監控攝像機的基本知識
閱讀：2109發布時間：2011-5-23
1.什么是CCD攝像機？
CCD是ChargeCoupled
Device（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。
2.CCD攝像機的工作方式
被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
3.分辨率的選擇
評估攝像機分辨率的指標是水平分辨率，其單位為線對，即成像后可以分辨的黑白線對的數目。常用的黑白攝像機的分辨率一般為380-600，彩色為380-480，其數值越大成像越清晰。一般的監視場合，用400線左右的黑白攝像機就可以滿足要求。而對于醫療、圖像處理等特殊場合，用600線的攝像機能得到更清晰的圖像。
4.成像靈敏度
通常用zui低環境照度要求來表明攝像機靈敏度，黑白攝像機的靈敏度大約是0.02-0.5Lux（勒克斯），彩色攝像機多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機用于普通的監視場合；在夜間使用或環境光線較弱時，推薦使用0.02Lux的攝像機。與近紅外燈配合使用時，也必須使用低照度的攝像機。另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關，0.97Lux/F0.75相當于2.5Lux/F1.2相當于3.4Lux/F1.
參考環境照度：
夏日陽光下100000Lux陰天室外10000Lux
電視臺演播室1000Lux距60W臺燈60cm桌面300Lux
室內日光燈100Lux黃昏室內10Lux
20cm處燭光10-15Lux夜間路燈0.1Lux
5.電子快門
電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間，攝像機的電子快門一般設置為自動電子快門方式，可根據環境的亮暗自動調節快門時間，得到清晰的圖像。有些攝像機允許用戶自行手動調節快門時間，以適應某些特殊應用場合。
6.外同步與外觸發
外同步是指不同的視頻設備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步，它可保證不同的設備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現外同步，需要給攝像機輸入一個復合同步信號（C-sync）或復合視頻信號。外同步并不能保證用戶從時刻得到完整的連續的一幀圖像，要實現這種功能，必須使用一些特殊的具有外觸發功能的攝像機。
7.光譜響應特性
CCD器件由硅材料制成，對近紅外比較敏感，光譜響應可延伸至1.0um左右。其響應峰值為綠光（550nm），分布曲線如右圖所示。夜間隱蔽監視時，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環境情況，在監視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機對紅外、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，成像尺寸越小的攝像機的體積可以做得更小些。在相同的光學鏡頭下，成像尺寸越大，視場角越大。芯片規格
成像面大小（寬X高）對角線1/26.4x4.8mm8mm1/34.8x3.6mm6mm
CCD攝像機的分類
安全防范系統中，圖像的生成當前主要是來自CCD攝像機,CCD是電荷耦合器件（chargecoupled
deice）的簡稱，它能夠將光線變為電荷并將電荷存儲及轉移，也可將存儲之電荷取出使電壓發生變化，因此是理想的攝像機元件，以其構成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、部受磁場影響、具有抗震東和撞擊之特性而被廣泛應用。
CCD攝像機大致可分為下列幾大類：
依成像色彩劃分
（1）彩色攝像機：適用于景物細部辨別，如辨別衣著或景物的顏色。因有顏色而使信息量增大，信息量一般認為是黑白攝像機的10倍。
（2）黑白攝像機：是用于光線不足地區及夜間無法安裝照明設備的地區，在僅監視景物的位置或移動時，可選用分辨率通常高于彩色攝像機的黑白攝像機。
依攝像機分辨率劃分
（1）影像像素在25萬像素（pixel）左右、彩色分辨率為330線、黑白分辨率400線左右的低檔型。
（2）影像像素在25萬~38萬之間、彩色分辨率為420線、黑白分辨率在500線上下的中檔型
（3）影像在38萬點以上、彩色分辨率大于或等于480線、黑白分辨率，600線以上的高分辨率。
依攝像機靈敏度劃分
（1）普通型：正常工作所需照度為1~31x
（2）月光型：正常工作所需照度為0.1x左右
（3）星光型：正常工作所需照度為0.01x以下
（4）紅外照明型：原則上可以為零照度，采用紅外光源成像。
按攝像元件的CCD靶面的大小劃分
（1）lin靶面尺寸為寬12.7mmX高9.6mm,對角線16mm
（2）2/3in靶面尺寸為寬8.8mmX高6.6mm,對角線11mm
（3）1/2in靶面尺寸為寬6.4mmX高4.8mm,對角線8mm
（4）1/3in靶面尺寸為寬4.8mmX高3.6mm,對角線6mm
（5）1/4in靶面尺寸為寬3.2mmX高2.4mm,對角線4mm
（6）1/5in正在開發之中，尚未推出正式產品
此外CCD攝像機有PAL制和NTSC制之分，還可以按圖像信號處理方式劃分或按攝像機結構區分
攝像機
1.什么是CCD攝像機？
CCD是ChargeCoupled
Device（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。
2.CCD攝像機的工作方式
被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
3.分辨率的選擇
評估攝像機分辨率的指標是水平分辨率，其單位為線對，即成像后可以分辨的黑白線對的數目。常用的黑白攝像機的分辨率一般為380-600，彩色為380-480，其數值越大成像越清晰。一般的監視場合，用400線左右的黑白攝像機就可以滿足要求。而對于醫療、圖像處理等特殊場合，用600線的攝像機能得到更清晰的圖像。
4.成像靈敏度
通常用zui低環境照度要求來表明攝像機靈敏度，黑白攝像機的靈敏度大約是0.02-0.5Lux（勒克斯），彩色攝像機多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機用于普通的監視場合；在夜間使用或環境光線較弱時，推薦使用0.02Lux的攝像機。與近紅外燈配合使用時，也必需使用低照度的攝像機。另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關，0.97Lux/F0.75相當于2.5Lux/F1.2相當于3.4Lux/F1.
