安防监控基础知识之摄像机技术V1.0

安防监控基础知识之--摄像机技术

安防监控基础知识之—摄像机技术

目录

第一章摄像机综述 (1)

1.1摄像机历史 (1)

1.2摄像机原理 (2)

1.3摄像机分类 (5)

1.3.1摄像机类型 (5)

1.3.2外观 (8)

1.3.3像素、分辨率、清晰度 (12)

第二章摄像机功能和性能 (15)

2.1低照度摄像机 (15)

2.1.1白天彩色/晚上黑白（昼夜型摄像机COLOR/MONO） (15)

2.1.2低速快门（SLOW/SHUTTER） (16)

2.1.3超感度摄像机（EXVIEW/HAD） (16)

2.1.4最低照度 (16)

2.2宽动态摄像机 (17)

2.3背光补偿 (18)

2.4强光抑制 (19)

2.4.1实现方法 (20)

2.5隐私遮挡 (21)

2.6白平衡 (21)

2.7电子快门 (22)

2.8日夜切换 (22)

2.9自动增益 (23)

第三章摄像机技术方案 (25)

3.1模拟与数字解决方案技术比较 (25)

3.1.3可靠性 (26)

3.1.4延迟 (27)

i

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3.1.5系统功能实现方法 (27)

3.1.6操作界面 (27)

3.1.7图像记录 (27)

3.1.8系统结构灵活性 (28)

3.1.9系统保密性 (28)

3.1.10其它系统的集成 (28)

3.2模拟高清解决方案 (29)

3.2.1监控拓扑图 (29)

3.2.2方案设计说明 (29)

3.2.3产品推荐 (30)

3.2.4方案优优势 (30)

3.3网络高清摄像机方案 (30)

3.3.1网络高清摄像机概述 (30)

3.3.2网络高清摄像机的类型 (33)

3.3.3解决方案 (34)

3.3.4网络高清摄像机选型注意事项 (35)

3.3.5网络高清摄像机应用 (37)

3.4HD-SDI高清解决方案 (39)

3.4.1高清视频监控概述 (39)

3.4.2HD-SDI高清及标准 (40)

3.4.3HD-SDI监控技术优势 (41)

3.4.4高清摄像机组成及关键技术 (42)

3.4.5高清摄像机技术发展与应用 (43)

3.4.6解决方案 (44)

3.4.7HD-SDI高清应用考虑 (45)

3.4.8HD-SDI设备安装注意事项 (46)

第四章摄像机的测试 (47)

4.1测试环境准备 (47)

4.2主要测试项 (47)

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4.2.1分辨率测试 (47)

4.2.2色彩还原性测试 (48)

4.2.3灰度等级测试 (48)

4.2.4信噪比测试 (48)

4.2.5同步信号测试 (49)

4.2.6室内室外场景测试 (49)

4.2.7低照度场景测试 (49)

4.2.8红外摄像机红外效果测试 (50)

4.2.9小结 (50)

第五章摄像机行业的行业分析 (51)

5.1监控市场描述 (51)

5.1.1监控摄像机市场整体规模 (51)

5.1.2摄像机产业发展特点 (51)

5.1.3摄像机厂商情况 (53)

5.1.4监控摄像机市场应用分析 (54)

5.2IP摄像机市场 (55)

5.2.1本土厂商群起迎战 (55)

5.2.2概念竞争如火如荼 (55)

5.2.3IP摄像机厂商如何掘金 (56)

5.3一体机机芯市场 (56)

5.3.1一体机芯市场格局 (57)

5.4高速球市场 (58)

5.4.1智能化 (58)

5.4.2网络化 (59)

5.4.3红外夜视。 (59)

5.4.4实用与稳定的需求 (60)

5.5高清摄像机前景 (61)

5.5.1高清摄像机的门槛 (61)

5.5.2IP摄像机将成为高清主流 (61)

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5.5.3高性价比是最大吸引力 (62)

5.5.4高清是否还在炒概念 (63)

