攝像機:動态影像記錄儀-中文百科頻道

構造

攝像機主要由視頻電路和音頻電路兩大部分組成。

視頻電路

主要由光學系統、攝像器件、預放器、同步掃描系統、控制系統和彩色攝像機中特有的彩色編碼器幾部分組成。音頻部分較為簡單,一般裝有一個微音器，用來把現場聲音轉化為電信号，利用攝像機内的音頻放大電路可以把音頻電信号放至足夠大後輸出。

音頻電路

音頻電路相對視頻系統是獨立的。

攝像管、電子束器件，又分為析像管、光電倍增析像管、超正析像管和光導攝像管等幾種。新型攝像機中多使用小巧的氧化鉛光電攝像管。各種攝像管都有一個真空玻殼，裡面裝有靶面和電子槍。被攝景物透過玻殼上的窗成像于靶面，利用靶面的光電發射效應或光電導效應将靶面各點的照度分布轉化為相應的電位分布，将光圖像變成電圖像。在管外偏轉線圈驅動下，電子束逐點逐行掃描靶面，把掃描路徑上各像素的電位信号按序輸出。

固體攝像器件。一種新型的電荷耦合器件(CCD)。幾十萬個器件單元排列成陣面，表層具有光敏特性。被攝景物成像于陣面，各單元存儲電荷量和照度成正比。利用時鐘脈沖和移位控制信号，将陣面各單元信号按一定順序移出，即可得到強度随時間變化的圖像電信号。

預放器把攝像器件輸出的微弱信号放大到規定幅度的視頻放大器。為保證良好的信噪比，要求預放器有盡可能小的噪聲系數。

發展曆史

攝像機是由貝爾德、費羅·法恩斯沃斯和維拉蒂米爾·斯福羅金三人各自獨立發明的。

從20世紀80年代國外模拟監控産品搶灘中國大陸市場之後，20年間，幾乎是國外品牌與産品的一統天下，盡管有一些民族企業參與這一行業的競争，但一直沒有機會形成民族品牌的主流。

随着數字技術的高速發展，安防領域全面進行數字化改造，自2000年以來，數字化安防市場得到了飛速的發展，國内誕生了一批新興的數字化監控産品生産企業，其中以數字化安防産品為代表的DVR生産企業迅速崛起，在短短幾年時間裡面，将數字化監控技術應用到各行各業，為社會的穩定和安定團結做出了積極的貢獻，同時也使原有的監控市場發生了根本性的變化，模拟監控産品逐步退出市場，DVR作為數字化安防工程中的主要組成部份被廣泛地應用，民族品牌産品逐步占據市場主要份額。

從行業的整體上來說，市場需求的是一體化的數字多媒體監控系統，按照用戶的安防要求，結合自身的人防，形成滿足實際需要的安全防範體系，實現視音頻的監視、控制和記錄存儲。DVR産品在市場的推廣過程中被部分生産廠家超前地定格為萬能的數字監控核心。但是DVR的核心問題隻是解決視頻的數字化壓縮和存儲，對“控”的内容相對比較欠缺。在實際應用的監控系統中DVR更多起到的是取代傳統模拟錄像機的作用，目前的DVR技術水平處于數字監控系統發展的初級階段。

DVR發展至今，各廠家針對安防行業的切實需要以及不同場所特殊應用所提出的技術改進及解決方案可謂百花齊放，從M-JPEG、MPEG-2到熱門的MPEG-4、H.264壓縮技術，從軟壓縮到硬壓縮，視頻路數的不斷增加（4、9、16、32等），系統的網絡功能等，令人眼花缭亂。DVR産品随着各種不同的應用環境，開發出不同系列的産品.市面上各種品牌、型号繁多，功能特性各異DVR，但總的來說，按系統結構可以分為兩大類：基于PC架構的PC式DVR和脫離PC架構的嵌入式DVR。

