一、鏡頭    鏡頭是攝像機(jī)的眼睛，為了適應(yīng)不同的監(jiān)控環(huán)境和要求，需要配置不同規(guī)格的鏡頭。比如在室內(nèi)的重點(diǎn)監(jiān)視，要進(jìn)行清晰且大視場(chǎng)角度的圖像捕捉，得配置廣角鏡頭；在室外的停車(chē)場(chǎng)，既要看到停車(chē)場(chǎng)全貌，又要能看到汽車(chē)的細(xì)部，這時(shí)候需要廣角和變焦鏡頭，在邊境線、海防線的監(jiān)控，需要超遠(yuǎn)圖像拍攝。
   1、鏡頭的主要參數(shù)
    焦距（f）：焦距是鏡頭和感光元件之間的距離，通過(guò)改變鏡頭的焦距，可以改變鏡頭的放大倍數(shù)，改變拍攝圖像的大小。當(dāng)物體與鏡頭的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，我們可用下面公式表達(dá)：鏡頭的放大倍數(shù)≈焦距/物距。增加鏡頭的焦距，放大倍數(shù)增大了，可以將遠(yuǎn)景拉近，畫(huà)面的范圍小了，遠(yuǎn)景的細(xì)節(jié)看得更清楚了；如果減少鏡頭的焦距，放大倍數(shù)減少了，畫(huà)面的范圍擴(kuò)大了，能看到更大的場(chǎng)景。
    鏡頭的主要參數(shù)
    視場(chǎng)角：在工程實(shí)際中，我們常用水平視場(chǎng)角來(lái)反映畫(huà)面的拍攝范圍。焦距f越大，視場(chǎng)角越小，在感光元件上形成的畫(huà)面范圍越小；反之，焦距f越小，視場(chǎng)角越大，在感光元件上形成的畫(huà)面范圍越大。
    光圈：光圈安裝在鏡頭的后部，光圈開(kāi)得越大，通過(guò)鏡頭的光量就越大，圖像的清晰度越高；光圈開(kāi)得越小，通過(guò)鏡頭的光量就越小，圖像的清晰度越低。通常用F（光通量）來(lái)表示。F=焦距（f）/通光孔徑。在攝像機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，我們可以常常看到6mm/F1.4這樣的參數(shù)，它表示鏡頭的焦距為6mm，光通量為1.4，這時(shí)我們可以很容易地計(jì)算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下，F(xiàn)值越小，光圈越大，到達(dá)CCD芯片的光通量就越大，鏡頭越好。
2、鏡頭的分類
    按視角的大小分類
    按光圈分類

二、提高圖像清晰的根本在于提高攝像機(jī)的感光能力
1、感光元件的作用
    目前，主流監(jiān)控?cái)z像機(jī)的感光元件采用CCD元件，實(shí)際上就是光電轉(zhuǎn)換元件。和以前的CMOS感光元件相比，CCD的感光度是CMOS的3到10倍，因此CCD芯片可以接受到更多的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)視頻處理電路濾波、放大形成視頻信號(hào)輸出。接受到的光信號(hào)越強(qiáng)，視頻信號(hào)的幅值就越大。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到視頻圖像。提高圖像清晰的根本就在于提高攝像機(jī)的感光能力。
    2、鏡頭與CCD感光元件的配置
    在圖一中我們可以看到，CCD傳感器上形成的圖像比原始圖像小，CCD芯片成像面的尺寸規(guī)格不同，形成的圖像大小也不同。
    CCD的成像尺寸常用的有1/2英寸、1/3英寸，CCD的尺寸規(guī)格決定了攝像機(jī)的規(guī)格。
    鏡頭與CCD感光元件的配置
    CCD的成像尺寸，也就是攝像機(jī)畫(huà)面寬度和高度的比例與電視機(jī)畫(huà)面寬度和高度比例一樣，通常為4：3。這樣保證了攝像機(jī)的視頻圖像在顯示器上的圖像不變形。

