第部分 1 技术基础 本篇详细介绍了前端设备、视频传输技术及后端控制与显示系统，基本涵盖了当前社会智能安防信息化系统的所有主流应用技术。 ◎第 1章人工智能安防综述 ◎第 2章摄像机结构、性能参数与可调节功能 ◎第 3章镜头 ◎第 4章防护罩、支架与电源 ◎第 5章摄像机的类型 ◎第 6章夜视型摄像机 ◎第 7章球形摄像机 ◎第 8章无线网络摄像机 ◎第 9章人工智能安防技术 ◎第 10章视频传输技术 ◎第 11章后端控制设备 ◎第 12章人工智能安防系统 ◎第 13章视频存储系统 ◎第 14章视频监控显示系统 ◎第 15章工程施工 ◎第 16章综合人脸识别系统技术架构 注：为便于学习交流，本书作者建立了读者服务微信号： 18301211301，通过此微信号可加入读者微信群，参与群内讨论，获取相关资料（包括 3D图库、 PPT动画模版、安防国家标准、综合方案包等）及增值服务。 第1章人工智能安防综述 近 30年来，随着我国经济与城镇化建设的快速发展，人口的流动与规模化迁移成了社会的常态，社会治安因此变得日趋复杂，以电子技术与信息技术为代表的公共安全防范系统成了新时期的客观需求，随着它在社会与生活中获得了极其广泛的应用，逐渐形成了每年市场投入在千亿元级别的巨大产业，成为当前社会信息化应用领域中一个重要的子应用领域，并且成了智慧城市与物联网行业应用中一个非常重要的子应用系统。智慧城市物联网应用如图 1.1所示。 智能安防 社会应用 图 1.1 智慧城市物联网应用 最近几年，随着大数据、算力与算法三大条件的逐步成熟，以深度学习为基础的人工智能技术开始再次崛起。 2017年起，以图像识别技术为代表的人工智能技术在安全防范领域开始了快速地落地应用，在 AI加持的基础上，安全防范领域迎来了新一周期的技术大升级，并将在未来 10年形成一个更大、应用领域更广阔的市场。安防系统技术将成为智能社会（以云计算、大数据、物联网 +人工智能为驱动力的智慧城市）全场景、全业务覆盖的广义传感应用，即将成为今后社会中最普遍、最广义、最基本的传感应用系统。在所有的主流行业应用中，如智能工业、智能农业、智能交通、智能医疗、智能教育、智能安防、智能家居、智能物流及智能环保等领域，智能传感将成为最基础的应用。另外，随着 4K、8K、5G、VR及 AR等应用的到来，现场视频叠加虚拟化的应用将会给视频传感技术带来更大量级、影响更深远的裂变，未来可期，基于视频的智能传感应用将会迎来更加广阔的前景 ! 安防系统其实是一个多系统的组合，根据公安部及全国安防标委会制定的安防行业国家标准 GB 50348—2018《安全防范工程技术标准》定义，安防系统主要包括视频监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、电子巡查系统以及智能停车场管理系统 5个子系统，如图 1.2所示。其中，视频监控系统是社会应用最为广泛的安防子系统，它承担现场图像的实时监控、视频存储与取证以及人员与行为的智能分析与识别等功能，成为安防系统中首要及重要的构成部分。并与其他子系统紧密结合，如入侵报警系统、门禁控制系统等，它们在许多场所组合应用，才能构成一个严密的安全防范系统工程。 图 1.2 安防子系统的构成 1.1 智能安防系统的社会应用 近几年视频监控系统的建设十分迅猛，在各行各业以及人们的生活中获得了广泛的应用，视频监控随处可见，例如，在居民小区的入口、小区各主要干道及边界安装监控摄像机，物业中心可以随时监控记录小区人员的流动以及陌生人员的可疑行为；在银行营业大厅、每个营业窗口以及 ATM取款机安装监控摄像机，实时记录着每个储户的存取款行为；商场的卖场空间及每个购物通道所安装的视频摄像机，监控记录着商场内所有商品的销售行为；医院的门诊部、住院大楼的安防监控，可对病房、监护室的患者进行 24小时监控、监护，可以对危重急救病房与手术室的手术进行观摩学习；还可以进行医生的远程会诊、家属的远程探视等，如图 1.3所示。在校园、图书馆、网吧与办公楼等公共场所，也存在很多视频监控。 图 1.3 智能安防系统的社会（医院）应用 除以上企事业单位自建的安防系统外，由公安部组织与领导，在公共安全领域开展了三大著名的大安防工程建设：平安城市工程、天网工程以及雪亮工程，形成了覆盖城市、乡镇、农村的多层级安防监控网络。目前我国已成为世界最安全的国家之一，这些大公共安全工程的建设发挥了不可替代的重要作用。 平安城市工程就是通过三防系统（技防系统、物防系统、人防系统）建设城市的平安和谐。它是一个特大型、综合性非常强的管理系统，不仅需要满足治安管理、城市管理、交通管理和应急指挥等需求，而且还要兼顾灾难事故预警、安全生产监控等方面对图像监控的需求，同时还要考虑各系统之间的联动。 平安城市工程于 2004年开始试点， 2005年在全国各省市开展全面建设，是目前国内最大的单项公共安全防范工程，它以视频监控网络为基础，综合运用报警联动技术、地理信息系统技术以及北斗 /GPS卫星定位系统，同时实现与交通、建委、环保、水利等政府公共部门的互联互通，形成一个资源共享的特大型公共安全综合管理平台，其结构与应用如图 1.4所示。 图 1.4 平安城市工程应用 由于平安城市工程建设较早，且安防行业技术尚处于模数混合时代，因此导致其建设技术标准（包括传输、平台、设备等）未能进行统一规划，从而无法形成自下而上的联网体系，妨碍了各地综治和公安部门的省市协同使用。因此公安部联合信息产业部（工信部）等相关部委共同发起建设天网工程，按照统一规划、统一标准、统一建设、统一管理的原则，及部级、省厅级、市县级平台架构部署实施，核心是建设省、市、县（区）一体化的监控联网体系，完成覆盖全省互联互通的监控系统，通过统一规范的专用平台和网络接口，能够比较快地部署和实施，从而做到统一监控、统一传输、资源共享，彻底解决跨地域监控联网和资源共享的问题，天网工程三级结构如图 1.5所示。 