监控摄像机基本知识

导语：易匚品牌汇精选并编辑了各类与摄像机相关的信息，希望能帮大家全方位的了解摄像机，本文主要为大家介绍的是:【监控摄像机基本知识】。摄像机知识入门-特点-分类篇:监控摄像机的基本知识的详细介绍，主要有摄像机的定义、工作方式、分辨率的选择、成像灵敏度等等的解析。

监控摄像机基本知识

1.什么是CCD摄像机？

CCD是ChargeCoupledDevice(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

2.CCD摄像机的工作方式

被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

3.分辨率的选择

评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。一般的监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

4.成像灵敏度

通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合；在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。另外摄像的灵敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.

参考环境照度：

夏日阳光下100000Lux阴天室外10000Lux，电视台演播室1000Lux距60W台灯60cm桌面300Lux，室内日光灯100Lux黄昏室内10Lux，，20cm处烛光10-15Lux夜间路灯0.1Lux

5.电子快门

电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。

6.外同步与外触发

外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像，要实现这种功能，必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。

7.光谱响应特性

CCD器件由硅材料制成，对近红外比较敏感，光谱响应可延伸至1.0um左右。其响应峰值为绿光(550nm)，分布曲线如右图所示。夜间隐蔽监视时，可以用近红外灯照明，人眼看不清环境情况，在监视器上却可以清晰成像。由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极，所以CCD对紫外不敏感。彩色摄像机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。

8.CCD芯片的尺寸

CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等，成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。

芯片规格成：像面大小(宽X高)对角线1/26.4x4.8mm8mm1/34.8x3.6mm6mm

CCD摄像机的分类

安全防范系统中，图像的生成当前主要是来自CCD摄像机,CCD是电荷耦合器件(chargecoupleddeice)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄像机元件，以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、部受磁场影响、具有抗震东和撞击之特性而被广泛应用。

CCD摄像机大致可分为下列几大类：

依成像色彩划分

(1)彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。因有颜色而使信息量增大，信息量一般认为是黑白摄像机的10倍。

(2)黑白摄像机：是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。

依摄像机分辨率划分

(1)影像像素在25万像素(pixel)左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率400线左右的低档型。

(2)影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型

(3)影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，600线以上的高分辨率。

依摄像机灵敏度划分

(1)普通型：正常工作所需照度为1~31x

(2)月光型：正常工作所需照度为0.1x左右

(3)星光型：正常工作所需照度为0.01x以下

(4)红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。

按摄像元件的CCD靶面的大小划分

(1)lin靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm

(2)2/3in靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm

(3)1/2in靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm

(4)1/3in靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm

(5)1/4in靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm

(6)1/5in正在开发之中，尚未推出正式产品

此外CCD摄像机有PAL制和NTSC制之分，还可以按图像信号处理方式划分或按摄像机结构区分

摄像机

1.什么是CCD摄像机？

CCD是ChargeCoupledDevice(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

2.CCD摄像机的工作方式

被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

3.分辨率的选择

评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。一般的监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

4.成像灵敏度

通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合；在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时，也必需使用低照度的摄像机。另外摄像的灵敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.

参考环境照度：

夏日阳光下100000Lux阴天室外10000Lux，电视台演播室1000Lux距60W台灯60cm桌面300Lux，室内日光灯100Lux黄昏室内10Lux，20cm处烛光10-15Lux夜间路灯0.1Lux

5.电子快门

电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。

6.外同步与外触发

外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像，要实现这种功能，必需使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。

7.光谱响应特性

CCD器件由硅材料制成，对近红外比较敏感，光谱响应可延伸至1.0um左右。其响应峰值为绿光(550nm)，分布曲线如右图所示。夜间隐蔽监视时，可以用近红外灯照明，人眼看不清环境情况，在监视器上却可以清晰成像。由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极，所以CCD对紫外不敏感。彩色摄像机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。

8.CCD芯片的尺寸

CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等，成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。芯片规格：成像面大小(宽X高)对角线1/26.4x4.8mm8mm1/34.8x3.6mm6mm

数字录像机格式简述

从世界上第一台数字录像机诞生到现在，已经过了十几年的时间，数字录像机已开始普及，并成为今后的发展方向。数字录像机的优势十分明显，它可消除复制时图像质量的降低，并可直接进入计算机和由计算机控制的数字化设备。目前，数字录像机可分为非压缩格式和压缩格式两大类。记录载体可分为磁带、硬盘和光盘，常用的记录载体是磁带。

