第一节、摄像机摄像机的发展速度很快，从摄像管到CCD元件，以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击等特点，同时清晰度、照度、可靠性等指标大大提高而被广泛应用。CCD是Charge Coupled Device（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。

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。

一、CCD摄像机的分类㈠按照成像色彩划分

CCD摄像机按成像色彩划分为彩色摄像机和黑白摄像机两种。除色度处理方面不同外，其它原理基本一致。主要有光学系统、光电转换系统、信号处理系统组成。其中光电转换系统是摄像机的核心。

自然图像通过光学镜头成像于摄像机的光靶面上，彩色摄像机的光学系统中使用相干分色棱镜或特殊条状滤色镜将光信号分成红、绿、蓝三色光信号，光电转换系统通过摄像管或CCD元件利用电视扫描方法把光图像信号转换成随时间变化的视频电信号，再经放大、处理、编码而成为全电视信号。

㈡按照分辨率划分

按照分辨率划分为25万像素左右，对应彩色330线/黑白400线的低档型；25万至38万像素之间，对应彩色420线/黑白500线的中档型；38万像素以上，对应彩色大于或等于460线黑白570线以上的高档型。

㈢按照摄像机灵敏度划分

按照灵敏度可分为最低照度1至3lux的普通型；0.1lux左右的月光型；0.01lux以下的星光型以及原则上可以为0Lux，采用红外光源成像的红外照明型。

㈣按照CCD靶面尺寸划分

摄像机摄像器件（CCD）的尺寸分为1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/2英寸最为常见。

1/5英寸的CCD摄像机正待开发之中，将来也会在市场上占有一定比例。一般来说，大的CCD芯片，其相应的象素面积也较大，接收所摄光的面积增大，必然使象素输出电荷增多，灵敏度上升，在弱光条件下具有较好的拍摄能力，容易使摄像机整体质量提高，图像细部明显细腻自然。而光学系统聚焦影像时的焦平面越小，则成像过程中丢失的细节就越多，得到的影像放大后细部过渡就可能有突变的现象，显得不自然。另外小尺寸CCD拥有更多的象素和更高的分辨率也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。单个像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄。每个象素上的信息趋于与在它附近的象素的信息混合（在电子学上这个概念叫做色度亮度干扰）。

二、CCD传感器的技术发展趋势CCD是摄像机的核心器件，因此其性能高低将直接影响摄像机的品质，并且CCD的发展是摄像机更新换代的基础。

CCD传感器有两种，第一种是特殊CCD传感器，如红外CCD芯片（红外焦平面阵列器件）、高灵敏度背照式和电子轰击式CCD、EBCCD等，另外还有大靶面如2048×2048、4096×4096可见光CCD传感器、宽光谱范围（紫外光→可见光→近红外光→3-5μm中红外光→8-14um远红外光）焦平面阵列传感器等。目前已有商业化产品，并广泛应用于各个领域。第二种是通用型或消费型CCD传感器，在许多方面都有较大地进展，总的方向是提高CCD摄像机的综合性能。

㈠CCD传感器的像面尺寸向集成化、轻量化方向的发展。

由于制造CCD传感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD传感器芯片；由于光刻机的进步，所以在仍保持具有很高灵敏度的特性下，CCD传感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向发展。在1993年，1/2英寸的CCD传感器占总产量的5%;1/4英寸的CCD传感器占总产量的10%；1/3英寸的CCD传感器占总产量的85%。在1997年，在总产量比1993年增加200%以上的情况下，1/2英寸的CCD传感器仍有很大发展，已占总产量的15%（1/2英寸由于靶面较大仍有许多场合需要，尤其在科研领域中）；1/4英寸的CCD传感占总产量的60%。也就是说，1/2英寸较大靶面尺寸CCD传感器仍有很大增长。1/4英寸的CCD传感器的产量比1/3英寸的CCD传感器来说，占总产量的比例在减少。

㈡CCD传感器向高素数、多制式发展

各种CCD传感器的像面尺寸在减少，但其像素数在增加，已由早期的512（H）×596（V）向795（H）×596（V）发展，甚至出现超过百万像素的CCD传感器。为提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已从通常的隔行扫描向逐行扫描格式发展。

㈢降低CCD传感器的工作电压、减少功耗

在初期研制的CCD摄像机有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的为+12V。为配合PC摄像机和网络图像传输的应用，逐步以+12V和+5V两种工作电压为主。