图 1.5 天网工程三级结构应用 天网工程通过在交通要道、治安卡口、公共聚集场所、宾馆、学校、医院以及治安复杂场所安装视频监控设备，利用视频专网、互联网、移动等网络把一定区域内所有视频监控点图像传输到监控中心（即“天网工程”管理平台），借助中心强大的云计算、大数据及人工智能等现代信息技术，可以实时监测区分出机动车、非机动车和行人，还能准确识别出机动车和非机动车的种类，以及可疑人物的年龄、性别、穿着。例如，贵阳的天网工程通过扫描照片比对，最快可以在 7分钟内抓住潜逃嫌疑人，杭州城市大脑仅用 20秒即可确认交通事故，通过天网工程的实时行人检测识别技术，对刑事案件、治安案件、交通违章及城管违章等事故的及时反应与处理提供可靠的技术保障。 第三大公共安全工程为雪亮工程，雪亮工程是以县、乡、村三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”，其三级结构如图 1.6所示。通过三级综治中心建设把治安防范措施延伸到群众身边，发动社会力量和广大群众共同监看视频监控，共同参与治安防范，从而真正实现治安防控“全覆盖、无死角”。 图 1.6 雪亮工程应用 这三大工程的区别是平安城市是一个综合性的安防系统，包含子系统较多，而且随着信息化技术的发展在不断进化之中，例如，使用云计算、大数据、物联网、人工智能及移动通信等最新技术不断升级改造，使系统更加接近最初设计的目标。天网工程和雪亮工程则偏向于视频监控系统，三者都是分级建设，平安城市和天网工程主要利用政府资源，而雪亮工程鼓励警民结合、资源互补。三大社会公共安全工程的建设，从而形成了目前遍布城乡大街小巷的安防监控系统，而且未来三大系统将不断融合，为我国和谐平安社会的建设提供有力的技术保障。 1.2 智能安防系统的构成 典型的视频监控系统主要由前端摄像机，传输系统，以及后端的控制、存储与显示三大部分所组成，系统结构如图 1.7所示。 图 1.7 智能安防系统结构图 前端摄像机是监控系统的眼睛，它可以根据不同的监控距离和范围选配不同类型的镜头。例如，在摄像机上加装大倍率变焦距镜头，可以使摄像机的清晰成像距离在几米到几千米范围内调节；如果需要监视范围较广的空间，还可把摄像机安装在电动云台（机械转动装置）上，通过控制云台进行水平和垂直方向的转动来及时调节摄像机的监控范围；如果需要执行 24小时的不间断监控，可以使用具有夜视功能的红外摄像机。在大多数的自然环境中，为了防尘、防雨、耐高低温、抗腐蚀等，摄像机及镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。 传输系统是视频图像与控制信号的通路。根据前端监控点与控制中心距离的不同，视频信号的传输主要包括同轴电缆、光纤、无线传输以及网络传输 4种类型与方式，传输系统中除图像与声音信号外，通常还包括对摄像机的镜头与云台以及对摄像机软件参数调整的反向控制信号。 后端的控制与记录部分主要负责对摄像机及其辅助部件，如镜头与云台的控制，例如，对云台的上下左右转动进行控制以及对镜头进行调焦变倍的操作；对视频图像的切换显示，以及对图像、声音信号进行存储记录及回放。目前，网络硬盘录像机 NVR的技术发展得比较完善，它不但可以存储图像与声音信号，而且还包含了画面分割与切换、云台与镜头的控制等功能。如果用户需要对云台、镜头或高速球形摄像机进行控制，可以使用网络内终端计算机的键盘与鼠标进行控制。 目前，安防监控系统已经快速迈入了人工智能时代，整套安防视频监控系统除了具有记录、存储和回放功能外，借助人工智能技术，还可以实现主动预警功能，例如，可以在不需要人工干预的情况下有效识别可疑人员、人群的异常活动；识别车辆的颜色、车款与车牌：进行主动报警等。 显示部分一般由多台液晶显示器或数字化的 DLP拼接屏所组成。在监控点数量不多的情况下，一般可以直接使用计算机的显示器显示即可；如果监控点的数量很多，监视墙也不能一一对应显示，则还需要使用视频解码器等设备来对多路视频信号进行分配与切换。 1.3 智能安防系统的技术发展 安防监控技术在我国经过近 30年的发展，经历了第一代的模拟视频监控，第二代的模拟数字混合监控，第三代的网络视频监控，以及当前第四代的以机器视觉、图像识别技术为代表的人工智能系统共 4个发展阶段。 20世纪 80年代早期，安全防范技术在我国民用领域率先兴起，视频监控成为当时最主要的技术防范手段之一。这一阶段的视频监控系统即为模拟视频监控系统，它由模拟摄像机、同轴传输线缆、多画面分割器、视频矩阵以及录像机和 CRT监视器等模拟监控设备所构成，在监控点数量众多的系统中通过视频矩阵对大量视频图像进行切换显示和分配共享。这一时期的纯模拟视频监控系统也被称为闭路电视监控系统，即 CCTV监控系统。注意，这里的 CCTV并非指中央电视台台标，而是闭路电视监控系统的英文简写。 到了 90年代中期，随着计算机网络的发展以及监控系统的普及，视频监控技术开始向数字化方向发展。数字化技术的运用主要体现在监控中心率先采用数字视频信号处理设备 DVR硬盘录像机，它将前端模拟摄像机采集的视频信号进行数字化处理并压缩封装成网络数据包，并通过软件来完成前端云台镜头的控制、视频图像的分割与切换、周界报警系统的联动控制和视频图像的数字存储与检索等，即用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能。硬盘录像机 DVR作为一台标准的计算机终端设备接入局域网或者互联网后，还可实现视频图像的远程传输以及网络远程控制等功能。