參考環境照度：
夏日陽光下100000Lux陰天室外10000Lux
電視臺演播室1000Lux距60W臺燈60cm桌面300Lux
室內日光燈100Lux黃昏室內10Lux
20cm處燭光10-15Lux夜間路燈0.1Lux
5.電子快門
電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間，攝像機的電子快門一般設置為自動電子快門方式，可根據環境的亮暗自動調節快門時間，得到清晰的圖像。有些攝像機允許用戶自行手動調節快門時間，以適應某些特殊應用場合。
6.外同步與外觸發
外同步是指不同的視頻設備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步，它可保證不同的設備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現外同步，需要給攝像機輸入一個復合同步信號（C-sync）或復合視頻信號。外同步并不能保證用戶從時刻得到完整的連續的一幀圖像，要實現這種功能，必需使用一些特殊的具有外觸發功能的攝像機。
7.光譜響應特性
CCD器件由硅材料制成，對近紅外比較敏感，光譜響應可延伸至1.0um左右。其響應峰值為綠光（550nm），分布曲線如右圖所示。夜間隱蔽監視時，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環境情況，在監視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機對紅外、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，成像尺寸越小的攝像機的體積可以做得更小些。在相同的光學鏡頭下，成像尺寸越大，視場角越大。芯片規格
成像面大小（寬X高）對角線1/26.4x4.8mm8mm1/34.8x3.6mm6mm
數字錄像機格式簡述
從世界上*臺數字錄像機誕生到現在，已經過了十幾年的時間，數字錄像機已開始普及，并成為今后的發展方向。數字錄像機的優勢十分明顯，它可消除復制時圖像質量的降低，并可直接進入計算機和由計算機控制的數字化設備。目前，數字錄像機可分為非壓縮格式和壓縮格式兩大類。記錄載體可分為磁帶、硬盤和光盤，常用的記錄載體是磁帶。
非壓縮格式誕生較早，它把全部的圖像信息未經壓縮地記錄到載體上。在非壓縮格式中，zui早誕生的專業數字錄像機D1格式，，并成為標準。現在對于許多非線性編輯系統來說，在評價它所輸出的視頻質量上，往往都要與D1格式相比較。D1格式按ITUR601標準，以4∶2∶2采樣、8比特量化進行分量編碼記錄視頻。對于音頻，采樣頻率48KHZ、20比特量化，具有4個獨立的音頻通道。除D1格式外，還有D2、D3、D5格式的數字錄像機，其中D2、D3格式記錄復合視頻，D5采用了分量記錄方式。非壓縮格式的數字錄像機，圖像質量很高，但其昂貴的價格，使大多數用戶望而卻步，即使在那些發達國家，情況也是如此。因此，這種類型的數字錄像機我們很難見到。
采用壓縮格式的數字錄像機，主要有數字Betacam模式、Digitial－s格式、Betacam－SX格式、DVCPRO格式、DVCAM格式和家用DV格式。它們都采用了數字分量記錄方式，所以也稱為數字分量錄像機。
數字Betacam的信噪比能達到62dB，采用4∶2∶2采樣格式，10比特量化的數字分量處理，并使用基于DCT的電平自適應幀內壓縮方式，壓縮比為2.3∶1，采用1/2英寸金屬帶，具有4通道48KHZ采樣，20比特線性量化的數字音頻。具有復制30代而無質量損失的圖像質量，并能兼容重放Betacam－SP模擬分量格式的錄像帶。