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第一章摄像机综述

1.1摄像机历史

摄像机是视频监控系统前端的主要设备之一，早期使用的是摄像管式摄像机，由于其固有功率消耗大、低照度指标差及笨重等原因，基本已被淘汰。而现行视频监控系统使用的摄像机，一般都是居于CCD图像传感技术的固态摄像机，又分为黑白和彩色两大类。近年来，由于网络技术与多媒体技术的飞速发展，出现了基于COMS图像传感技术的PC摄像机（也有黑白与彩色之分），且逐渐应用于网络多媒体监控系统上。同时，受数字化技术的推动，还出现了数字信号处理摄像机（即DSP摄像机）等品种。

标准摄像机

单孔摄像机

针孔摄像机

CCD黑白摄像机小半球式摄像机

夜视型摄像机

高帧频摄像机

CCD摄像机单片彩色摄像机

二片彩色摄像机

CCD彩色摄像机三片彩色摄像机

DSP摄像机

摄像机微型黑白CMOS摄像机

黑白COMS摄像机

超动态CMOS摄像机

CMOS摄像机

彩色CMOS摄像机

彩色COMS摄像机

超高清晰CMOS摄像机

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1.2摄像机原理

从事安防行业，首先我们来了解摄像机方案，摄像机方案简单说就是指DSP 和CCD/CMOS的搭配（根据DSP的型号和高解或低解的CCD搭配）。摄像机方案目前都弄得神神秘秘的，资料也不多见，相信大家一听说摄像方案就觉得头大，是高手才能掌握的知识，市场也鱼目混珠。

现在先弄清楚摄像机的结构：

图中的每个部分就是一个零器件，组合起来就是一个整体，一个可用的“机器”，也就是一个“方案”。下面解析各个部分的功能：

https://www.360docs.net/doc/d816222857.html,D：相当与人的眼睛，它的主要工作就是把光影像转成电子信号。CCD

上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照

光的照度不同，会产生不同的电能。

2.V-Driver：CCD里头每一点被光照到产生电能,那如何取出来?就是靠这颗

V-DRIVER,它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号“打”出来。我们通常

说是CCD的驱动。

3.CDS/AGC：CCD出来的讯号,在这颗晶片内做处理后，送进DSP（数字信号

处理器）。

4.DSP：Digital Signal Processor（数字信号处理器），主要针对算法运

算而产生的一种MCU，不只是在摄像机设计中用到DSP，现在好多行业都

用到DSP，特别是在算法方面，DSP的应用是相当广的，是比较流行的MCU。

从DS/AGC出来的模拟信号传送到DSP进行处理，顺便说一下，DSP是数

字信号处理器，怎么能处理模拟信号呢？因为DSP内部有一个A/D

Converter（模数转换器）把模拟转换成数字后再进行运算，在摄像机中

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主要是进行颜色，亮度，白平衡等运算。运算后又把信号转换成模拟信号

输出，也就是视频输出了。

5.T.G：控制整个处理过程快慢用的，一般都包含在DSP里的，就不多说了。

以上部分再加上镜头，就是整个摄像机了。

了解了摄像机结构后，现在来讲摄像机的方案，方案主要是针对DSP来说的，把DSP和CCD搭配起来就是我们所说的方案了，目前摄像机市场上应用比较多，占主流地位的是SONY和SHARP生产的DSP。SONY主要有以下几种方案：

1)SS-1；CXD2163BR。

SONY公司推出这颗DSP之前已推出了CXD2163，当初把CXD2163这个方案叫做SS-1，用CXD2163做出来的机子一直有问题，所以不久就推出CXD2163BR，用来代替CXD2163，方案人们也一直叫做SS-1。

SS-1可接高解CCD（ICX408AK/超低照度ICX258AK（NTSC）和ICX409AK/超低照度ICX259AK（PAL）），还可以接低解CCD（ICX404AK（NTSC）和ICX405AK （PAL））（注意：以上CCD尺寸是1/3，还有好多型号的CCD没有列出，可参考有关方面的书籍）这颗DSP能够做到电源同步（电源同步——也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步）。所以现在好多厂家都在用来做高解的机子。