另外，数字光端机传输设备、数字矩阵控制设备以及大屏幕数字显示设备在远距离、大规模的监控系统中也获得了广泛的应用，形成了前端模拟信号采集、模拟或者数字信号传输、后端数字信号控制与显示的模拟数字混合型监控系统，系统结构如图 1.8所示。相比纯粹的模拟监控系统，模拟数字混合监控系统具有图像清晰、视频传输距离远以及控制与扩展灵活等优势，并且能够大规模组网，因此可以满足大多数中小企业以及铁路、石化、公安与交管等大型安全防范工程的需要。这种模数混合系统由于技术成熟、性能稳定以及性价比高等特点，因此成为安防应用普及时期社会各企事业单位的主要应用模式。 图 1.8 模拟数字混合监控系统结构图 2005年之后，数字视频监控技术得到了广泛的应用，并很快从数字视频监控向 IP网络视频监控的方向发展。在 2004年公安部开展的平安城市特大型安防工程建设的推动下，并伴随着近几年我国电信网络基础带宽的大提升以及互联网宽带接入的普及，基于 IP网络的远程视频监控系统就成了安防行业的发展趋势。将网络 IP信号处理前移，摄像机集成网络模块直接输出 IP信号并通过计算机网络传输成为一个自然的选择，这样整个视频监控系统从前端视频信号到传输以及后端控制全部实现了 IP网络化管理。相对于模拟数字混合系统，IP网络监控系统结构则更加简洁，它主要由前端网络摄像机、计算机传输网或者互联网以及网络控制主机平台所构成，系统结构如图 1.9所示，并且具有组网方便灵活、可以进行远程网络监控与管理的优点，非常适合大规模远距离的视频监控传输系统，以及更多的家庭与个体的视频安防系统建设。视频监控技术在网络化基础上快速地向高清以及智能化方向发展。 图 1.9 IP网络监控系统结构图 在 2008北京奥运会和 2010年上海世博会的推动下，高清视频技术开始在视频监控行业获得快速的应用。 IP网络摄像机、百万像素摄像机及网络硬盘录像机 NVR等代表了新技术方向的产品成了当时行业的焦点。随着新一轮视频监控工程的建设，以及早期系统的升级改造，高清视频监控开始在公安系统、法院、检察院以及银行等金融机构获得了大规模应用，基于高清、网络、夜视功能的视频监控系统开始大规模普及。 近年来，随着人工智能配套子系统的快速发展，如人工智能芯片、人工智能算法以及基于大数据深度学习技术的发展，视频监控系统已开始在网络化基础上向智能化快速进化，目前，安防领域已经成为全球人工智能技术最大、最成熟的落地应用领域。 2017年是人工智能在安防领域应用的元年，安防领域的巨头企业，如海康威视、大华电子、宇视科技、天地伟业，以及新兴的人工智能创新型企业，如旷世科技、商汤科技、云从科技、依图科技、华为等，都已开始主推基于人工智能技术的安防监控系统，人工智能安防系统结构如图 1.10所示。 2018—2020年是人工智能型安防系统开始全面社会应用的新阶段， All in AI即人工智能技术应用或改造所有领域已成为当前社会不可阻挡的发展趋势，人类社会即将由信息化进入智能化时代。 图 1.10 人工智能监控系统结构图 网络、高清、智能化已成为了视频监控系统的技术主流与发展方向，视频监控系统技术架构已经开始由封闭嵌入式系统迁移到了开放型的 IP网络架构系统中，与云计算、大数据、人工智能等信息基础架构平台进行深度融合，并且成为智慧城市、物联网应用的重要子系统之一。 1.4 本章小结 本章主要介绍了智能安防系统的社会应用、智能安防系统的构成和智能安防系统的技术发展 3个部分，即对智能安防系统进行整体的概述。 智能安防系统的社会应用：本小节内容重点为平安城市、天网工程与雪亮工程的概念及三者应用的侧重点。 智能安防系统的构成：内容重点为前端、传输技术类型与后端系统的关键构成及重点功能实现。 智能安防系统的技术发展：安防系统技术经过早期的模拟系统、模拟数字混合系统、 IP网络化系统的发展，迎来了当前的人工智能化发展阶段。人工智能时代前端安防传感技术结合后端云计算、大数据、人工智能平台型技术，已经成为智慧城市广义物联网应用的一个智能传感子系统应用。目前，安防大的厂商开始逐渐淡化安防的概念，重点投入云计算与大数据平台、物联网传感以及人工智能大脑建设，开始向新一阶段更为广阔的智慧物联网应用转型。 第2章摄像机结构、性能参数与可调节功能 在视频监控系统中，摄像机为前端的视频图像采集分析设备，是视频监控系统中的核心设备，它的性能直接决定了视频图像的质量与视频图像的分析效果，本章主要介绍摄像机的结构、性能参数与可调节功能。 2.1 摄像机结构 摄像机是以图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、DSP数字信号处理芯片、图像编码压缩芯片以及内含图像识别算法的人工智能芯片等为代表的视频信号处理电路所构成，其结构如图 2.1所示。图像传感器是一个感光器件，它的主要功能是将光信号转变成电信号，然后经过视频信号处理电路放大处理，并在同步控制信号的作用下复合输出一个标准的视频信号。图像传感器和 DSP芯片在很大程度上决定了摄像机的图像质量。 图像传感器有 CCD与 CMOS两种类型。 CCD是电荷耦合器件的简称，它是模拟摄像机所普遍采用的传感器元件。生产 CCD传感器的厂家主要包括日本索尼、松下、夏普以及韩国三星等公司。索尼公司的光电传感器技术一直处于行业领先地位，一般被用于 600线以上清晰度的模拟摄像机，索尼 CCD传感器主要有两种类型，分别为 Super-HAD CCD与 Ex-View CCD。Super-HAD CCD是一种高清晰度传感器，而 Ex-View CCD则是具有夜视功能的低照度传感器，强调照度比 Super-HAD 更低，这两种 CCD传感器是模拟摄像机所普遍采用的传感器类型。 