Digitial－S的信噪比優于55dB，采用4∶2∶2采樣格式，8比特量化的數字分量處理，使用DCT幀內壓縮方式，能達到廣播級質量。其壓縮比為3.3∶1，記錄碼率為50MB/S，具有2通道48KHZ采樣，16比特量化的數字音頻。Digitial－S格式充分考慮了與S－VHS錄像帶的互換性，采用1/2英寸金屬帶，機械結構與VHS相同，具有編輯處理圖像功能，向下兼容重放S－VHS錄像帶。其圖像質量接近數字Betacam水平。
Betacam－SX采用4∶2∶2采樣格式，8比特量化的數字分量處理，壓縮采用MPEG－2442方式，輸入的圖像以2幀為1GOP（圖像組），每個GOP的數據為固定長度。其壓縮比達10∶1，記錄碼率為18MB/S，圖像質量優于標準型Betacam－SP。對于音頻采用4通道48KHZ采樣，16比特量化的數字音頻。Betacam－SX格式采用1/2英寸金屬帶，其DVW－A系列錄像機可向下兼容重放Betacam－SP錄像帶。Betacam－SX錄像機還采用了無循跡重放方式，通過加裝4個重放磁頭，提高了可靠性。
DVCRPO是在后面要講的家用DV格式的基礎上，開發成功的專業用數字分量錄像機。它采用4∶1∶1采樣格式，8比特量化和DCT幀內壓縮方式，壓縮比為5∶1，記錄碼率為25MB/S，信噪比大于54dB，具有2通道48KHZ采樣，16比特量化的數字音頻。它使用1/4英寸金屬微粒帶，磁跡寬度18微米，具有兼容重放家用DV格式錄像帶的能力，其圖像質量相當于標準型Betacam－SP。另外，松下公司在DVCPRO的基礎上還推出了4∶2∶2采樣、記錄碼率為50MB/S的DVCPRO50格式，圖像信號壓縮為比3.3∶1，旋轉磁頭數和走帶速度都比DVCPRO增加了一倍。
DVCAM也是在家用DV格式的基礎上，開發成功的專業用數字分量錄像機。和DVCRRO一樣，其目標是高畫質、小型、輕量和低價格。它采用4∶2∶0采樣格式，8比特量化和DCT幀內壓縮方式，壓縮比為5∶1，記錄碼率為25MB/S，信噪比大于54dB，具有2通道48KHZ采（下轉第50頁）（上接第48頁）樣，16比特量化的數字音頻。它采用1/4英寸金屬微粒帶，磁跡寬度15微米，與家用DV格式雙向兼容，即DV格式磁帶可以在DVCAM錄像機上重放，DVCAM錄像機也能在DV格式錄像機上重放。其圖像質量相當于標準型的Betacam－SP。
家用DV格式，是在家用數字錄像機開發研制階段，為了避免重演模擬錄像機格式之爭，由世界上一些的電器公司共同制定的一個標準。目前，已有55家大公司宣布支持這一格式，使其成為標準。對于PAL制信號來講，它采用4∶2∶0的采樣格式、8比特量化和DCT幀內壓縮方式，壓縮比為5∶1，記錄碼率為25MB/S，信噪比可達54dB。對于音頻，可采用32KHZ采樣，16比特量化的雙聲道立體聲方式，也可采用32KHZ采樣，12比特量化的四聲道方式。家用DV格式的圖象質量是相當高的，遠遠超過了常見的S－VHS和Hi8，因為其亮度信號頻帶帶寬達6MHZ，色差信號的帶寬也分別達到了1.4MHZ和3MHZ。家用DV格式也采用1/4英寸金屬微粒帶，磁跡寬度10微米。
數字錄像機的發展方興未艾，但在目前仍是模擬與數字共存的時代，模擬錄像機在今后相當長的時期里不會退出歷史舞臺。不過數字化的序幕已經拉開，自然就會有好戲連臺。對于廣大中、小型用戶來說，應該將關注的目光投向DVCPRO和DVCAM格式。它們完夠滿足專業級的制作需要，而且具有兼容重放家用DV格式錄像帶的能力，可實現家用DV格式向專業制作領域的順得過渡。
監控系統設備介紹
①云臺