⑷提高CCD摄像机的制造效率

为了降低CCD摄像机的制造成本，实现高速自动化生产，制造厂家追求紧密性结构，致力于CCD摄像机的小型化，即由Dip On
Board（DOB）过锡板工艺改进为Chip On Board（COB）板上连接IC芯片的贴片方式。到目前为止，已实现多层板的Multi Chip
Module（MCM）多芯片集成模组化制造技术。

㈤CCD摄像机的数字化

在制造CCD摄像机时，从以往的Analog模拟系统逐步实现DSP数字化处理，可以借助电子计算机和专门软件系统实现对CCD摄像机，特别是对彩色CCD摄像机的各种参数的量化调整，可以确保CCD摄像机性能指标的优化一致性以及在特殊使用条件下的参数量化修改。

三、CCD摄像机的技术性能、特点及进展㈠Hyper-D高动态范围CCD摄像机

CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。但是人眼在观察目标时，可以看清目标的最低照度为1Lux，当目标照度达到3×105Lux时，即为人眼动态范围，这种摄像机被称为Hyper-D
CCD摄像机。

㈡从模拟Analog CCD摄像机向DSP数字处理CCD摄像机方向的发展

采用DSP技术，可以使CCD摄像机在数字检测和数字运算技术上能够有效实现智能化逆光背景补偿；能够自动跟踪白平衡，即可以在任何条件下检测和跟踪“白色”，并以数字运算处理功能来再现原始的景物色彩。

㈢电脑摄像机（PC camera）和网络摄像机（Network Camera）

由于计算机的进步和发展，可通过计算机主板上的USB接口通用串行总线和IEEE1394高速串行综合数据传输接口以及PCMCIA来输入。USB接口的传输速率是12Mbps，IEEE1394接口的传输速率是100-400Mbps。随着国际信息高速公路的实施，对于CCD摄像机作为系统的前端图像传感器正向着适合网络用户的方向发展。CCD摄像机不仅需具有高分辨率的图像质量，而且还需具有小巧、使用简便、通用性强的特点。当前人们关注的Consumer
CCD摄像机在不久的将来会普及到千家万户。

㈣逐行扫描（Progressive Scan）方式CCD摄像机

Progressive Scan
CCD摄像机即逐行扫描CCD，是相对通用的隔行扫描CCD摄像机而言的。CCD摄像机的垂直分辨率一般仅能达到350TV线，这是由于使用
2场，每场以311条线扫描，以2∶1隔行扫描，对运动的目标会由于奇场和偶场合为一帧，使用两个瞬间状态的信息被平滑了，分辨率会不降。而用PC逐行扫描方式摄像机拍摄的运动目标是在同一瞬间将两场图像同时采集成为一帧图像，达到提高垂直分辨率的作用。综上所述，到21世纪，世界将进入信息时代，数字化、计算机化、通讯、电视融为一体的网络化即将成为现实，让人们去面对、去学习、去研究。从整个系统来讲，CCD摄像机是核心的元件之一，但由于我国CCD摄像机制造技术和CCD传感器生产线正处于发展和不断完善的阶段，因此，目前我国CCD产业亟待发展，才能适应市场的需求。随着我国经济的高速增长，信息产业化进程的加快，CCD摄像机的市场会越来越大，应用的领域将深入到每一个相关的专业领域，将给人们带来新的概念。

六、球型摄像机球型摄像机是指将摄像机、镜头等设备组合内置在球型防护罩内的摄像设备。以球型防护罩区分，有全球型和半球型；以球型摄像机的性能区分为定焦镜头球型摄像机或定焦镜头球罩型摄像机和内置摄像机、变焦镜头、云台、解码器等设备的一体化智能球机；以安装方式区分，有悬吊式、吸顶式和嵌入式等；以应用环境区分为室内型和室外型。

球型摄像机造型美观、安装隐密、使用方便、功能齐全，深受广大用户的青睐。特别是一体化智能球机以单一设备取代了传统的摄像机、变焦镜头、快速云台、遥控解码器等设备的组合，在性能价格比上占有很大的优势，成为球型摄像机的主流，因此我们常说的球机实际上是指这种智能球机。

㈠智能球机的功能

由于智能球机是多个前端设备的组合，因此需要具备这些设备的必需功能。一般来说，作为高端产品的智能球机应具有较高的摄像清晰度、自动电子快门、自动白平衡、电子与数码变焦、自动光圈与自动聚焦、水平连续旋转、高转速、预置位等功能。

智能球机还根据使用环境的不同而具备多项辅助功能以满足不同的气候条件，如内置风扇、加热器等。

㈡智能球机的优势与不足

相对与传统的摄像机、镜头、云台、防护罩、解码器组合，智能球机安装结构简单，所需连接的线缆数量少，几乎不需要调试的特点降低了安装难度，减少故障发生率；其外观精美，体积小巧便于隐蔽监视，并且不影响现场美观程度；快速旋转能力更能准确快速追踪目标；造价相对低廉等。