CMOS传感器是数字时代数码产品所普遍采用的图像传感器， CMOS传感器比 CCD传感器具有更快的响应速度，目前已经可以达到 300fps（每秒 300帧）以上甚至更高的帧速率，非常适合高速运动物体的摄像；而且在实现更高分辨率的高清晰视频图像中具有更大的优势，可以达到数十倍乃至百倍于 CCD的清晰度。因此被手机、平板电脑、数码相机、网络监控摄像机、影视摄影机等现代数码产品所普遍采用，成为取代 CCD传感器的主流图像传感器产品。 图 2.1 摄像机结构 CMOS的制作工艺与芯片刻蚀工艺相同，因此也代表了一个国家的科技实力。目前能够大规模量产 CMOS传感器的公司主要是日本索尼、韩国三星、海力士、美国 Aptina、中国台湾 PixelPlus、上海格科微电子、北京思比科微电子和昆山锐芯微电子等公司，我国在十二五期间全面发展芯片研发制造产业链，相信不久的将来会有我们自己更高品质的 CMOS传感器产品。 目前摄像机已全面进入了高清网络智能化时代，网络 IP摄像机在传统摄像机电路结构基础上集成了 CPU处理器、运算内存以及嵌入式操作系统等，嵌入式操作系统在 CPU与内存的运算配合下，能够执行更多的软件控制功能，如音视频编码压缩功能、数据包封装功能、软件设置调整控制功能等，成了一款标准的 IP网络终端设备。 人工智能摄像机则是在 IP网络摄像机基础上，集成了人工智能芯片，如图 2.2所示。人工智能芯片是一款经过大数据平台深度学习训练、内置高精度图像识别算法的芯片，它的工作原理是对高清晰度视频流中的人脸进行连续拍照，并在多幅照片中选取一幅清晰度最高、人脸特征最明确的图片传输给控制中心的智能后台，通过与后台照片库的比对即可识别出人员的身份。 图 2.2 人工智能摄像机结构 目前模拟摄像机已经遭到了淘汰，主流安防企业仅销售个别类型的模拟摄像机，用于原有模拟监控系统在不方便重新布线情况下的升级。而 IP网络摄像机与人工智能摄像机则是视频监控系统的主流，IP网络摄像机与人工智能摄像机普遍采用的是 CMOS传感器。 2.2 摄像机性能参数 衡量摄像机性能高低的参数主要有图像传感器尺寸、 CMOS传感器像素、摄像机分辨率、摄像机灵敏度以及信噪比等，除此之外其他参数还包括视频输出信号、镜头安装方式以及工作温度等。 2. 2.1.图像传感器尺寸 图像传感器芯片已经开发出多种尺寸，主要包括 3/4英寸、 2/3英寸以及 1/2英寸，如图 2.3所示。其中， 1/2英寸与 2/3英寸是普遍采用的尺寸。 1/2英寸的靶面宽 6.4mm、高 4.8mm，对角线长度为 6mm；2/3英寸的靶面宽 8.8mm、高 6.6mm，对角线长度 8mm； 3/4英寸的靶面尺寸为宽 18mm、高 13.5mm，对角线长度为 22.5mm。图像传感器尺寸越小感光性能就越差，但成本相对也越低。 图 2.3 不同尺寸规格的 CMOS传感器 2.2.2.分辨率 分辨率是衡量摄像机性能的一个重要参数，模拟摄像机采用的是模拟电视系统的图像测量标准。它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在模拟监视器上能够看到的最多线数，用 TVL表示。分辨率有水平与垂直两种，在视频监控行业一般是指水平分辨率。模拟彩色 CCD摄像机的水平分辨率目前主要有 650线、700线以及 960线以上等不同档次。 IP网络摄像机采用的是高清数字电视标准格式，包含多个清晰度级别，从低到高依次为 720P、960P、1080P、2K、4K及 8K，如图 2.4所示。 720P为高清视频，英文简写为 HD视频，水平与垂直分辨率分别为 1280×720，简称 720P；1080P为全高清视频，英文简写为 FULL HD或者 FHD，水平与垂直分辨率为 1920×1080，简称 1080P。 2K分辨率的标准为 2560×1440；4K分辨率为 3840×2160，它是 2K分辨率的 4倍，属于超高清分辨率。在此分辨率下，观众将可以看清画面中的每一个细节， 8K分辨率为 7680×4320。 注意， 720P与 1080P指的是垂直分辨率而非模拟监控系统的水平分辨率，因此水平分辨率为 600～ 700线的模拟 CCD摄像机也仅达到数字高清视频入门级标准 720p，遭到淘汰是必然的。 在 IP网络监控系统中，随着社会的发展， 720P与 960P逐渐被淘汰， 1080P已经成了目前网络高清的标准配置；在人工智能监控系统中，由于需要保证拍摄到的图像中人脸区域像素不小于 80×80像素，因此， 1080P成了起步配置，而且将逐步过渡到 2K、4K的超高清分辨率时代，从而为智能图像识别提供更好的支持。 图 2.4 数字视频图像分辨率 2. 2.3图像传感器像素 像素是图像传感器的主要性能指标，它决定了视频图像的清晰程度，单位面积内像素越多分辨率就越高，图像细节的表现就越好。有些摄像机参数给出的是图像传感器水平与垂直方向的像素值，如 1920H×1080V；有些则直接给出了两者的乘积值，如 200万像素。像素是决定摄像机图像清晰度的一个关键因素，但是摄像机整体图像的清晰度也还决定于电子信号处理等其他要素。采用 CMOS传感器的 IP网络高清摄像机， 720P高清视频像素为 1280×720，约等于 92万像素，统称百万像素； 960P的高清视频为 1280×960，约等于 130万像素； 1080P的全高清视频则是 1920×1080，在 200万像素左右。目前 200万像素级别的 1080P摄像机已经成为监控市场的最低标准，主流安防产品厂家所推出的民用市场网络摄像机像素标准包括 200万、300万、400万、500万、600万、800万、1000万至最高 1200万。其对应的分辨率分别为 1080P、2K和最高 4K标准。 2. 2.4.