在前面的介紹中我們常提到云臺，但有的人對它沒有什么感性認識，其實云臺就是兩個交流電組成的安裝平臺，可以水平和垂直的運動。我們所說的云臺區別于照相器材中的云臺，照相器材的云臺一般來說只是一個三腳架，只能通過手來調節方位；而監控系統所說的云臺是通過控制系統在遠端可以控制其轉動方向的。云臺有多種類型：
按使用環境分為室內型和室外型，主要區別是室外型密封性能好，防水、防塵，負載大。按安裝方式分為側裝和吊裝，即云臺是安裝在天花板上還是安裝在墻壁上。按外形分為普通型和球型，球型云臺是把云臺安置在一個半球形、球形防護罩中，除了防止灰塵干擾圖像外，還隱蔽、美觀、快速。
在挑選云臺時要考慮安裝環境、安裝方式、工作電壓、負載大小，也要考慮性能價格比和外型是否美觀。
②支架
如果攝像機只是固定監控某個位置不需要轉動，那么只用攝像機支架就可以滿足要求了。普通攝像機支架安裝簡單，價格低廉，而且種類繁多。普通支架有短的、長的、直的、彎的，根據不同的要求選擇不同的型號。室外支架主要考慮負載能力是否合乎要求，再有就是安裝位置，因為從實踐中我們發現，很多室外攝像機安裝位置特殊，有的安裝在電線桿上，有的立于塔吊上，有的安裝在鐵架上……由于種種原因，現有的支架可能難以滿足要求，需要另外加工或改進，這里就不再多說了。
③防護罩
防護罩也是監控系統中zui常用的設備之一，主要分為室內和室外兩種。室內防護罩主要區別是體積大小，外形是否美觀，表面處理是否合格。功能主要是防塵、防破壞。室外防護罩密封性能一定要好，保證雨水不能進入防護罩內部侵蝕攝像機。有的室外防護罩還帶有排風扇、加熱板、雨刮器，可以更好的保護設備。當天氣太熱時，排風扇自動工作；太冷時加熱板自動工作；當防護罩玻璃上有雨水時，可以通過控制系統啟動雨刮器。
挑選防護罩時先看整體結構，安裝孔越少越利于防水，再看內部線路是否便于聯接，zui后還要考慮外觀、重量、安裝座等等。
④監視器
監視器是監控系統的標準輸出，有了監視器我們才能觀看前端送過來的圖像。監視器分彩色、黑白兩，尺寸有9、10、12、14、15、17、21英寸等，常用的是14英寸。
監視器也有分辨率，同攝像機一樣用線數表示，實際使用時一般要求監視器線數要與攝像機匹配。
另外，有些監視器還有音頻輸入、S-video輸入、RGB分量輸入等，除了音頻輸入監控系統用到外，其余功能大部分用于圖像處理工作，在此不作介紹。
⑤視頻放大器
當視頻傳輸距離比較遠時，采用線徑較粗的視頻線，同時可以在線路內增加視頻放大器增強信號強度達到遠距離傳輸目的。視頻放大器可以增強視頻的亮度、色度和同步信號，但線路內干擾信號也會被放大，另外，回路中不能串接太多視頻放大器，否則會出現飽和現象，導致圖像失真。
⑥視頻分配器
一路視頻信號對應一臺監視器或錄像機，若想一臺攝像機的圖像送給多個管理者看，選擇視頻分配器。因為并聯視頻信號衰減較大，送給多個輸出設備后由于阻抗不匹配等原因，圖像會嚴重失真，線路也不穩定。
視頻分配器除了阻抗匹配，還有視頻增益，使視頻信號可以同時送給多個輸出設備而不受影響。
⑦視頻切換器
多路視頻信號要送到同一處監控，可以一路視頻對應一臺監視器，但監視器占地大，價格貴，如果不要求時時刻刻監控，可以在監控室增設一臺切換器，把攝像機輸出信號接到切換器的輸入端，切換器的輸出端接監視器，切換器的輸入端分為2、4、
6、8、12、16路，輸出端分為單路和雙路，而且還可以同步切換音頻（視型號而定）。切換器有手動切換、自動切換兩種工作方式，手動方式是想看哪一路就把開關撥到哪一路；自動方式是讓預設的視頻按順序延時切換，切換時間通過一個旋鈕可以調節，一般在1秒到35秒之間。
切換器的價格便宜（一般只有三五百元），聯接簡單，操作方便，但在一個時間段內只能看輸入中的一個圖像。要在一臺監視器上同時觀看多個攝像機圖像，就需要用畫面分割器。
⑧畫面分割器