智能球机也同样存在一定的不足之处。由于整机体积小，摄像机、镜头体积也相应变小，摄像机以1/4英寸CCD居多，其清晰度和光通量不及1/2和1/3英寸CCD的摄像机；镜头虽然变焦倍数较大，常见的有18倍、22倍，但起始焦距较小，一般为4mm，因此最大焦距不超过100mm，因此在需要监视大范围、远距离的目标时力有未逮；球机的防护罩外型为半球或球型，不能加装雨刷器，长时间使用后会因为积垢影响图像质量；球型罩对加工材料，光洁度、平整度、曲率、均匀度等加工工艺要求很高，劣质球罩会产生重影、透光率下降、反光、弧形失真等现象，影响监视效果。

㈢智能球机的发展

未来产品将会以小型化、智能化（具备自动追踪功能）、超低照度等功能为主。部份厂商更进一步的指出，快速球在工程中的应用已得到认同，单就利润方面来考量，应用场所多集中在社区监控（如高速公路、街道等）为多，而日夜两用（彩色黑白自动转换）的快速球型摄影机势必将更适合应用场所。另外，随著网络的普及，网络化、数字化乃大势所趋，通过网络进行控制并现有的监控系统相兼容，也是厂商未来的发展重点之一。

七、低照度摄像机顾名思义，低照度摄像机是指在较低光照度的条件下仍然可以摄取清晰图像的摄像机，目前CCTV产业的技术规格方面对此并无统一标准，因此也无法定义在最低照度为何值可称其为低照度摄像机。况且最低照度的数值与镜头的光圈大小（F值）、电子灵敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）、红外线开关状态等条件均有关系，因此需要在相同测试条件下考察摄像机的最低照度。

低照度摄像机在市场的演进简单分为以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快门（SLOW/SHUTTER）及超感度摄像机（EXVIEW HAD）。

㈠白天彩色/晚上黑白（昼夜型摄像机COLOR/MONO）

此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群，昼夜型（COLOR/MONO）摄像机是利用黑白图像对红外线感度较高的特点，在一定的光源条件，利用线路切换的方式将图像由彩色转为黑白，以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中，早期像PHILIPS（飞利浦）、IKEGAMI（池上）、日本JVC曾采用2颗SENSOR（1颗彩色、1颗黑白）共用一组电路再行切换，目前此类摄像机已采用单一CCD（彩色）设计，在白天或光源充足时为彩色摄像机，当夜晚降临或光源不足时（一般在1LUX～3LUX）即利用数字电路将彩色信号消除掉，成为黑白图像，且为了搭配红外线，亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器，此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的，白天却有图像模糊，色彩不自然的缺点，并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。然而，COLOR/MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机，仍相当具争议性，专家指出真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身（所采用的元件、技术）可达到的功能，而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD灵敏度，本身并无法改变，只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升，不能算是低照度摄像机。

㈡低速快门（SLOW/SHUTTER）

此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，是利用电脑记忆体的技术，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个图像清晰的画面，运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且画面能够累积的帧数
（128帧）是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。此类型的低照度摄像机，大多数为进口品牌价格昂贵，且累积帧数少（32帧）。

㈢超感度摄像机（EXVIEW/HAD）

超感度摄像机（EXVIEW/HAD），又称24小时摄像机，为98年全世界最热门的机种，其彩色照度可达0.05LUX，黑白则可达0.003-0.001LUX（亦可搭配红外线以达
0LUX）不仅能清晰的辩识图像，更是实时连续的画面。 此类型摄像机主要是采用SONY元件厂于97年所推出的EXVIEW/HAD/CCD（超感
CCD），其运用专利技术将CCD每一像素的开口率提高，进而达到更低照度的要求，由于该CCD的制造成本仍高，在99年统计时全球每个月的总量也还不到4000台；相对的成品制造商要研发此类摄像机的技术门槛也较高。专业人士认为若EXVIEW/HAD/CCD一旦普及，则此类摄像机将会是最具明日之星架势的监视摄像机。

八、网络摄像机与低照度摄像机一样，目前业界对网络摄像机也没有统一的标准定义。有两种流行的说法：第一，直接连接网络的摄像机就是网络摄像机；第二，使用网络来传输图像的摄像机就是网络摄像机。