灵敏度 灵敏度指摄像机的最低照度，它是当被摄物体的光照度逐步降低时，摄像机输出的视频信号电平低于标准视频信号最大幅值一半时的景物光照度值，照度的单位为勒克斯 （lx）。标注此参数时，还应注明镜头的最大相对孔径。因为不同孔径的镜头决定了不同的进光量。例如 ,使用 F1.2的镜头，当被摄景物的光亮度值低到 0.04lx时，摄像机输出的视频信号幅值为 350mV时，即达到了标准视频信号最大幅值 700mV的 50%，则此摄像机的最低照度为 0.04lx/F1.2。当被摄景物的光亮度值更低时，摄像机输出的视频信号幅值就达不到 350mV，反映在监视器屏幕上，将是一屏很难分辨出层次的灰暗图像。因此最低照度是在镜头光圈大小一定的情况下，获取规定信号电平所需要的最低靶面照度。 照度没有统一的国际标准，每个图像传感器制造商都有自己的测量方法。一个标注为 1lx/F10的摄像机和标注为 0.01lx/F1的摄像机灵敏度可能完全一样。因此最低照度值只能作为参考，实际效果还需要通过应用来确定。 2. 2.5信噪比 任何电路只要通电后都会产生电子噪声信号，包括元器件及线路本身所产生的噪声。噪声信号越小，画面看起来就会越干净，有用信号与噪声信号的比值即为信噪比，单位为分贝（ dB）。在监控系统中，当环境照度不足时，信噪比越高的摄像机图像就越清晰。监控摄像机的信噪比若为 50dB，图像会有少量噪点，但视频质量良好，肉眼不易觉察；若为 60dB，则图像质量优良，不会出现噪点。 2. 2.6.视频输出 模拟视频信号的输出值多为 1Vp-p，也就是 1伏特（峰值对峰值）、阻抗为 75Ω，均采用 BNC类型的接头，如图 2.5所示； IP网络摄像机输出的是标准的 TPC/IP封装的以太网数据帧，通过 RJ45网络接口输出。 2. 2.7镜头安装方式 2. 2.8.摄像机电源 有直流 12V与交流 24V两种，但大多为直流 12V，即 DC12V供电。 2. 2.9.工作温度 有 C和 CS两种不同类型的接口方式，后面镜头部分会详细介绍。 -10～＋ 50℃是绝大多数摄像机生产厂家的温度指标，但我国北方冬季气温低至零下 30℃到零下 50℃，因此需要使用有温度保护措施的室外防护罩。 2.2.10.伽马校正 所谓伽马（γ）校正就是检出图像信号中的深色部分和浅色部分，并使两者比例增大，从而提高图像对比度效果。伽马校正系数即 γ值，其典型值为 γ =0. 45。现行摄像机大都采用这一固定的 γ值。 图 2.5 摄像机接口、供电与工作温度参数图 2.3 摄像机外部可调节功能 为了适应各种光照条件差别极大的环境，增加摄像机的细节显示效果，摄像机还包括许多外部可调节功能，如图 2.6所示。 图 2.6 摄像机外部可调节功能 2.3.1.自动增益控制 摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平（ 1Vp-p），为了能在不同的景物照度条件下都能输出标准视频信号，必须使内部电子放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路（ AGC ON/OFF），简称 AGC电路。具有 AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时图像的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。当 AGC开关拨到左边 ON位置时，在低亮度条件下可以获得清晰的图像；当开关拨到右边 OFF位时，在低亮度下可获得自然而低噪点的图像。 2.3.2.电子快门 电子快门（ Electronic Shutter ON/OFF）是参照照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制图像传感器的感光时间。由于图像传感器感光的实质是信号电荷的积累，感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。电子快门的时间在 1/50～ 1/100000s之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可以根据环境的明亮程度自动调节快门时间，使视频图像更清晰。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。 2.3.3.背光补偿 背光补偿（ BLC ON/OFF）也称作逆光补偿，它能提供明暗对比强烈环境中目标的理想曝光，例如，窗外光线明亮，室内光线较暗，拍摄背靠窗户人的脸时。通常，摄像机的 AGC工作点是根据整个视场的平均信号电平来确定的，所以人脸通常较不清晰。当引入背光补偿功能时，摄像机仅对视场中的一个子区域进行检测，通过此区域的平均信号电平来确定 AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低， AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面也会更加明亮，但与主体画面的主观亮度差会大大降低。 当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时，应该把开关拨到 ON位置，即左边位置；当与云台配用或照明迅速改变时，建议把该开关放在 OFF位置，即右边位置，因为在 ON位置时，镜头光圈速度变慢；如果所需物体不在图像中间时，背光补偿可能不会充分发挥作用。 2.3.4.自动白平衡 所谓白平衡（ ATW ON/OFF）就是彩色摄像机在任何光源下对白色物体的精确还原，有手动白平衡和自动白平衡两种方式，调节开关如图 2.7所示。