不知不觉中，中国安防业走过了她的第三十个年头，回首这不平凡的三十年，中国安防经历了从无到有，从起步到发展，从鲜为人知到成为热点行业的辉煌历程。作为整个安防视频监控系统的前端产品，摄像机也经历了从黑白到彩色，从普通CCD到宽动态，从模拟信号到数字信号的一步步转变。

　　近几年，随着“平安城市”建设力度的逐渐加大，摄像机市场呈现快速发展，产品趋于细分化多样化个性化需求增加的趋势，一体机快球、高分辨率、宽动态、低照度日夜型摄像机发展迅速，网络摄像机继续保持快速发展，百万高清摄像机与带智能分析功能摄像机等新技术产品也日益推广开来，整个安防市场呈现一片繁荣趋势。以下分别就“摄像机基本原理与技术指标，摄像机分类，摄像机发展现状，摄像机发展前景与趋势”四个部分详细阐述前端视频采集技术这三十年的发展历程。

　　摄像机基本原理与技术指标

　　从第一代摄像机发展到现在，摄像机采集技术取得了巨大的突破;从黑白到彩色，从普通枪机到一体机，宽动态，低照度、分辨率、信噪比等技术指标迅速提升，然而其基本原理基本没有改变，如下图所示：

　　摄像机主要由镜头、影像传感器(主要是CCD器件)、DSP等组成，被摄物体经过镜头聚焦至CCD上，CCD由多个X-Y纵横排列的像素点组成，每个像素都由一个光电二极管及相关电路组成，光电二极管将光线转变成电荷，收集到的电荷总量与光线强度成比例，所积累的电荷在相关电路的控制下，逐点移出，经滤波、放大，再经过DSP处理后形成视频信号输出。

　　CCD是摄像机的核心器件，其性能高低将直接影响摄像机的品质，目前CCD主要被索尼 、松下、夏普等厂家垄断，DSP也基本掌握在国外知名厂家手中。

　　摄像机的主要技术参数指标主要有以下几项：

　　1) 分辨率 TVL

　　摄像机的分辨率是指当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑白相间的线条。因此，分辨率这一参数的正确与否对于摄像机是否清晰尤其重要。[nextpage]

　　2) 最低照度 Lux

　　最低照度是摄像机产生的亮度输出电平为额定标准电平700mv的一半时被摄物体的照度值。它是衡量摄像机优劣的一个重要参数指标。

　　3) 背光补偿 BLC

　　背光补偿也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测。

　　4) 电子快门 ES

　　电子快门(Electronic Shutter)是比照照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，依电子的可变性而控制曝光时间,感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出图像信号流的亮度幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间(即调整时钟脉冲的宽度)，即可实现控制CCD感光时间的功能。

　　ES可使摄影机捕捉快速移动之物体,电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。

　　5) 信噪比 S/N

　　信噪比指的是信号电压对于噪声电压的比值，信噪比数值越高越好，典型值为48dB。

　　6) 自动增益控制 AGC

　　摄像头内有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大即增益，等效于有较高的灵敏度，然而在亮光照的环境下放大器将过载，使视频信号畸变。

　　当开关在ON时，在低亮度条件下完全打开镜头光圈，自动增加增益以获得清晰的图象。

　　开关在OFF时，在高亮度条件下可获得自然而低噪声的图像。

　　7) 镜头驱动方式 VIDEO/DC

　　ALC自动光圈镜头的控制信号有两种，当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时，应该选择DC位置，需要安装视频控制信号的自动光圈镜头时，应该选择VIDEO位置。

　　当选择ALC自动光圈视频驱动镜头时，还会有一个视频电平控制(VIDEO LEVEL L/H)可能需要调整，该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平，用以控制镜头光圈的开大和缩小。

　　8) 同步选择开关 LL/INT

　　选择摄像头同步方式，INT为内同步;LL为电源同步。有些摄像头还有一个LL PHASE电源同步相位控制器。当摄像头使用于电源同步状态时，此装置可调整视频输出信号的相位，调整范围大概是一帧。

　　电源同步(线性锁定Line Lock)是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步(LL)的位置，就可消除交流电源的干扰。[nextpage]

　　内同步(INT)用摄象机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。

　　Line Lock主要用于24VAC、220VAC交流电源中，特别是在复杂系统中，多台摄象机的外同步：对多台摄象机固定外同步，使每一台摄象机可以在同样的条件下作业，因各摄象机同步，这样即使其中一台摄象机转换到其他景物，同步摄象机的画面亦不会失真，同时避免不同摄像机画面切换时出现滚频。