鏡頭的規(guī)格也分為1/2英寸、1/3英寸等，1/2英寸的鏡頭可用于1/2英寸、1/3英寸的攝像機(jī)；而1/3英寸的鏡頭只能用于1/3英寸的攝像機(jī)，不能用于1/2英寸的攝像機(jī)，這是因?yàn)?/3英寸鏡頭光通量只有1/2英寸鏡頭光通量的44%，不能滿足1/2英寸的攝像機(jī)的光通量要求。
鏡頭焦距的配置我們還是以圖一來(lái)說(shuō)明。確定合適的焦距，是決定圖像質(zhì)量重要因素。f=vD/Vf=hD/H。其中，f代表焦距，v代表CCD成像尺寸的高度，V代表被觀測(cè)物體高度，h代表CCD成像尺寸的寬度，H代表被觀測(cè)物體寬度，D代表物體到鏡頭的距離。假設(shè)用1/3”CCD攝像頭觀測(cè)，被測(cè)物體寬500毫米，高400毫米，鏡頭焦點(diǎn)距物體5000毫米。由公式可以算出：焦距f=4.8×5000/500≈48毫米或焦距f=3.6×5000/400≈45毫米。
三、如何在光照條件很差的環(huán)境中拍攝到清晰的圖像
    監(jiān)控?cái)z像機(jī)要求能在夜晚光照條件很差甚至是沒(méi)有光的環(huán)境中，也能拍攝到清晰圖像。在攝像機(jī)的指標(biāo)中，我們常常可以看到低照度這一項(xiàng)。
  1、照度的概念
      照度是測(cè)量攝像機(jī)感光度的單位，用勒克司（Lux）表示，也就是攝像機(jī)能在多暗的光照條件下拍攝到圖像。勒克司（Lux）的值越低，表明攝像機(jī)能在光照條件更低的情況下拍攝到清晰的圖像。我們知道攝像機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)標(biāo)稱值為1v，標(biāo)準(zhǔn)值為700mv，比如采用光圈為F1.2的鏡頭，當(dāng)被拍攝景物的照度值為0.02Lux時(shí),攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅值為標(biāo)準(zhǔn)幅值700mv的33%-50%，這時(shí)攝像機(jī)的最低照度為0.02Lux/F1.2。測(cè)試最低照度值必須注意鏡頭光圈大小，F(xiàn)值越小，光圈越大，需要的照度越低。不同的光圈，最低照度值是不同的。
    2、實(shí)現(xiàn)低照度攝象的方案
我們知道CCD攝像機(jī)可以分為彩色與黑白攝像機(jī)，普通攝像機(jī)的最低照度見(jiàn)下表。
    普通攝像機(jī)的最低照度
    可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為380nm～780nm，可見(jiàn)光波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫，波長(zhǎng)比紫光短的稱為紫外光，波長(zhǎng)比紅外光長(zhǎng)的稱為紅外光。CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD不能接受紫外光。普通彩色攝像機(jī)的CCD芯片上有紅、綠、藍(lán)三色濾光條，所以彩色攝像機(jī)不能感受紅外光。而普通CCD黑白攝像機(jī)的光譜范圍很寬，不僅能感受可見(jiàn)光，而且可以感受紅外光。
根據(jù)以上原理，在光照條件很差的環(huán)境中，工程師們常常采用以下方案拍攝到清晰的圖像。

1）、普通低照度CCD黑白攝像機(jī)+紅外燈
    在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)安裝紅外燈輻射“照明”，產(chǎn)生人眼看不見(jiàn)而普通攝像機(jī)能捕捉到的紅外光，通過(guò)CCD黑白攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)夜間拍攝。
    （2）、彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)+紅外燈
    所謂彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)就是指白天是彩色攝像機(jī)，到了晚上光照條件很差的時(shí)候，利用黑白圖像對(duì)紅外線感度較高的特點(diǎn)，自動(dòng)切換為黑白方式,在紅外線的配合下進(jìn)行拍攝。和紅外燈配合時(shí)候，低照度攝像機(jī)必須滿足紅外燈支持的最低照度。
    （3）、紅外低照度彩色攝像機(jī)
    紅外低照度彩色攝像機(jī)的紅外感度比一般攝像機(jī)高4倍以上，可以在零照度（0Lux）下工作。
    紅外低照度彩色攝像機(jī)