自动白平衡使得摄像机能够在一定色温范围内自动地进行白平衡校正，其能够自动校正的色温范围在 2500～ 7000K，超过此范围，摄像机将无法进行自动校正而造成拍摄画面色彩失真，此时就应当使用手动白平衡功能进行白平衡的校正。开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或蓝色状况有多达 107个等级供调节。 图 2.7 摄像机背部白平衡调节开关 2. 3.5.自动亮度控制 /电子亮度控制 当选择 ELC（电子亮度控制）时，电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变图像传感器的曝光时间，一般从 1/50～ 1/10000s连续调节。选择这种方式时可以用固定或手动光圈镜头替代 ALC（自动亮度控制）电动光圈镜头。需要注意的是，在室外或明亮的环境下，由于 ELC控制范围有限，还是应该选择电动光圈镜头。 2. 3.6.细节电平选择开关 该开关用以调节输出图像是清晰（ SHARP）还是平滑（ SOFT），出厂时通常设定在 SHARP位置。 2.4 摄像机后部接口 除参数调节开关外，摄像机背面有许多接口，如图 2.8所示。接口介绍如下。 ■模拟视频输出 BNC接口。 ■ ANDIO音频输入接口，表明此摄像机还带有现场声音采集麦克风。 ■电动镜头控制信号输出接口。 ■ ALARM报警信号输入输出接口。 ■ RS485总线控制接口。 ■电源指示灯。 ■ RJ45网络视频信号输出接口。 ■ LEVEL为电子快门调节旋钮。 ■ 12V的摄像机直流供电接口。 图 2.8 摄像机背部接口 最后对摄像机上的常见英文简写做个小结，如表 2.1所示，便于加深读者对本书内容的理解。 表 2.1 常见英文简称对照表 序号 英文标识 中文名称 备注 1 CCTV 闭路电视 英文简写 2 ELC 电子光线控制 英文简写 3 BLC/ALC 背光补偿 英文简写 4 W/B 白平衡 英文简写 5 S/N 信噪比 英文简写 6 LCD/LED 液晶显示器 英文简写 7 DSP 数字信号处理器 英文简写 8 AGC 自动增益控制 英文简写 2.5 本章小结 本章详细介绍了摄像机结构、摄像机性能参数以及摄像机可调节功能 3个部分内容 ,呈现前端摄像机技术的全貌，下面分别进行总结。 （1）摄像机结构：摄像机构成的重点包括图像传感器、 DSP数字信号处理芯片、图像编码压缩芯片以及内含图像识别算法的人工智能芯片等，随着智能时代的到来，内置人工智能芯片与算法将成为今后主流摄像机的标准配置，摄像机将成为一台前端图像智能分析的重要设备。 （2）摄像机性能参数：摄像机主要性能参数包括图像传感器尺寸、 CMOS传感器像素、摄像机分辨率、摄像机灵敏度以及信噪比等，这些参数是了解一个摄像机性能的基本要素。本节重点内容为传感器像素、摄像机分辨率以及两者之间关系。 （3）摄像机的可调节功能：为了适应各种光照条件差别极大的环境，增加摄像机的细节显示效果，摄像机包括许多外部可调节功能。随着电子技术与软件功能的发展及摄像机智能化程度的提升，摄像机外部需要手动调节的功能将会越来越少，其许多功能将通过内部的软硬件智能化来自动实现。 第3章镜头 镜头（ Lens）是各种光学成像设备成像不可缺少的重要部件，如监控摄像机、数码相机、手持式 DV、电影摄影机、带拍照功能的智能手机、平板电脑、深空望远镜以及太空光学侦测卫星等都必须有镜头，镜头的作用是将外界景物光线聚集到图像传感器靶面而成像，其功能如图 3.1所示。如果没有镜头，光学成像设备输出的图像将是白茫茫的一片。镜头决定各种光学成像设备的监控距离与成像清晰度，不同焦距的镜头可以使监控的距离从镜头的前面两三厘米延伸到数千米远，因此镜头一般独立于摄像机，以适应不同的监控环境。 图 3.1 摄像机镜头功能示意图 镜头是一套复杂精密的光学设备，一般由多个或十多个不同类型的镜片所构成，镜片的类型包括凸透镜、凹透镜以及非规则曲面镜片等，配合精密的机械组件可以进行焦距、光圈以及聚焦的调节，其结构如图 3.2所示。有些镜头还带有精密的电动机，可以根据外界光照环境的变化自动调节，以获得最佳的成像效果。因此，高端镜头是一套非常精密的光学机械工业产品，广泛应用于民用、工业以及国防等领域。光学镜头的加工制造能力某种程度上反映了一个国家的工业制造水平，能够制造和生产精密光学镜头的国家目前主要包括德国、日本、美国以及中国等少数几个国家，而在民用领域则主要以日本、德国为主。我国在精密高端太空光学镜头的研制能力处于世界最前列，但在民用领域还非常弱，国内市场基本以德系、日系产品为主，而主流安防产品厂商的镜头则多是 OEM产品。 图 3.2 镜头的结构 3.1 镜头的可调节参数 镜头包括 3个重要的调节参数，分别为焦距、光圈与聚焦，下面分别进行介绍。 3. 1.1焦距 当一束平行光沿着凸透镜的主轴方向穿过时，在凸透镜的另一侧主轴上会被汇聚成一点，这一点就叫作焦点，焦点到凸透镜光心的距离被称为该凸透镜的焦距。焦距与镜头的视角成反比关系，通常镜头的焦距越短，视场角度就越大，但视场距离也越近；而镜头的焦距越长，视场角度就越小，但视场距离也随之变远。如图 3.3所示为一款鱼眼镜头不同焦距所对应的不同视角的关系图。 图 3.3 一款鱼眼镜头焦距与视角的关系图 通常所说多少毫米的镜头就是指镜头的焦距长度，例如，图 3.3中镜头上所标注的 6mm即表示该镜头的焦距为固定长度 6mm。而一些中高端的镜头通常是由多块不同的镜片所构成的复杂聚光系统，焦距长度可以在一定范围内进行调节，这种镜头被称为变焦镜头。通过改变焦距的长度就可以改变视场的距离。变焦倍数越大，能拍摄场景的调节范围就越大。如图 3.4所示变焦镜头的焦距标示为“ f=4.5-13.2mm”，表示该镜头的焦距范围为 4.5~13.2mm可调节。 