這種架構的DVR以傳統的PC機為基本硬件，以Win98、Win2000、WinXP（也有少量的使用Linux）為基本軟件，配備圖像采集或圖像采集壓縮卡，編制軟件成為一套完整的系統。PC機是一種通用的平台，PC機的硬件更新換代速度快，因而PC式DVR的産品性能提升較容易，同時軟件修正、升級也比較方便。

光學系統

黑白攝像機和單管彩色攝像機中的光學系統由光學鏡頭組成,光學鏡頭由透鏡組和可調光闌(光圈)組成。透鏡組使被攝景物成像于攝像器件的靶面上，光闌則用來調整光通量。簡單攝像機上隻有一個固定焦距鏡頭，演播室用攝像機可以有幾個固定焦距鏡頭，根據拍攝意圖随意選用，而新型攝像機上越來越多的使用變焦距鏡頭。三管彩色攝像機的光學系統由光學鏡頭和分光棱鏡組成。分光棱鏡的作用是将通過的光線分解成紅(R)、綠(G)、藍(B)三種基色光線，在三支攝像器件的靶面上分别成像。分光棱鏡是一種特殊設計的棱鏡組，棱鏡組中的兩個特殊界面可以有選擇地反射某種基色光線而使其他光線通過。

攝像器件

完成圖像分解和光電信号轉換的器件。圖像分解是把一幅完整圖像分解成若幹獨立的像素（構成電視圖像畫面的最小單元）的過程。一般說，像素的數目愈多，圖像愈清晰。每個像素隻用單一的顔色和亮度表示。攝像器件能把圖像中各像素的光信号轉變成相應的電信号，再按一定的順序傳送到輸出端。攝像器件分攝像管和固體（半導體）攝像器件兩大類。

①攝像管、電子束器件，又分為析像管、光電倍增析像管、超正析像管和光導攝像管等幾種。新型攝像機中多使用小巧的氧化鉛光電攝像管。各種攝像管都有一個真空玻殼，裡面裝有靶面和電子槍。被攝景物透過玻殼上的窗成像于靶面，利用靶面的光電發射效應或光電導效應将靶面各點的照度分布轉化為相應的電位分布，将光圖像變成電圖像。在管外偏轉線圈驅動下，電子束逐點逐行掃描靶面，把掃描路徑上各像素的電位信号按序輸出。

②固體攝像器件。一種新型的電荷耦合器件(CCD)。幾十萬個器件單元排列成陣面，表層具有光敏特性。被攝景物成像于陣面，各單元存儲電荷量和照度成正比。利用時鐘脈沖和移位控制信号，将陣面各單元信号按一定順序移出，即可得到強度随時間變化的圖像電信号。

預放器把攝像器件輸出的微弱信号放大到規定幅度的視頻放大器。為保證良好的信噪比，要求預放器有盡可能小的噪聲系數。

同步掃描

産生攝像管電子束掃描驅動信号或CCD的時鐘和移出信号的設備。同步掃描系統還産生行、場消隐信号和行、場同步信号。電視制式不同時，行、場同步信号頻率不相同。同步信号也可以由攝像機外部輸入，多部攝像機同時工作時，機外輸入信号可以保證這幾部攝像機同步工作，便于現場節目制作時切換攝像機。穩定性差DVR軟件與PC硬件、WINDOWS操作系統不兼容以及WINDOWS操作系統自身的不完善，很容易造成系統死機。

PCDVR産品操作及維護需要有一定的技術基礎，而操作系統有時還會“沖掉”一些系統配置及軟件，這就使維護工作難度大。PCDVR的數據存儲及操作系統均在硬盤中，無論如何加密，均可以從PC的底層進入系統，對已記錄的圖像文件進行删改。如果PC的硬盤零道發生了故障，整個硬盤甚至整個系統均要癱瘓，因此數據的可靠性下降。

WINDDOWS操作系統的抗入侵能力非常差，一旦操作系統遭到破壞（如病毒入侵等），整個的PCDVR會受到嚴重影響，甚至系統崩潰。PCDVR的闆卡均是大批量生産的産品，質量可以保證，但在組裝為DVR産品時卻很難做到規範化批量生産，所以整機的質量也難以确保。