（4）低速快門(mén)攝像機(jī)
    低速快門(mén)攝像機(jī)又稱畫(huà)面累積型攝像機(jī)，通過(guò)電腦連續(xù)存儲(chǔ)多幀（最多達(dá)128幀）因光線不足而較模糊的畫(huà)面，并累積起來(lái)，成為清晰的畫(huà)面，借助SLOWSHUTTER技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在0.008LUX/F1.2照度下進(jìn)行拍攝。這種低照度攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館、夜間生物活動(dòng)觀察、夜間軍事海岸線監(jiān)視等。
    （5）、超低照度攝像機(jī)
超低照度攝像機(jī)采用EXVIEWHAD技術(shù)大大提高了感光度，其彩色照度可達(dá)0.05LUX，黑白則可達(dá)0.003-0.001LUX。當(dāng)配用專用的紅外設(shè)備，可以得到高清晰度的黑白圖像，實(shí)現(xiàn)0Lux下拍攝
四、攝像機(jī)的控制

為了擴(kuò)大監(jiān)控范圍，要求監(jiān)控?cái)z像機(jī)能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、變焦、變放大倍數(shù)，自動(dòng)聚焦等。這些功能的實(shí)現(xiàn)，需要數(shù)字硬盤(pán)錄象機(jī)通過(guò)控制器對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制。
    1、旋轉(zhuǎn)控制
工程師們利用云臺(tái)來(lái)安裝和固定攝像機(jī)，云臺(tái)分為固定云臺(tái)和電動(dòng)云臺(tái)。固定云臺(tái)適用于監(jiān)視范圍不大的情況，在固定云臺(tái)上安裝好攝像機(jī)后，調(diào)整攝像機(jī)的水平和俯仰角度，達(dá)到最好的工作狀態(tài)后鎖定調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以了。電動(dòng)云臺(tái)安裝了步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)接受來(lái)自控制器的信號(hào)，帶動(dòng)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)精確定位，適用于大范圍監(jiān)控。
    云臺(tái)根據(jù)其回轉(zhuǎn)的特點(diǎn)可分為只能左右旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)云臺(tái)和既能左右旋轉(zhuǎn)又能上下旋轉(zhuǎn)的全方位云臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，水平旋轉(zhuǎn)角度為0°～350°，垂直旋轉(zhuǎn)角度為+90°。恒速云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)速度一般在3°～10°/s，垂直速度為4°/s左右。變速云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)速度一般在0°～32°/s，垂直旋轉(zhuǎn)速度在0°～16°/s左右。在一些高速攝像系統(tǒng)中，云臺(tái)的水平旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)480°/s以上，垂直旋轉(zhuǎn)速度在120°/s以上。
    2、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)變焦、變倍、自動(dòng)聚焦