非压缩格式诞生较早，它把全部的图像信息未经压缩地记录到载体上。在非压缩格式中，最早诞生的专业数字录像机D1格式，最具影响力，并成为国际标准。现在对于许多非线性编辑系统来说，在评价它所输出的视频质量上，往往都要与D1格式相比较。D1格式按ITUR601标准，以4∶2∶2采样、8比特量化进行分量编码记录视频。对于音频，采样频率48KHZ、20比特量化，具有4个独立的音频通道。除D1格式外，还有D2、D3、D5格式的数字录像机，其中D2、D3格式记录复合视频，D5采用了分量记录方式。非压缩格式的数字录像机，图像质量很高，但其昂贵的价格，使大多数用户望而却步，即使在那些发达国家，情况也是如此。因此，这种类型的数字录像机我们很难见到。

采用压缩格式的数字录像机，主要有数字Betacam模式、Digitial－s格式、Betacam－SX格式、DVCPRO格式、DVCAM格式和家用DV格式。它们都采用了数字分量记录方式，所以也称为数字分量录像机。

数字Betacam的信噪比能达到62dB，采用4∶2∶2采样格式，10比特量化的数字分量处理，并使用基于DCT的电平自适应帧内压缩方式，压缩比为2.3∶1，采用1/2英寸金属带，具有4通道48KHZ采样，20比特线性量化的数字音频。具有复制30代而无质量损失的图像质量，并能兼容重放Betacam－SP模拟分量格式的录像带。

Digitial－S的信噪比优于55dB，采用4∶2∶2采样格式，8比特量化的数字分量处理，使用DCT帧内压缩方式，能达到广播级质量。其压缩比为3.3∶1，记录码率为50MB/S，具有2通道48KHZ采样，16比特量化的数字音频。Digitial－S格式充分考虑了与S－VHS录像带的互换性，采用1/2英寸金属带，机械结构与VHS相同，具有编辑处理图像功能，向下兼容重放S－VHS录像带。其图像质量接近数字Betacam水平。

Betacam－SX采用4∶2∶2采样格式，8比特量化的数字分量处理，压缩采用MPEG－2442方式，输入的图像以2帧为1GOP(图像组)，每个GOP的数据为固定长度。其压缩比达10∶1，记录码率为18MB/S，图像质量优于标准型Betacam－SP。对于音频采用4通道48KHZ采样，16比特量化的数字音频。Betacam－SX格式采用1/2英寸金属带，其DVW－A系列录像机可向下兼容重放Betacam－SP录像带。Betacam－SX录像机还首次采用了无循迹重放方式，通过加装4个重放磁头，提高了可靠性。

DVCRPO是在后面要讲的家用DV格式的基础上，开发成功的专业用数字分量录像机。它采用4∶1∶1采样格式，8比特量化和DCT帧内压缩方式，压缩比为5∶1，记录码率为25MB/S，信噪比大于54dB，具有2通道48KHZ采样，16比特量化的数字音频。它使用1/4英寸金属微粒带，磁迹宽度18微米，具有兼容重放家用DV格式录像带的能力，其图像质量相当于标准型Betacam－SP。另外，松下公司在DVCPRO的基础上还推出了4∶2∶2采样、记录码率为50MB/S的DVCPRO50格式，图像信号压缩为比3.3∶1，旋转磁头数和走带速度都比DVCPRO增加了一倍。

DVCAM也是在家用DV格式的基础上，开发成功的专业用数字分量录像机。和DVCRRO一样，其目标是高画质、小型、轻量和低价格。它采用4∶2∶0采样格式，8比特量化和DCT帧内压缩方式，压缩比为5∶1，记录码率为25MB/S，信噪比大于54dB，具有2通道48KHZ采(下转第50页)(上接第48页)样，16比特量化的数字音频。它采用1/4英寸金属微粒带，磁迹宽度15微米，与家用DV格式双向兼容，即DV格式磁带可以在DVCAM录像机上重放，DVCAM录像机也能在DV格式录像机上重放。其图像质量相当于标准型的Betacam－SP。