PC機各類配件的發展非常快，1～2年原有産品就會淘汰，這對于隻有長期使用才能體現性價比優勢的DVR産品來說，PCDVR的維護費用較高，同時PC的闆卡均不是生産DVR産品的廠家自已設計生産的，對其産品長期進行維修的保障可靠度較低。

編碼器

由三基色信号産生亮度信号、色度信号和色同步信号的電路。黑白攝像機無此部分。編碼器由矩陣電路、調制器、色副載波産生器和色同步信号産生電路等組成。矩陣電路将R、G、B三基色信号按規定的比例組合成Y信号和I,Q信号。矩陣電路一般是由電阻網絡或運算放大器構成。(R-Y)和(B-Y)對色副載波進行調制得到色度信号。彩色電視制式（有PAL制、NTSC制和SECAM制）決定了調制器的形式。控制系統對攝像機的圖像信号進行γ校正、孔闌校正、重合校正及色平衡調整的系統。攝像機和錄像機一同工作時，還可以利用攝像機内的控制系統控制錄像機的啟、停。

類型

黑白攝像機

隻記錄亮度信号而無色度信号的攝像機。由光學鏡頭将景物成像于攝像管的靶面上或CCD的陣面上。預放器将攝像器件的輸出信号放大到規定的幅度，成為亮度信号。亮度信号和同步掃描系統産生的行、場消隐及行、場同步信号組合得到全電視信号。

單管式彩色攝像機

隻用一支攝像器件（攝像管或CCD)的彩色攝像機。在攝像器件靶面前放一個條紋濾色器，使靶面上形成紅(R)、綠(G)、藍（B）三色小區。同一像素被析成三個并排的單基色像素。電子束掃描靶面時順序輸出正比于光通量的三基色信号，再用電路分成三路單基色信号，經編碼器得到亮度信号、色度信号和色同步信号。亮度信号，色度信号，行、場消隐信号；行、場同步信号和色同步信号組合成兼容制彩色全電視信号。單管式彩色攝像機結構簡單，沒有三管式彩色攝像機中的圖像重合問題，但每種基色隻用了靶面面積的1/3，使攝像器件靈敏度降低，圖像信号清晰度也較低。

雙管式彩色攝像機

使用兩支攝像器件的彩色攝像機。一支攝像器件與單管式彩色攝像機的功用相同，另一支攝像器件接受景物的全色光，輸出亮度信号。編碼器中的矩陣網絡簡化。鏡頭後面隻需簡單的分光系統,将通過鏡頭的全色光分為兩路全色光，分别在兩支攝像器件上成像。

三管式彩色攝像機

使用三支攝像器件的彩色攝像機。鏡頭與攝像器件之間有分光系統。三支攝像器件的靶面上分别形成景物的單基色實像,并輸出R、G、B三基色圖像信号。編碼器以後的工作過程和單管彩色攝像機相同。與單管和雙管攝像機相比，三管攝像機靶面使用面積大，故靈敏度高，圖像清晰度高，但光學系統及整機結構複雜。為保證圖像質量，對用攝像管作攝像器件的攝像機，要求掃描過程中三支攝像管中的電子束打在靶面上的幾何位置嚴格一緻（重合），這樣增加了技術難度。高質量的彩色攝像機都屬于三管或三CCD式的攝像機。

演播室用攝像機

又稱固定式攝像機。它對體積、重量和耗電的限制不嚴，但對信号質量要求高，功能比較齊全，通常安裝在較重的底座或有起落架的專用攝像車上。機身穩定，隻能在有限空間内移動。一般在演播室或特定拍攝場地制作高質量電視節目。

便攜式攝像機

能在移動情況下使用的小型攝像機。要求體積小、重量輕、耗電省,一般可以用電池供電。便攜式攝像機可以配用輕型支架，也可以單人肩扛或用手持握，在行進中拍攝。多用于新聞采訪或科研現場拍攝。最新式的便攜式攝像機集攝像、錄像功能于一身，成為一體化攝錄機。