2)SS-11；CXD3141或CXD3142。

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这颗DSP是1999年推出的，这款DSP只能接低解的CCD，3142比3141多了镜像功能，如果SS-11也做到电源同步，就会产生很大的噪讯。所以目前还没做成电

源同步，SONY目前420线的机子几乎就是这个方案。

3)SS-HQ1；CXD3172AR。

这颗DSP是SONY2004年推出的，就是520线机子用的DSP，3172目前的技术还不是特别成熟，存在许多问题，其中发热太大，发热量比其他DSP大好多，致使

一些工程师并不喜欢用。SS-HQ1能接高低解的CCD，而且电源也能做到同步，总

体上还是比SS-1好，就是发热问题还没解决。

4)SS-11X；CXD4103R。

这颗DSP是2005年推出的，是SONY目前最新的DSP，它解决了SS-HQ1的发热问题，但是电源同步时噪讯大。可接高低解的CCD。

5)SHARP低解CCD，

被业内人士作为低档机使用，最近又出了D5（38627）。听说效果可以跟SONY

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等，其中韩国NEXTCHIP公司推出的DSP,主要接SHARP低解或SONY低解CCD。

1.3摄像机分类

1.3.1摄像机类型

由于传统模拟视频设备的发展已进入瓶颈阶段，暂无潜力可挖，因此，为满足更高的要求，系统就必须向数字化方向发展。数字信号具有评估效率高、抗干扰能力强、失真少等模拟信号无法比拟的优点，同时也存在信号处理数据量大、占用频率资源多的问题，只有对数字信号实现有效地压缩，使之在通信方面的开销与模拟信号基本相同，它的有点才能表现出来，并具有实用性。目前数字视频技术已得到了迅速发展，响应的技术标准、算法及专用芯片，数字图像信号的摄取、处理、传输、记录等设备也得到广泛的应用。

1.3.1.1模拟摄像机

模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。

特点：

模拟式安防视频监控系统是一种局域性安防视频监控系统。前端摄像机到主控制室的距离通常均在1km以内，它的诸多设备(字符发生器、8画面切换器、16画面处理器、长延时录像机、系统主控制器、主显示器)的连接大都采用射频同轴电缆直接连接。当使用的射频同轴电缆长度超过0．5km时，为了补偿视频

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信号长距离传输的损耗，可以在系统网络中增设视频放大器。

在实际应用中，从前端摄像机到主控制室的距离往往会超越1km，若在技术上不采取补偿措施，则主控制室显示器就无法收到满意的图像，有时于脆呈现满屏雪花，虽然设置视频放大器能在一定长度的区域内延长射频同轴电缆的信号传输距离，但如果距离增加及视频放大器级数增加，图像改善的程度非但不明显反而下降。其原因是视频信号经多级放大后，系统网络的噪声也得到同样多级放大，使得噪声电平与视频信号电平几乎处在同一个数量级。这时，主控制室的主监视器屏幕上看到的图像背景可能是一片杂乱的雪花。

1.3.1.2数字（IP）摄相机

数字（IP）摄像机是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，它可以将影像通过网络传至地球另一端，且远端的浏览者不需用任何专业软件，只要标准的网络浏览器（如“Microsoft IE或Netscape）即可监视其影像。网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。

特点：

数字式安防视频监控系统的主控制室的设备部件只有一台主控计算机，器件配置大为简化。

数字式安防视频监控系统是随着计算机技术、多媒体技术、数字图像压缩技术以及网络应用技术的飞速发展，为解决传统的模拟式安防视频监控系统的弊端应运而生的。它的工作方式与模拟式视频监控系统不同。它不仅支持网络化操作，也支持模拟式安防视频监控系统的工作，支持从模拟式安防视频监控系统升级到数字式安防视频监控系统。

成熟的数字式安防视频监控系统有单机硬盘录像系统、局域网传输硬盘录像系统、广域网传输硬盘录像系统。它功能强大，单个通道仅占CPU资源的2％，即使是16个通道同时工作，也不超过总资源的40％。所以它能实现1—16路(每路25帧／s)实时图像的监控和同步录像(同步附有音频)，所有通道的音视频均