图 3.4 变焦镜头的焦距标识 摄像机的变焦有光学变焦与数码变焦两种类型，光学变焦就是改变镜头的焦距，而数码变焦实际上是画面的电子放大，即把原来图像传感器上的一部分像素使用插值的处理手段来放大，但图像的清晰度会有一定程度的下降，所以数码变焦并没有太大的实际意义，真正具有实用价值的是光学变焦。 有些摄像机会标注镜头的变焦倍数，所谓变焦倍数指的是最大焦距与最小焦距的比值，即光学变倍。图 3.5中某一体化摄像机即自带变焦镜头的摄像机机身标准为 22X，即表示摄像机镜头的光学变焦倍数为 22倍，大多数普通监控镜头的光学变焦倍数在 12～ 37倍。有些一体化摄像机所标注的放大倍数是指光学变倍与数码变倍的乘积，如 220倍变焦即是指 22倍光学变焦与 10倍数码变焦的乘积，而标注倍数在 180以上的通常为光学变倍与数码变倍的乘积。 图 3.5 某 22X光学变焦一体化摄像机 镜头的尺寸应与摄像机的 CMOS图像传感器尺寸一样或者更大。例如， 1/2英寸 CMOS的摄像机可以使用 1/2英寸或者 3/4英寸的镜头，但不能使用 1/3英寸的镜头，否则会阻挡 CMOS传感器的感光面积。 3.1.2光圈 镜头有一个控制透光量的装置即光圈。光圈开得大透光量就大，光圈开得小透光量就小，镜头光圈结构如图 3.6所示。镜头焦距 f与光圈直径 D的比值被称为光圈系数 F（F=f/ D ；f=焦距， D=镜头的有效孔径）。光圈越大或者 F值越小，到达传感器靶面的光通量就越大，视频图像就会越清晰。而直径不同的镜头只要光圈系数相同，到达 CCD靶面上的光强度就会一样。镜头的光圈系数都已经标准化，包括 F1.4、F2、F2.8、F4、F5.6、F8、 F11、F16、F22、F32等不同的规格。 光圈的作用有两个：控制通光量与调节景深。如果镜头的光圈为可调节型光圈， F值就会有一个调节范围。在最小 F值情况下，即使是较暗的景物镜头也可以通过较多的光量；而在非常明亮的环境下则需要调高 F 值，减小达到图像传感器靶面的光通量。此外， F值也会影响到拍摄环境的景深，景深是指焦点前后可以清晰对焦的区域。景深较深是指从景物到镜头之间在一个较大的范围内均可以清晰对焦，景深较浅可以清晰对焦的范围就较小。一般来说，同一镜头光圈系数 F值越大景深就越深。 图 3.6 镜头光圈结构图 3.1.3 　聚焦 一般镜头有聚焦环，当摄像机初始安装镜头图像模糊时就需要调节聚焦环，即调节焦距到图像传感器靶面的距离从而使成像清晰。焦距、光圈及聚焦调节环调节完成后分别通过紧固螺栓扭紧固定。 3.2 　镜头的接口类型 摄像机与镜头的接口有 C与 CS两种类型，如图 3.7所示。其中， CS型镜头接口比 C 型短 5mm，是摄像机与镜头的常用接口。 CS型接口的摄像机可以使用 C与 CS两种类型的镜头。但是在使用 C型接口镜头时，需要在摄像机和镜头间加装 5mm厚垫圈，即图 3.7中所示的转接环，否则在安装的过程中可能会挤坏图像传感器靶面。 C型接口摄像机由于其物理上无法将镜头靠近 CCD 平面，所以不能使用 CS 接口镜头。 图 3.7 镜头的接口类型 了解了以上镜头的参数意义后就可以看懂镜头上所标注的参数和字符。例如图 3.8中各种字符和参数的含义如下。 ■ 12-36mm：镜头的焦距为 12~36mm可调。 ■ 1:1.28：光圈系数 F值的变化范围为 1~2.8。 ■ 2/3：镜头的大小为 2/3英寸。 ■ C：镜头的接口类型为 C型。 ■ T/W：聚焦调节环。 ■ ∞ /N：焦距调节环，无穷大方向即顺时针方向为长焦方向，N方向或逆时针方向为短焦方向。 ■ OPEN/CLOSE：光圈调节环，其中。 OPEN方向为扩大光圈口径， CLOSE方向为缩小光圈口径。 图 3.8 镜头的参数标注 3.3　镜头后焦的调整 在某些应用场合即使将镜头对焦环调整到极限位置时仍不能清晰成像，此时首先必须确认镜头的接口是否正确，如果确认无误就需要对摄像机的后焦距进行调整。根据经验，大多数配接电动变焦镜头的摄像机，往往都需要对后焦距进行调整。后焦距调整步骤如下。 （1）将镜头正确安装到摄像机上。 （2）将镜头光圈尽可能开到最大，目的是缩小景深范围以准确找到成像焦点；然后通过变焦距调整将镜头推至望远状态，拍摄 10m以外的一个物体的特写，再通过调整聚焦使特写图像调清晰。 （3）进行与上一步相反的变焦距调整，将镜头拉回至广角状态，此时画面变为包含特写物体的全景图像，但此时不能再做聚焦调整。注意，即使此时图像模糊也不能调整聚焦，而是准备下一步的后焦调整。 （4）将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋转放松，然后旋转后焦调节环直至画面最清晰为止，对没有后焦调节环的摄像机则通过直接旋转镜头带动其内置的后焦环，然后暂时旋紧内六角螺钉。 （5）重新调节镜头焦距至望远状态，观看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰，如不清晰再重复上述第（ 1）、（2）、（3）步骤直至图像清晰为止，然后旋紧内六角螺钉，将光圈调整到适当的位置，通常只需一两次就可完成后焦距的调整。 目前厂家主推一体化摄像机，一体化产品自带镜头，不再需要用户单独选配安装调试镜头，这减少了施工的工作量并提高了安装的质量。但如果用户要求自行选配不同厂家的镜头以节约成本，就需要进行安装调试。 3.4　镜头的类型 根据应用环境以及可调节参数的不同，摄像机镜头有多种不同的类型。按可视角度来划分可分为鱼眼镜头、标准镜头以及针孔镜头 3类，如图 3.9所示。 图 3.9 镜头的类型 3.4.1 　鱼眼镜头 鱼眼镜头也被称为广角镜头，焦距一般较短，在 15mm以下，视角在 90°以上，因此观察范围较大，但图像有变形，一般应用在特殊场所。 