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

此外CCD攝像機有PAL制和NTSC制之分，還可以按圖像信号處理方式劃分或按攝像機結構區分。

選購

市場上的數字攝像機品牌和型号繁多，但它們都有許多的共同之處。大多數機型都具有彩色取景器，用于預覽或播放圖像的彩色LCD顯示屏都具有圖像穩定控制功能、特殊效果處理功能(淡入淡出、滑入、漸隐等)、自動白平衡功能和10倍或更高的光學變焦、作用類似于數碼相機的靜态圖像拍攝功能等，但由于數碼攝像機檔次和生産廠家的不同，選購時要注意以下的方面。

單CCD或3CCD

高檔攝錄放一體機不管是模拟機還是數字機都采用3片CCD。3CCD機種解析度高，色彩還原逼真，但光學結構複雜，電路構造簡單，維修方便，故障率較低，但價格相對較貴。單CCD焦距濾色鏡正好相反，實際的清晰度相對較差。不過現在家用攝像機單片CCD也能達到400線左右的清晰度，家用已足夠，可以說是價廉物美。

液晶屏取景和電子取景

液晶顯示屏取景面積大，可以在很寬的角度範圍内轉動，有的能轉動360度，取景方便。另外，這個顯示屏還能當AV顯示器用，附加電視調諧器後又可成為一台小液晶彩電，出外旅遊頗有用處。其缺點是在強烈光線下顯示太弱，并且耗電很大，價格較高。較為實用的還是電子取景器，價格較便宜，省電，而且能在任何環境下采用。盡管取景器中的畫面視角和色彩效果與最終結果不完全相同，但使用一段時間後還是很快就會适應的。

對焦和白平衡

自動對焦是攝像機所普遍具有的功能，但這種對焦方式一般都以中心位置對焦，拍攝不在畫面中央的主體時，就無能為力了。另外，在追蹤拍攝時，自動對焦功能很有限，這時用手動對焦反而更能随心所欲。

白平衡就是攝像機在不同場合下對現場景物色彩真實還原能力的一個指标，目前的數碼攝像機都配備了自動白平衡功能。但如果沒有手動白平衡功能，你的攝像機就和照相機一樣，隻能被人家稱為“傻瓜機”了，你就不能得到最佳的色彩還原和特殊效果的彩色畫面。例如：你想把夜晚的天空拍攝成陰森森的氣氛，如果你的攝像機隻有自動白平衡功能，你拍到的畫面就會變得不倫不類。

光學變焦和數碼變焦

光學變焦是依靠光學鏡頭結構來實現變焦的，為了盡可能充分地利用CCD的像素，使拍攝的圖像盡可能地清晰自然。好的攝像機生産廠家采用了優質的光學鏡頭，如索尼公司在最新的數碼相機和數碼攝像機上都配上了目前世界上被稱為光學極品的蔡司鏡頭。另外，鏡頭的最大光圈在選購時也是不能忽視的，因為在目前的家用數字式攝像機中，大光圈意味着能在低照度的情況下拍攝。

數碼變焦實際上是一種畫面放大，把原來CCD上的一部分圖像放大到整幅畫面，以複制相鄰像素點的方法補進一個中間值，在視覺上給人一種畫面被拉近了的錯覺。實際上，利用數碼變焦功能拍攝的畫面質量粗糙，圖像模糊，并無多少實際的使用價值。

靜态圖像存儲和視頻輸出

數碼攝像機都具有靜态圖像拍攝功能，在選購時最好選擇能夠使用存儲卡的數碼攝像機。

數碼攝像機利用：LINK數碼輸入／輸出(IEEE1394标準)可以直接将影像輸入到計算機中。為了方便用戶直接在家中的電視機中播放影像，市場上出售的數碼攝像機基本上都帶有模拟輸出接口，這樣你隻要将模拟視頻、音頻輸出端子接到電視機相應的輸入接口，就可以欣賞你拍攝的影像，非常方便。但要注意的是，有的數碼攝像機自身沒有帶模拟視音頻輸出端子，而要通過一個轉換适配器才能将攝像機中的數字信号轉換成模拟信号輸入到電視機中。