家用DV格式，是在家用数字录像机开发研制阶段，为了避免重演模拟录像机格式之争，由世界上一些知名的电器公司共同制定的一个标准。目前，已有55家大公司宣布支持这一格式，使其成为国际标准。对于PAL制信号来讲，它采用4∶2∶0的采样格式、8比特量化和DCT帧内压缩方式，压缩比为5∶1，记录码率为25MB/S，信噪比可达54dB。对于音频，可采用32KHZ采样，16比特量化的双声道立体声方式，也可采用32KHZ采样，12比特量化的四声道方式。家用DV格式的图象质量是相当高的，远远超过了常见的S－VHS和Hi8，因为其亮度信号频带带宽达6MHZ，色差信号的带宽也分别达到了1.4MHZ和3MHZ。家用DV格式也采用1/4英寸金属微粒带，磁迹宽度10微米。

数字录像机的发展方兴未艾，但在目前仍是模拟与数字共存的时代，模拟录像机在今后相当长的时期里不会退出历史舞台。不过数字化的序幕已经拉开，自然就会有好戏连台。对于广大中、小型用户来说，应该将关注的目光投向DVCPRO和DVCAM格式。它们完全能够满足专业级的制作需要，而且具有兼容重放家用DV格式录像带的能力，可实现家用DV格式向专业制作领域的顺得过渡。

监控系统设备介绍

①云台

在前面的介绍中我们常提到云台，但有的人对它没有什么感性认识，其实云台就是两个交流电组成的安装平台，可以水平和垂直的运动。我们所说的云台区别于照相器材中的云台，照相器材的云台一般来说只是一个三脚架，只能通过手来调节方位；而监控系统所说的云台是通过控制系统在远端可以控制其转动方向的。云台有多种类型：

按使用环境分为室内型和室外型，主要区别是室外型密封性能好，防水、防尘，负载大。按安装方式分为侧装和吊装，即云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。按外形分为普通型和球型，球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中，除了防止灰尘干扰图像外，还隐蔽、美观、快速。

在挑选云台时要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小，也要考虑性能价格比和外型是否美观。

②支架

如果摄像机只是固定监控某个位置不需要转动，那么只用摄像机支架就可以满足要求了。普通摄像机支架安装简单，价格低廉，而且种类繁多。普通支架有短的、长的、直的、弯的，根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求，再有就是安装位置，因为从实践中我们发现，很多室外摄像机安装位置特殊，有的安装在电线杆上，有的立于塔吊上，有的安装在铁架上……由于种种原因，现有的支架可能难以满足要求，需要另外加工或改进，这里就不再多说了。

③防护罩

防护罩也是监控系统中最常用的设备之一，主要分为室内和室外两种。室内防护罩主要区别是体积大小，外形是否美观，表面处理是否合格。功能主要是防尘、防破坏。室外防护罩密封性能一定要好，保证雨水不能进入防护罩内部侵蚀摄像机。有的室外防护罩还带有排风扇、加热板、雨刮器，可以更好的保护设备。当天气太热时，排风扇自动工作；太冷时加热板自动工作；当防护罩玻璃上有雨水时，可以通过控制系统启动雨刮器。

挑选防护罩时先看整体结构，安装孔越少越利于防水，再看内部线路是否便于联接，最后还要考虑外观、重量、安装座等等。

④监视器

监视器是监控系统的标准输出，有了监视器我们才能观看前端送过来的图像。监视器分彩色、黑白两，尺寸有9、10、12、14、15、17、21英寸等，常用的是14英寸。

监视器也有分辨率，同摄像机一样用线数表示，实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。

另外，有些监视器还有音频输入、S-video输入、RGB分量输入等，除了音频输入监控系统用到外，其余功能大部分用于图像处理工作，在此不作介绍。

⑤视频放大器

当视频传输距离比较远时，最好采用线径较粗的视频线，同时可以在线路内增加视频放大器增强信号强度达到远距离传输目的。视频放大器可以增强视频的亮度、色度和同步信号，但线路内干扰信号也会被放大，另外，回路中不能串接太多视频放大器，否则会出现饱和现象，导致图像失真。

⑥视频分配器

一路视频信号对应一台监视器或录像机，若想一台摄像机的图像送给多个管理者看，最好选择视频分配器。因为并联视频信号衰减较大，送给多个输出设备后由于阻抗不匹配等原因，图像会严重失真，线路也不稳定。