　　9) 自动白平衡 AWB

　　开关拨到ON时，通过镜头来检测光源的特性/色温，从而自动连续设定白电平，即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。

　　摄像机分类

　　摄像机按照分类标准的不同，种类也不同，大体可以按照如下标准分类：

　　1) 依成像制式划分

　　按照成像制式，摄像机可分为PAL制摄像机和NTSC制摄像机，采用PAL制摄像机的国家较多，比如中国、德国、新加坡、澳大利亚等;采用NTSC制的主要有美国、日本等国家。

　　2) 依成像器件划分

　　按照成像器件，摄像机可分为CMOS摄像机，CCD摄像机，DPS摄像机。

　　CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)摄像机特点是价格低廉，功耗低，缺点是寿命比较短，感光度较差，容易起噪点，多用于早期摄像机，目前有些高清摄像机也是以CMOS为主。

　　CCD(Charge Coupled Device ，感光耦合组件)摄像机为当前主流，相对于CMOS优点是解析度比较高、低噪点、寿命比较长。

　　DPS(Digital Pixel System，数字像素系统)摄像机标志着在摄像机技术上的一个根本突破，它是一种捕捉高质量图像的尖端技术，可以使用在最复杂及最苛刻的光照条件下，相对于传统的CMOS及CCD，DPS技术对每个像素采样后直接转换为数字信号，纯数字处理技术的应用减少了信号传输噪声和损耗。以下为DPS成像原理图以及与普通摄像机效果对比：

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　　3) 依成像色彩划分

　　按照成像色彩，摄像机可分为彩色摄像机、黑白摄像机和彩转黑摄像机。

　　彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。因有颜色而使信息量增大，信息量一般认为是黑白摄像机的10倍。

　　黑白摄像机：用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。

　　彩转黑摄像机：一般为白天照度好的情况下位彩色，夜间照度低的情况下自动转换为黑白，目前主流的摄像机都为彩转黑摄像机。

　　4) 依摄像机分辨率划分

　　按照摄像机分辨率划分，可分为低档型、中档型、高档型和高清型。

　　低档型： 影像像素在25万像素(pixel)左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率400线左右

　　中档型： 影像像素在25万-38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下

　　高档型： 影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，600线以上

　　高清型： 前端部分即图像采集部分，也就是高清网络摄像机，目前基本上采用CCD与COMS两种传感器分别针对不同的需求设计，CMOS在高像素方面有一定的优势，而CCD对监控场景的适应性更佳，视频编码方式上多采用H.264与MJPEG。

　　5) 依摄像机灵敏度划分

　　按照摄像机灵敏度划分，可分为如下几种：

　　普通型：正常工作所需照度为1-3Lux;

　　月光型：正常工作所需照度为0.1Lux左右;

　　星光型：正常工作所需照度为0.01Lux以下;

　　红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。

　　6) 依摄像元件的CCD靶面大小划分

　　按照摄像元件的CCD靶面大小划分，可分为如下几种：

　　1 英寸 靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm

　　2/3 英寸 靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm

　　1/2 英寸 靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm

　　1/3 英寸 靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm

　　1/4英寸 靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm

　　当前主流摄像机多为 1/3 英寸靶面，交通专用摄像机多用1/2 英寸靶面。[nextpage]

　　7) 依外型样式划分

　　按照外型样式划分，可分为如下几种：

　　传统标准型　：　枪式摄像机

　　板机型　 ：　鱼眼，针孔摄像机

　　伪装型　 ：　半球型，灯饰型，烟感型摄像机

　　一体型　 ：　一体机，球型，红外型摄像机

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　　摄像机发展现状

　　随着人民生活水平的提高及平安城市的推进，安防技术迅猛发展。作为整个视频监控的系统的前端产品，摄像机迎来了前所未有的发展机遇。

　　一体机及快球发展迅速，广义上说一体机是内嵌一体化摄像机镜头，并且是具有自动聚焦功能的摄像机，快球是一体机与云台的结合体，与传统摄像机相比，一体机体积小、监控范围广、性价比高，在安装方面具有优势，并且具有自动聚焦功能，可以快速准确地实现自动聚焦，免除了手动调焦的麻烦。高倍光学变焦是一体化摄像机的另一大亮点，某些一体机已达到36倍光学变焦，以及12倍数字变焦能力。

