射到光电阴极上时，光电阴极表面的红外敏感材料(cs-o-ag)接受辐射后，便发射光电子。光电阴极表面发射的光电子密度分布与表面的红外光照度成正比。光电阴极发射的光电子在电场的作用下，飞向荧光屏，荧光屏上的荧光物质受到高速电子轰击后，便发出可见光。
可见光的辉度与轰击电子的密度大小成比例，即与红外辐射强度分布成比例。这样将物体的红外图像转换成为可见光图像，人们通过观察荧光屏的辉度明暗就可知道物体各部位温度分布的高低。
图 3 红外变象管结构示意图。
1-光电阴极；2-引管；3-屏蔽环；
4-聚焦加速电极；5-荧光屏。
系统的工作原理。
通电后，系统开始工作，将cmos图像传感器与红外ccd图像传感器获得的图像进行处理后显示在监控屏幕上，并存入计算机系统，方便需要查看时调取。计算机对红外ccd图像传感器获得的图像进行分析，当发现有移动的热源或疑似火苗的热源时点亮热源指示灯，以提醒工作人员注意，有效的避免意外事故的发生。此系统可以在强光及弱光下有效的获得图像与细部特征，当需要使用时可以用来准确的锁定人物特征。
参考资料。西电《智能传感技术简明讲义》
智能传感技术大作业
全天候 监控系统。目录。一 系统概述 3 二 系统功能图 4 三 组成设备 4 四 ccd摄像机的工作原理简介 5 简介 5摄像机的工作方式 6 3.分辨率的选择 6 4.成像灵敏度 7 5.电子快门 7 6.外同步与外触发 7 五 光谱响应特性 8 ccd芯片的尺寸 8 彩色ccd摄像机 9 1,...
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