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格式，能实现多画面显示功能(单画面、4画面、8画面或16画面切换)，还可外接烟感探头、紧急按钮等诸多类别的传感器，并控制云台和可变镜头工作，整个系统有自动备份功能。

所以数字式安防视频监控系统一经面市就以它先进的控制特性和强大的功

能获得了相关行业和广大客户的关注。

1.3.1.3智能球机

智能球型摄像机是现代电视监控发展的代表，她集成彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能与一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控，不同的场合都可以使用。

一般智能球型摄像机都分为球心部分、外壳部分及配件部分。

任何厂家的智能球型摄像机，都有一个用机架把包一体机机心、控制解码主板和电机云台系统的统一起来的球心部分，然后球心部分跟外壳用螺丝或者别的方式连接起来，球心是核心部分，外壳一般有多种外观，比如派尔高外观、松下外观、和自己设计的外观。外壳一般都是采用铝合金，也有塑料的，铝合金的一般又分为铸造和冲压的两种外壳。铝合金的比塑料的好，冲压的比铸造的好。下外壳是透明罩部分，透明罩必须采用光学透明罩，才能保证通光率和图象无变形，同时还要考虑防老化、防破坏、防尘等问题。配件部分一般包括支架部分，加热器部分，扇热部分。支架包括壁装支架、吊杆支架、表面贴装吸顶、嵌入式吸顶不需要支架，一般室外球都装有扇热的装置，而加热装置只有在严寒地区才选装，室内球原则上没有扇热和加热部分。配件还包括电源，一般用的都是24伏2到3安电流的变压器供电

智能球型摄像机是一种集成度相当高的产品，集成了云台系统、通讯系统、和摄像机系统，云台系统是指电机带动的旋转部分，通讯系统是指对电机的控制以及对图象和信号的处理部分，摄像机系统是指采用的一体机机心。而几大系统之间，起着横向的连接的是一块主控核心cpu和电源部分。电源部分通过与各大系统之间供电，很多地方是采用的二极管、三极管等微电流供电，而核心cpu是实现所有功能正常运行。

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摄像机采用“精密微分步进电机”实现智能球型摄像机的快速、准确的定位、旋转。所有这一切都是通过cpu发给的指令来实现的。然后将摄像机的图象、摄像机的功能写进高速球的cpu，实现在控制云台的时候，将图象传输出来，并且能将摄像机的很多功能，例如白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等功能同时实现控制。

智能球型摄像机有几个主要的硬件部件，首先是电机，然后是滑环，然后是电源部分和控制主板。传动的皮带也很重要。智能球型摄像机的通讯问题还有就是涉及到通讯协议和通讯方式的问题，通讯协议是指智能球型摄像机跟主机系统相通讯时候，选择的通讯协议，比如pelco、曼码、松下、菲利普协议等。通讯方式是指这些通讯协议采用什么方式来进行通讯，比如485通讯方式、232通讯方式、422通讯方式、同轴视控通讯方式，一般来讲，智能球型摄像机都采用485

通讯方式，而通讯协议各个不同厂家不同。

1.3.1.4一体化摄像机产品介绍

一体机主要分为高清一体机和标清一体机。高清一体机主要有130万高清一体化机芯和200万高清一体化机芯；标清一体机主要有22倍、23倍、30倍、36倍等一系列的一体化机芯及相应的一体化摄像机和整个系列的700线低照高解

一体化机芯等。产品非常齐全，性价比极高，一系列的700线低照高解一体化机芯更是大华乃至行业内技术创新的标志，可以满足不同客户的需求。

1.3.2外观

1.3.

2.1枪式摄像机

带菜单和ICR的枪式系列100米红外放水枪式系列

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30-50米红外放水枪式系列5-30米红外放水枪式系列

1.3.

2.2半球摄像机

迷你半球系列防爆半球系列日夜型半球系列

红外车载半球系列红外半球系列红外防爆半球系列海螺型红外半球系列

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1.3.