典型的网络摄像机包括一个镜头，一个滤光器，一个嵌入式图像感测器，一个图像数字转换器，图像压缩机，和一个具有网络连接功能的服务器。

㈠网络摄像机的功能

每一个网络摄像机都有自己的IP网址，数据处理功能，和内置应用软件，可担当网络服务器、FTP服务器、FTP用户端和邮箱用户端。许多高级的IP网络摄像机还包括其他特殊功能，比如移动探测、警报信号输出/输入设备和邮件支持功能网络摄像机不但支持所有的标准模拟CCTV摄像机功能，而且为使用者提供更多的系统功能并能减少更多的成本

网络摄像机采用了最先进的摄像技术和网络技术，具有强大的功能。内置的系统软件能实现真正的即插即用，使用户免去了复杂的网络配置；内置的大容量内存存储警报触发前的图像；内置的I/O端口和通讯口便于扩充外部周边设备如：门禁系统，红外线感应装置，全方位云台等。提供软件包便于用户自行快速开发应用软件。

㈡网络摄像机的优势

网络摄像机最显著的优势之处有两个方面：集中管理和远距离。集中管理是指监控点很多的系统采用模拟CCTV系统是难以控制其中，集中管理是指像布鲁塞尔国际机场有600个点的系统，采用传统模拟CCTV系统是难以控制的；远距离是指范围超过50公里的系统，采用传统模拟CCTV系统如光纤将使成本大大增加

网络摄像机除能在世界的任何一个角落通过Internet进行远端监控之外，通过网络监控也可能有效地降低成本，它的“即插即用”功能，无须像模拟摄像机一样必须安装同轴电缆，只要利用现有的网络就可以使用，这都是网络摄像机的优势之处。

㈢网络摄像机的压缩方式

无论在局域网或者其它媒体中传输高品质的图像都要受到带宽的限制，因此图像品质与带宽的平衡是网络摄像机选择图像压缩格式的两难。由于MJPEG压缩模式比起H.263和MPEG4等压缩格式要占用大得多的带宽，早期因为比较容易实现而受到制造商欢迎的MJPEG图像压缩格式正在被放弃。目前，新型的网络摄像机产品大多都采用H.263和MPEG4等压缩格式。

如果网络摄像机价格调整到下来，在后端的电脑上随意安装一套软件将彻底代替目前的DVR。因此，DVR只是在数字化道路上迈出的一小步，一旦网络摄像机的有利条件成熟，DVR将毫无疑问地被取代。

㈣网络摄像机的特点

相较其它模拟CCTV或者DVR等监控产品，网络摄像机主要优势是：

节省费用：到目前为止，普通网络图像解决方案通常都是需要复杂的系统，涉及到PC、附加软件和硬件、工作站，有时还有视频电缆系统。而网络摄像机系统往往不需要一些不必要的设备和安装的投入，系统可以通过网络直接连接实现远端监控，省去了闭路电视，大幅度减少了线材及人力费用，降低了成本。

即插即看：网络摄像机具备了所有需要用来建立远程监控系统的构件。内置Web
server功能，只需要接入以太网，分配一个地址，就可以通过网络可直接实现远端监控，并随时用浏览器观察远程传输过来的图像。

系统性能高：系统画面设置灵活，可依应用不同及用户喜好自行设定画面的大小、解析度以及监控的地点，达到多点网络控的目的。如支持W74GM网络摄像机的NCS软件，多用户可同时访问某个网络摄像机，当触发报警时，它可以自动存储报警前后一定时间段内的活动图像，具有许多功能。

网络中易于使用：基于全球业界标准，网络摄像机可以与各种类型的以太网设备无缝连接。在某种意义上，网络摄像机是一个标准的网络设备。而一但是网络设备，在全球单一网络的今天，易于使用、价格低廉等都将是网络摄像机的特点。

灵活集成：系统可以方便地联动其它安全防范设备，如湿度、温度、烟感、入侵等报警器；同时可以连动灯光、警号、锁具等动作设备，这使得它可以方便地组成一套功能强大的安全防范系统。

相信网络摄像机在不久的将来将在CCTV的基础上占优势地位

九、摄像机的日常维护由于工业CCD摄像机是24小时不间断地工作，因此作好摄像机的日常维护将对其使用寿命和效果具有很大的影响，摄像机的日常维护应注意如下几点：

㈠通电以前应保证摄像机各种状态设置正确。

㈡避免在高温、潮湿、强磁场的环境工作。

㈢避免阳光或强光长时间直射，以免损坏摄像靶面。

㈣注意摄像机的工作电源的稳定性。

㈤注意摄像机的日常清洁。

㈥注意光圈调整，降低或避免由于景物对比度的较大反差引起的“拖尾”现象。