體積和電池

锂電池和鎳氫電池這種體積小巧、可反複充電、無充電記憶的新型電池已經得到廣泛使用，在選購時應該選擇使用這兩種電池的攝像機。

硬盤攝像機

（英文名稱為DigitalVideoRecorder，簡稱DVR）是随着計算機技術的發展，在最近幾年中才逐漸發展起來的視頻監控設備。在安防行業中，傳統的視頻監控工程中普遍使用磁帶式的長延時錄像機，這種錄像機使用磁帶作為存儲視頻數據的載體，視頻數據采用模拟方式存儲，視頻信号經過多次複制後信号衰減嚴重，錄像磁帶占用大量存儲空間，維護和數據檢索都比較麻煩。而随着計算機技術的發展，硬件和軟件的技術更新都為視頻數據的存儲提供了新的思路。

早期的硬盤錄像機對視頻數據的處理能力還不是很足夠，因此沒有大規模的應用，而目前一方面計算機的處理能力大大增強，同時IC技術也突飛猛進，這都為硬盤錄像機同時處理多路視頻信号成為可能。

目前硬盤錄像機主要分為兩大類，一類是基于計算機架構的PC式硬盤錄像機（又成為工控式硬盤錄像機），一類為基于嵌入式處理器的嵌入式硬盤錄像機，從目前的市場應用來講，2者各有千秋，早期的硬盤錄像機都是基于計算機架構的PC式硬盤錄像機，後來嵌入式硬盤錄像機的市場份額逐漸加大，目前2者在市場所在份額基本持平。

國内的硬盤錄像機産品目前以國産為主，PC式硬盤錄像機技術成熟，但沒有什麼品牌産品，更多的都是用戶或者工程商自己組裝，而嵌入式硬盤錄像機的入門門檻較高，主要是以品牌為主。PC式硬盤錄像機又可細分為基于采集卡（又稱軟壓卡）和基于壓縮卡（又稱硬壓卡）2種。嵌入式硬盤錄像機鑒于技術因素，目前還是以低于16路視頻輸入的産品為主，高于16路的嵌入式産品還很少見。

網路傳輸線路

PSTN電話模式

廣泛應用於連接外部網路，廉價且實用，但傳輸速度不是很快，有時會産生傳輸錯誤狀況，需要重發資料。當下載文件時，最大速度可達56kbit/s，但上載文件時，最大速度是33.6kbit/s。

ISDN電話模式

在許多國家的使用率都很高，最大傳輸速度為128kbit/s。

xDSL模式

Xdsl模式包括∶ADSL、HDSL、IDSL和VDSL等，越來越流行。電信服務公司和ISP廠商都提供xDSL傳輸模式，隻要每月支付固定費用，就可以連接網際網路。不同ISP廠商的标準速度也不盡相同，上載和下載速度也有區别。通常下載速度約為1Mbit/s，上載速度約為250Kbit/s。

有線電視CableModem

使用有線電視電纜傳輸，這種服務在人口密集的都會區域較為流行。不同地區之間的速度也不同，速度會随周圍有多少用戶在使用該項服務而有所變化。一般最大速度為1Mbit/s。

T1連接

由網際網路ISP廠商提供，每月支付固定費用，就可按需要連接到網際網路。此一線路在公司行号或是網咖等線路使用率較高的單位較為流行。連接速度為1.5Mbit/s。

10Mbit乙太網路

有兩種主要标準；使用雙絞線的10BaseT和使用同軸電纜(RG-58)的10Base2。由於10Base2有點不可靠，如果電纜上有任何地方發生中斷狀況，整個網路就會停止工作，所以不常使用。一般傳輸容量可以使用10Mbit/s的50%。