视频分配器除了阻抗匹配，还有视频增益，使视频信号可以同时送给多个输出设备而不受影响。

⑦视频切换器

多路视频信号要送到同一处监控，可以一路视频对应一台监视器，但监视器占地大，价格贵，如果不要求时时刻刻监控，可以在监控室增设一台切换器，把摄像机输出信号接到切换器的输入端，切换器的输出端接监视器，切换器的输入端分为2、4、6、8、12、16路，输出端分为单路和双路，而且还可以同步切换音频(视型号而定)。切换器有手动切换、自动切换两种工作方式，手动方式是想看哪一路就把开关拨到哪一路；自动方式是让预设的视频按顺序延时切换，切换时间通过一个旋钮可以调节，一般在1秒到35秒之间。

切换器的价格便宜(一般只有三五百元)，联接简单，操作方便，但在一个时间段内只能看输入中的一个图像。要在一台监视器上同时观看多个摄像机图像，就需要用画面分割器。

⑧画面分割器

画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种，可以在一台监视器上同时显示4、9、16个摄像机的图像，也可以送到录像机上记录。

四分割是最常用的设备之一，其性能价格比也较好，图像的质量和连续性可以满足大部分要求。九分割和十六分割价格较贵，而且分割后每路图像的分辨率和连续性都会下降，录像效果不好。

另外还有六分割、八分割、双四分割设备，但图像比率、清晰度、连续性并不理想，市场使用率更小。

大部分分割器除了可以同时显示图像外，也可以显示单幅画面，可以叠加时间和字符，设置自动切换，联接报警器材。

⑨录像机

监控系统中最常用的记录设备是民用录像机和长延时录像机，因其操作简单易学，录像带也容易保存和购买。

与家用录像机不同，延时录像机可以长时间工作，可以录制24小时(用普通VHS录像带)甚至上百小时的图像，可以联接报警器材，收到报警信号自动启动录像，可以叠加时间日期，可以编制录像机自动录像程序，选择录像速度，录像带到头后是自动停止还是倒带重录……延时录像机的性能虽然出众，但价格不菲，而且目前分辨率不是很高，在延时录像时图像也会丢失一部分，回放的图像是一顿一顿跳跃的。

镜头选购指南概要

常用的镜头种类包括：手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。

定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。定焦镜头的适用范围如下：

手动光圈镜头：所需监视的环境照度变化不大，如室内。自动光圈镜头：所需监视的环境照度变化大，如室外。广角镜头：监视的角度较宽，距离较近。标准镜头：监视的角度和距离适中。变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头，另一种分法是：手动变焦和电动变焦(电动光圈和自动光圈)两种。变焦镜头在规则上可以划分为：1/3〃、1/2〃和1〃等。

选择变焦镜头的原则是：镜头的规格不应小于摄像机的规格，也就是说1/2〃的镜头可以与1/3〃的摄像机一起使用，但是1/3〃的镜头就不能够在1/2〃的摄像机上使用。

如何选择数字监控主机

智能数字监控主机分为两大类

一类是用于保安监控项目(如楼宇、机场、博物馆等保安监控项目)中的智能监控主机，它的特点是，功能齐全，具有良好的网络传输功能，录像速度慢，通过与传感器、移动帧侧的联动，也能使录像资源分配到最需要的地方；

另一类数字监控系统主要用于银行柜员制监控项目中的智能数字监控系统，它的特点是录像速度高，每路每秒25帧，具有音频输入。如何选择智能数字监控主机，首先应明确设备用在哪里，是保安监控项目，还是对录像速度要求较高的银行柜员项目，在不同类型的项目中应使用不同类型的智能数字监控主机，在保安项目中使用第一类设备即可，而在银行柜员制监控项目上使用第一类设备，录像速度无法满足用户要求，需要使用第二类数字主机。

选择经过稳定性验证的设备

智能数字监控主机的稳定性要从两方面考察：

一是从硬件机构上看智能数字监控主机均是多路输入，硬件可采用多卡方式，也可采用单卡方式，由于智能数字监控系统基本上都是PC机，且多以WIN98为操作平台，因此采用单卡方式集成度高，稳定性会优于多卡方式，有些采用一路一卡的方式，很容易形成硬件冲突。

二是考察其软件编程是否规范,这主要是通过长时间运行和操作来验证，应对各项功能的长时运行进行观察。

如何正确选用摄像机

摄像部分一般安装在现场,它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台。它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。

像机分为彩色和黑白两种，一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高，比较适合用于光线不足的地方，如果使用的目的只是监视景物的位置和移动，可采用黑白摄像机；如果要分辨被摄像物体的细节，比如分辨衣服和景物的颜色，则采用彩色的比较好。

摄像机的规格可分为1/3〃、1/2〃和2/3〃等，安装方式有固定和带云台二种。

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