2.3专用摄像机

笔筒式系列飞碟式系列

烟感隐蔽型系列针孔式系列

1.3.

2.4球机

6寸模拟高速智能球6寸红外模拟高速智能球

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6寸第三代模拟智能球6寸光纤模拟高速球

4寸迷你高速智能球

1.3.

2.5一体化摄像机

1.3.

2.5.1机芯

22倍一体化机芯系列23倍、30倍、36倍130万、200万、700线

一体化机芯系列低照高解系列机芯

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1.3.

2.5.2外形

标清一体化摄像机系列

1.3.3像素、分辨率、清晰度

1.3.3.1像素

像素，就是CCD/CMOS上光电感应元件的数量，一个感光元件经过感光，光

电信号转换，A/D转换等步骤以后，在输出的照片上就形成一个点，我们如果把

影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”（Pixel）。

像素分为CCD像素和有效像素,现在市场上的数码相机标示的大部分是CCD

的像素而不是有效像素。

1.3.3.2分辨率

所谓的“分辨率”指的是单位长度中，所表达或撷取的像素数目。

其中最常见的就是影像分辨率，我们通常说的数码相机输出照片最大分辨率，指的就是影像分辨率，单位是ppi（Pixel per Inch）打印分辨率也是很常见的一种，顾名思义，就是打印机或者冲印设备的输出分辨率，单位是dpi（dot per inch）

显示器分辨，就是Windows桌面的大小。常见的设定有640x480、800x600、1024x768…等。

1.3.3.3分辨率和像素的关系

像素和分辨率成正比的，像素越大，分辨率也越高。

200万像素，最大影像分辨率是1600×1200＝192万像素，也就是说，实际

的有效像素就是192万。

300万像素，最大影像分辨率是2048×1536＝3145728像素，也就是说有效

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1.3.3.4清晰度

意思是从水平方向上看，相当于将每行扫描线竖立起来，然后乘上4/3(宽高比)，构成水平方向的总线，称水平分解力。它会随CCD象素数的多少、和视频

带宽而变化，象素愈多、带宽愈宽，分解力就愈高。

大华摄像机清晰度可以分为700TVL系列、540TVL系列、480TVL系列、420TVL 系列等。

例：PAL制电视机625行是标称垂直分解力，除去逆程的50行外，实际的

有效垂直分解力为575线。水平分解力最高可达575x4/3=766线。但是限制线数

的主要因素之一还有带宽。经验数据表明可用80线/MHz来计算能再现的电视行(线数)。如6MHz带宽可通过水平分解力为480线的图像质量。低档家用录像机，

如VHS，最多能有240线的清晰度，高档家用摄录机，如S-V而数码摄录机的记

录方式是数码信号的格式，清晰度在500线以上。（普通电视的清晰度大约280线，VCD的清晰度是230线）。

编注：

索尼的和松下的总共20款数字摄录机的“水平解像度”分别是500线、520线和530线3种情况，佳

能在手册上仅有的6款摄录机的“水平解像度”全部都是625线，难道佳能的摄录机比索尼和松下的摄录

机清晰度要高100多线吗？索尼的和松下的是指摄录的图像信号可以达到的水平清晰度的“电视线”数，

而佳能的是指摄录的图像信号制式的扫描线数，即PAL制720×625中的625线。前者是水平解像力所具备

的清晰度，后者直接就是垂直解像力，也就是我们所说的垂直分辨率。因此，索尼和松下摄录机表示的“水

平解像度”多少线，与佳能摄录机表示的“水平解像度”多少线是完全不同的两回事。

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1.3.3.5700TVL系列

主要有SONY最新EFFIO方案700线产品系列。除了现有的700线ICR日夜型超宽动态、超高解像度、超低照度等产品外，我们后续将会推出全系列机型的700线

产品，如红外枪机及半球等等。

1.3.3.6540TVL（及以下）系列

主要有带菜单和ICR的宽动态，低照度，超高解等产品；不同焦距的枪机和

半球系列；专用产品系列。