1）所謂一體化攝像機(jī)就是使鏡頭、CCD芯片、視頻處理電路、電源、機(jī)殼整合為一個(gè)整體，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)變焦、變倍、自動(dòng)聚焦功能。能否快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦是評(píng)價(jià)一體化攝像機(jī)品質(zhì)的關(guān)鍵。好的產(chǎn)品可以一次性準(zhǔn)確聚焦，而品質(zhì)不好的產(chǎn)品，在聚焦時(shí)會(huì)來(lái)回往復(fù)，需要多次才能定焦。目前的一體化攝像機(jī)以16、18、20、22、27、32倍變倍為主流，發(fā)展趨勢(shì)是照度越來(lái)越低，光學(xué)倍數(shù)越來(lái)越高。注意這里的變焦倍數(shù)是指光學(xué)變倍。
一體化攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是鏡頭、CCD和DSP處理模塊。高檔鏡頭主要被日本廠商所掌握，如Canon、Camputar、Avenir等。CCD芯片以日本Sony為主，SonyCCD分為SuperHAD和Exview兩種類型，其中Exview是最新技術(shù)，普遍采用1/4寸尺寸，性噪比高于SuperHAD；在DSP處理芯片上，Sony的DSP芯片可以很好的處理圖像色彩，使圖像看上去十分鮮艷。而Canon、Nikon的DSP在捕光模式和對(duì)焦上比較好。

2）采用電動(dòng)變焦鏡頭+普通攝像機(jī)-
把電動(dòng)變焦鏡頭和普通攝像機(jī)結(jié)合起來(lái)，利用普通攝像機(jī)視頻驅(qū)動(dòng)的原理，實(shí)現(xiàn)鏡頭焦距、光圈、聚焦的自動(dòng)控制。目前有些廠家開(kāi)發(fā)出了超高倍率的60倍電動(dòng)變焦鏡頭”D60×12.5”。其750mm（使用變焦擴(kuò)展鏡時(shí)可達(dá)1500mm）的焦距可以鮮明地識(shí)別3公里遠(yuǎn)處的人物。

五、視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸
1、模擬攝像機(jī)+數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

這是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)定端口、網(wǎng)關(guān)和路由，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)作為服務(wù)器，在遠(yuǎn)程客戶的計(jì)算機(jī)上安裝專用監(jiān)控軟件或插件，用戶便可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)看到數(shù)千里之外的現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)單路、多路視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控和錄像。
 2、模擬攝像機(jī)+網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)-

模擬攝像機(jī)輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊彩菙?shù)字信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器（VideoServer）把模擬攝像機(jī)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高效壓縮芯片壓縮、編碼，輸出可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸。因此，也可以把網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器稱為視頻編碼器（VideoCoder）。當(dāng)視頻服務(wù)器的一端連接著模擬攝像機(jī)的輸出信號(hào)，另一端插上計(jì)算機(jī)網(wǎng)線，然后在互聯(lián)網(wǎng)中的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)中設(shè)置好網(wǎng)關(guān)、路由，打開(kāi)IE瀏覽器，輸入IP地址或者域名就可以在電腦中看到監(jiān)控的畫(huà)面了。如果模擬攝像機(jī)配置有云臺(tái)，我們還可以通過(guò)電腦對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行變焦、變倍、旋轉(zhuǎn)等控制操作。在網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器中還得嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以是Linux版本，也可以是Windows版本，從穩(wěn)定性上講，Linux版本更勝一籌。采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可以選擇和配備不同的攝像機(jī)，具有更多的靈活性。
3、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
    網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就是將模擬攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器整合在一起。在攝像機(jī)里面內(nèi)置模/數(shù)轉(zhuǎn)換、視頻服務(wù)器功能，和網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器一樣，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，還可以接收?qǐng)?bào)警信號(hào)及向外發(fā)送報(bào)警信號(hào)。這更方便了，只要把網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)安裝好，插上網(wǎng)線就可以瀏覽了。

 4、CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)
    上面介紹的傳輸是有線傳輸，但是在移動(dòng)的交通工具（汽車(chē)）、偏遠(yuǎn)的礦山、山區(qū)，采用有線傳輸顯然是很困難的，我們可以利用成熟的無(wú)線通訊技術(shù)。這里的代表產(chǎn)品有中國(guó)聯(lián)通的移視通。移視通CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是把CDMA數(shù)據(jù)通訊功能和數(shù)字視頻編碼功能整合成一體的便捷式產(chǎn)品。它把攝像機(jī)圖像經(jīng)過(guò)視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過(guò)智能無(wú)線通訊終端發(fā)射到CDMA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、編解碼，鏈路的控制維護(hù)等功能。該系統(tǒng)可以把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到距離用戶最近的聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^(guò)Internet從系統(tǒng)中控端得到實(shí)時(shí)圖像信息。系統(tǒng)整合了CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，隨時(shí)隨地的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。
六、常用技術(shù)指標(biāo)解釋
    1、分辨率