畫面分割器有四分割、九分割、十六分割幾種，可以在一臺監視器上同時顯示4、9、16個攝像機的圖像，也可以送到錄像機上記錄。
四分割是zui常用的設備之一，其性能價格比也較好，圖像的質量和連續性可以滿足大部分要求。九分割和十六分割價格較貴，而且分割后每路圖像的分辨率和連續性都會下降，錄像效果不好。
另外還有六分割、八分割、雙四分割設備，但圖像比率、清晰度、連續性并不理想，市場使用率更小。
大部分分割器除了可以同時顯示圖像外，也可以顯示單幅畫面，可以疊加時間和字符，設置自動切換，聯接報警器材。
⑨錄像機
監控系統中zui常用的記錄設備是民用錄像機和長延時錄像機，因其操作簡單易學，錄像帶也容易保存和購買。
與家用錄像機不同，延時錄像機可以長時間工作，可以錄制24小時（用普通VHS
錄像帶）甚至上百小時的圖像，可以聯接報警器材，收到報警信號自動啟動錄像，可以疊加時間日期，可以編制錄像機自動錄像程序，選擇錄像速度，錄像帶到頭后是自動停止還是倒帶重錄……
延時錄像機的性能雖然出眾，但價格不菲，而且目前分辨率不是很高，在延時錄像時圖像也會丟失一部分，回放的圖像是一頓一頓跳躍的。
鏡頭選購指南概要
常用的鏡頭種類包括：手動/自動光圈定焦鏡頭和自動光圈變焦鏡頭兩種。
定焦鏡頭分為標準鏡頭和廣角鏡頭兩種。定焦鏡頭的適用范圍如下：
手動光圈鏡頭：所需監視的環境照度變化不大，如室內。
自動光圈鏡頭：所需監視的環境照度變化大，如室外。
廣角鏡頭：監視的角度較寬，距離較近。
標準鏡頭：監視的角度和距離適中。
變焦鏡頭分為10倍、6倍和2倍變焦鏡頭，另一種分法是：手動變焦和電動變焦（電動光圈和自動光圈）兩種。
變焦鏡頭在規則上可以劃分為：1/3〃、1/2〃和1〃等。
選擇變焦鏡頭的原則是：鏡頭的規格不應小于攝像機的規格，也就是說1/2〃的鏡頭可以與1/3〃的攝像機一起使用，但是1/3〃的鏡頭就不能夠在
1/2〃的攝像機上使用。
如何選擇數字監控主機
智能數字監控主機分為兩大類
一類是用于保安監控項目（如樓宇、機場、博物館等保安監控項目）中的智能監控主機，它的特點是，功能齊全，具有良好的網絡傳輸功能，錄像速度慢，通過與傳感器、移動幀側的聯動，也能使錄像資源分配到zui需要的地方；
另一類數字監控系統主要用于銀行柜員制監控項目中的智能數字監控系統，它的特點是錄像速度高，每路每秒25幀，具有音頻輸入。如何選擇智能數字監控主機，首先應明確設備用在哪里，是保安監控項目，還是對錄像速度要求較高的銀行柜員項目，在不同類型的項目中應使用不同類型的智能數字監控主機，在保安項目中使用*類設備即可，而在銀行柜員制監控項目上使用*類設備，錄像速度無法滿足用戶要求，需要使用第二類數字主機。
選擇經過穩定性驗證的設備
智能數字監控主機的穩定性要從兩方面考察：
一是從硬件機構上看智能數字監控主機均是多路輸入，硬件可采用多卡方式，也可采用單卡方式，由于智能數字監控系統基本上都是PC機，且多以WIN98為操作平臺，因此采用單卡方式集成度高，穩定性會優于多卡方式，有些采用一路一卡的方式，很容易形成硬件沖突。
二是考察其軟件編程是否規范,這主要是通過長時間運行和操作來驗證，應對各項功能的長時運行進行觀察。
如何正確選用攝像機
攝像部分一般安裝在現場,它包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架和電動云臺。它的作用是對監視區域進行攝像并將其轉換成電信號。
像機分為彩色和黑白兩種，一般黑白攝像機要比彩色的靈敏度高，比較適合用于光線不足的地方，如果使用的目的只是監視景物的位置和移動，可采用黑白攝像機；如果要分辨被攝像物體的細節，比如分辨衣服和景物的顏色，則采用彩色的比較好。
攝像機的規格可分為1/3〃、1/2〃和2/3〃等，安裝方式有固定和帶云臺二種。