100Mbit乙太網路

主要标準是100BaseT，約可使用100Mbit/s容量的50%；如果有交換機，則可以利用100%的容量。

1000Mbit(GB)乙太網路

用於建築物的骨幹網中，主要标準是1000BaseT，約可使用1000Mbit/s容量的50%；如果有交換機，則可利用100%的容量。

行動電話（GSM、CDMA、CDPD、TDMA）

行動電話模式是連接遠端攝影機（如用於交通監控的攝影機）一種很好的應用方式，無需電話線。其傳輸速度低，但可滿足靜态影像的需要。一般通信速度範圍為5-20Kbit/s。

無線網路（IEEE802.11）

由於不需要電纜，無線網路越來越流行。有許多用於高速無線通信的标準，通常最大通信速度範圍為-11Mbit/s；一般實際速度為1Mbit/s。

無線網路（藍牙）

藍牙無線通信是一種越來越流行的标準，最大速度為720Kbit/s，一般實際速度為500Kbit/s。

選用連接線路的建議

電話模式适用於不需要高速傳輸的應用。xDSL适用於辦公室或是商店住家。行動電話或無線網路适用於遠端攝影機。建築物中建議使用100Mbit乙太網路。

功能測試

測試前

（1）一顆好的攝像機鏡頭：通常用的是8或9毫米，手動光圈兩可變鏡頭，鏡頭很關鍵，要用好鏡頭，精工鏡頭或Computar。

（2）一部好的監視器:最好用高解析的，500條以上，測分辨率最好用黑白高解析的，但為求方便，彩色的比較好用，并将監視器的對比度、顔色、亮度旋鈕打到中間。

（3）一張攝像機測試圖。

開始測試

将測試圖放正，攝像機對準測試圖中心，調整攝像機與測試圖距離直到顯示器顯示的圖型”剛好”占滿整個屏幕，也就是，”測試圖四角入框”，如果顯監視器！2),在測試圖兩旁各放一盞白熾燈，以45度角照在圖表上，讓圖表表面有均勻的照射光.3.攝像機盡量裝在三腳架或支架上4.将攝像機背光補償(BLC)關掉，自動增益(AGC)關掉，白平衡設在ATW。

切到AES(自動電子快門,也就是裝手動鏡頭用的那一檔),将鏡頭光圈開到最大，調整焦距,讓影像調到最清楚為止，這時可以用測試圖中間有一圈放射狀，标明FocusTarget那塊圖當調焦用，記住，測試圖還是要占滿全熒幕，不多也不少(四角入框)

再把攝像機AES/ALC那檔切到ALC,也就是接自動光圈那一檔，這時屏幕會泛白！把鏡頭光圈調小約1/3左右直到影像恢複正确為止，如果過頭了要重來，也就是先把光圈開最大再往回調，不可先調暗再調亮。

分辨率測試：仔細看着測試圖中有四條向上合成一束的線，(當然是看屏幕裡面的),從下到上，越來越密，直到四條線快合起來，無法每條分清處，記起來，就是這一點，回過頭來去看那張測視圖，找出那點旁邊标的線數,就是攝像機的分辨率！這種測試法誤差不會超過20條。

頻寬測試看測試圖左上方一排密密麻麻的直線(标明BandwidthinMHz),看屏幕裡，那一塊是勉強分的清楚的，下面的數字就是攝像機的頻寬，此數據僅供參考，一般來說分辨率越高的機子頻寬越大。

CCD平整度測試測試圖上四個角落各有一個同心圓，如右圖：這有兩個功用：1.用來看測試圖擺的正不正，如果擺正了，四個圓圈圖應一樣清楚.2.當擺放正确時，如果有一個或兩個同心圓會失焦，就表示CCD不平整，該退貨了。

阻抗匹配測試圖左邊有個黑白大條塊：如果黑色區域滲到白色區域或白色滲到黑區，就表示你的阻抗匹配有問題，或是有反射訊号，可能是接頭沒做好，線材有問題等等，此方法可以用來測試長距離線材傳輸時的阻抗匹配.