圖像分辨率簡(jiǎn)單說(shuō)就是指屏幕水平和方向垂直方向所顯示的點(diǎn)數(shù)。比如1024×728，其中“1024”表示屏幕上水平方向顯示的點(diǎn)數(shù)，“768”表示垂直方向顯示的點(diǎn)數(shù)。分辨率越高，圖像就越清晰。分辨率越高圖像的顯示越清晰。
2、清晰度
    攝像機(jī)的清晰度用線表示，分為水平線和垂直線，在實(shí)際的工程應(yīng)用中我們常常以水平線作為攝像機(jī)清晰度的評(píng)估指標(biāo)，線數(shù)越多，則清晰度越高。常用的黑白攝像機(jī)的清晰度一般為450-600，而彩色攝像機(jī)的清晰度一般為330-480，其數(shù)值越大成像越清晰。一般的監(jiān)視場(chǎng)合，用450線左右的攝像機(jī)就可以滿足要求，對(duì)于醫(yī)療、圖像處理等特殊場(chǎng)合，用600線的攝像機(jī)能得到更清晰的圖像。

3、自動(dòng)增益控制（AGC）
    為了使攝像機(jī)能在不同的照度條件下輸出標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，在視頻處理電路中引入了自動(dòng)增益控制（AutoGainControl），通過(guò)檢測(cè)視頻信號(hào)的平均電平值而實(shí)現(xiàn)增益反饋控制。具有AGC功能的攝像機(jī)，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì)有所提高，但同時(shí)也放大了干擾信號(hào)，使圖像看上去有雜波。
4、背光補(bǔ)償（BLC）

當(dāng)攝像機(jī)處于逆光環(huán)境中拍攝時(shí)，畫(huà)面會(huì)出現(xiàn)黑色的圖像，然而在安防中逆光環(huán)境是難以避免的，這個(gè)時(shí)候就需要進(jìn)行背光補(bǔ)償。當(dāng)引入背光補(bǔ)償功能時(shí)，攝像機(jī)如果檢測(cè)到拍攝圖像一個(gè)區(qū)域中的視頻電平比較低，通過(guò)上面介紹的AGC電路改善和提升該區(qū)域的視頻電平，提高輸出視頻信號(hào)的幅值，使圖像整體清晰明亮。如果你想看的主題因明亮的背景而顯得暗淡，可以把BLC設(shè)置到ON狀態(tài)，從而補(bǔ)償強(qiáng)烈的背光。
5、電子快門(mén)（EE/AI）切換
    在攝像機(jī)的后部端子我們常?？梢钥吹紼E/AI切換開(kāi)關(guān)。EE就是指電子快門(mén)方式；AI就是指自動(dòng)光圈鏡頭方式。攝像機(jī)的電子快門(mén)一般設(shè)置為自動(dòng)電子快門(mén)方式，通過(guò)電子快門(mén)方式，根據(jù)入射光的強(qiáng)弱來(lái)調(diào)節(jié)CCD圖像傳感器的曝光時(shí)間，從而得到清晰的圖像，電子快門(mén)的時(shí)間在1/50-1/100000秒之間。

  6、信噪比
    指信號(hào)電平與雜波電平的比，雜波包括電源雜波、隨機(jī)雜波、單頻雜波等。常常用分貝（dB）表示。信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜波越少，圖像信號(hào)質(zhì)量越高。信噪比不得低于48dB。
7、白平衡（AWB）
    彩色攝像機(jī)要還原被攝物體的顏色，必須保持白平衡正常。