　　目前市面上出现了一种迷你高速球，已经逐渐用于许多监控场所

　　其外观小巧、美观时尚、功能强大，内置10倍光学变倍机芯，安装比传统高速球相比更加方便。

　　产品细分化多样化，早期摄像机以普通的枪机、球机、一体机为主，产品较单一，随着平安城市建设的推进，以及智能小区的管理、智能交通的建设，安防产品在各行业快速普及，应用的多样化，环境的千差万别，客户的需求多样化，单一的产品满足不了用户的需求。低照度、宽动态、感红外等技术被广泛应用，球机及一体机也向多样化发展，以适应不同客户的个性化需求。

　　日夜型摄像机需求迅猛，为满足夜间监控以及一些特殊场所的监控的需求，日夜型摄像机应运而生，呈现快速发展。同质化竞争激烈，国内摄像机厂商经过多年积累，取得了巨大的发展，规模及技术水平不断提高，与国外产品差距不断缩小，但摄像机的核心部件基本掌握在国外知名厂家手中，方案的选择及性能指标趋于一致，在国内，摄像机品牌的优势并不明显。欧美日厂商一般定位在高端市场，在国内主要是低端产品为主，有关数据统计，在国内摄像机厂商超过300家，民营企业是中国大陆视频监控设备厂商的主体，约占了总数的2/3，与国外厂家相比，国内厂家整体规模偏小，技术创新不够，在底端市场同质化竞争激烈，高端产品基本被三星、索尼、松下、日立等国外厂家垄断，即使在各个指标差不多的情况下，国内外品牌价格也会有明显的差别。

　　摄像机发展前景与趋势

　　由于摄像机的核心技术CCD及DSP技术基本掌握在国外厂家手中，这是不争的事实，因此要想在CCD及DSP技术上取得突破，显然存在困难，随着国外知名厂家纷纷在国内设厂，我们的优势人力成本也在逐渐丧失，国内厂家要想在摄像机取得发展，除了降低成本，改善管理，提高质量和服务提供个性化需求也是国内厂商必须考虑的问题。

　　产品细分化更趋明显，从近几年发展来看，高清晰、宽动态、日夜彩转黑等功能摄像机发展迅速，特别是日夜型摄像机异常火爆，在这里我们把日夜型摄像机定义为能满足白天晚上监控需求的摄像机，包括低照度摄像机及红外摄像机，从其技术角度来说目前也有多种实现方式，红外摄像机是目前比较流行的一种解决方案，但其缺点也比较明显，发热量控制以及红外灯的寿命都是我们需要考虑的问题。三星的帧累积技术，对于静态物体表现良好。Sony的ExView CCD技术，成本较高，是高端产品的首选，配合红外技术，低照度效果改善明显。另外有一种感红外摄像机，对滤光片进行特殊处理，实现白天彩色，晚上黑白，自动切换，提高晚上的灵敏度，也是目前发展的一种趋势。[nextpage]

　　安防监控的数字化，网络化已是一种趋势，作为视频监控的前端产品摄像机无疑在这场变革中将扮演着重要角色，有关部门预测，网络摄像机将以每年不低于50%的速度增长，作为网络摄像机的核心技术——视频编码技术、网络技术、视频监控管理平台技术，国内都已发展较成熟，从目前DVR及DVS发展来看，国内品牌已基本取代国外品牌，这与传统摄像机没有核心技术有本质区别。虽然网络摄像机是一种趋势，但它的发展也并不是一蹴而就的，模拟摄像机与网络摄像机必然在很长一段时间内共同存在，因此网络摄像机与目前DVR、DVS系统兼容就显得格外重要，这需要一个开放的视频软件平台支撑，这也是目前制约网络摄像机发展的一个重要因素。

　　摄像机作为前端产品，数字化、网络化、智能化成为一种趋势，其前端处理能力大大增强，随着安防监控的深入，规模的扩大，传统的监控显然很难适应日益膨胀的信息检索需求，智能监控发展势不可挡。目前已经有公司在摄像机中加入了全球领先的智能视频分析技术，开发出创新、下一世代的智能视频监控产品，此类产品多采用一颗高集成的ARM+DSP架构的高速多媒体处理器芯片，使摄像机智能分析成为可能，另外摄像机作为视频监控的前端产品，采集的数据没有经过编码及传输，完整地保留了原始的数据信息，对信息量的损失最小，可以有效提高智能分析的准确性。

　　结语

　　“平安中国，平安城市”等概念已经深入开来，安防监控也已经广泛应用于人民的生活和工作中，相信随着时间的推移，科技的进步，越来越多的新技术会加入安防视频技术领域里，让我们携手共进，共赢安防新未来。