3.4.2 　标准镜头 标准镜头是视频监控中应用最为广泛的类型，有短焦、中焦与长焦等各种不同的规格，焦距范围从 2~1200mm不等。其中，焦距长度在 2～ 35mm的为短焦镜头；焦距长度在 38～ 90mm的为中焦镜头；而焦距长度在 100mm以上的为长焦镜头。 根据工程应用经验，镜头监控范围内人脸清晰成像的距离一般是镜头焦距的 2000倍，即 2mm镜头的人脸清晰成像距离为 4m，1200mm镜头人脸的清晰成像距离则达到了 2400m，如图 3.10所示，因此，不同焦距镜头的有效监控距离可以从近距离到数千米不等。 图 3.10 镜头焦距与人脸清晰成像距离 标准镜头的焦距与视角关系如图 3.11所示： 2.5~6mm焦距的镜头，其视角在 60° ~100°；工程中应用最为广泛的 8~12mm镜头，其视场角度在 30° ~40°，焦距越长视角越窄；60mm以上焦距的镜头其视角范围则在 5°以内。 图 3.11 标准镜头的焦距与视角关系图 根据焦距、光圈以及聚焦调节方式的不同，标准镜头又可分为如图 3.12所示的 6种常见类型，下面分别进行介绍。 1.固定光圈定焦镜头 固定光圈定焦镜头是指光圈的大小与焦距固定不可调节的一种简易结构镜头，常见焦距有 4mm、6mm 、8mm、12mm以及 16mm等多种不同的规格，一般应用在光照变化不大的室内环境。由于价格相对较便宜，所以工程用量极大。固定光圈定焦镜头一般通过调节接口的螺纹距离来调节后焦距，以使摄像机清晰成像。 2. 固定光圈手动变焦镜头 固定光圈手动变焦镜头是指光圈大小固定而焦距长度可以手动调节的镜头，常见的镜头焦距调节范围为 2.5~15mm，因此清晰成像的距离为 5~30m。由于焦距在较大范围内变化，所以一般还需要聚焦调节配合，以便不同的焦距都能清晰成像。固定光圈手动变焦镜头一般适合光照变化不大的各种室内环境。 3. 手动光圈手动变焦镜头 手动光圈手动变焦镜头可以根据监控环境的亮度与范围来调节光圈的大小与成像的距离，使视频成像明亮清晰，然后保持该状态固定不变，通常在镜头上有焦距、聚焦与光圈 3个调节环。手动光圈手动变焦镜头适合不同光照亮度且光照变化不大的室内环境。 图 3.12 标准镜头的类型 4. 自动光圈定焦镜头 自动光圈定焦镜头可以根据环境亮度的不断变化自动调节光圈的大小，光圈孔径通过电机驱动由 AGC电路控制自动调节，适合监控场景固定而光照变化较大的室外环境。 5.自动光圈手动变焦镜头 自动光圈手动变焦镜头的光圈孔径由摄像机根据光照的变化自动调节，而镜头焦距的调节范围一般在 2~16mm，根据监控距离手动调节至清晰成像，然后保持焦距参数固定不变，这种镜头适合光照变化较大的室外环境。 6. 电动三可变镜头 电动三可变镜头由电机驱动调节镜头的焦距、聚焦以及光圈从而使摄像机清晰成像，这类镜头通常是一种大变倍率的中远距离监控镜头，如图 3.13所示。镜头的变焦范围通常分为 100mm以内、300mm以内以及 300mm以上几种，下面分别进行介绍。 （1）100mm以内通常有 6～ 48mm、6～ 60mm以及 6～ 90mm等多种规格的变焦镜头，其变焦倍数一般为 6倍、8倍、10倍以及 15倍不等，清晰成像距离一般在 200m以内。 （2）300mm以内的变焦镜头其清晰成像距离一般在 15~600m，常见规格有 8～ 120mm、10～ 200mm以及 10～ 300mm等多种，其变焦倍数有 15倍、16倍、20倍、 22倍以及 30倍不等。 （3）300mm以上的大变倍镜头有些焦距甚至达到或超过 1000mm，特别适合超远距离监控，其规格有 15～ 375mm、30～ 750mm以及 20～ 1000mm等多种，变焦倍数通常有 30倍、33倍、50倍以及 100倍不等。 焦距在 100mm以上的长焦镜头通常分为 3级：135mm以下称为中长焦距， 135～ 500mm称为长焦距， 500mm以上的则称为超长焦距。它们的清晰成像距离可从百米以上到远达数千米。例如， 15倍长焦镜头，焦距的调节范围在 80~1200mm，其清晰成像范围为 150~2000m。而其长度则达到了 445mm，质量达 3.8kg，外加摄像机的整体长度则达到了 500~1000mm，体积十分巨大。长焦镜头一般应用在森林防火、城市高空监控、海洋渔业船舶监控、边防及油田监控等领域。 图 3.13 长焦距大变倍率镜头 大倍率的电动变焦镜头是一种集光、机、电于一体的精密工业产品，具有很高的技术含量，特别是在一些特殊领域的高端镜头，如太空侦察、空间探索方面的光学镜头更是一国光学实力的代表。大倍率的电动镜头在开发过程中需要解决很多光学问题，如纵向色差的问题及聚焦不实的问题等，具有较高的技术门槛，因此并不是每一个手动变焦镜头的厂商都可以做电动变焦镜头。在长焦镜头认知时容易产生以下两个误区。 （1）认为倍数越大可以看到的距离就越远，这是一个错误的概念。光学变焦倍数只是表明一个镜头焦距的相对变化范围，而不能说明一个镜头的绝对焦距指标。例如，一款焦距为 5.5～ 187mm的 34倍镜头和一款焦距为 10～ 330mm的 33倍镜头，虽然前者是 34倍的镜头，但其远端焦距只有 187mm与后者的 330mm在远端监控距离上相差较大。 （2）只看长焦端的焦距而忽略广角端的焦距。例如，一款 1/2英寸 10～ 500mm的镜头，在其广角端 10mm焦距时的视场角约为 35°；另一款 1英寸 23～ 506mm的镜头，在安装到 1/2英寸摄像机上时其广角端 23mm焦距却只有约 15°的视场角。在实际使用中两者的效果就会完全不一样。这款 22倍的镜头只能用于在某个定点方向上的监控，而 50倍的镜头既可以监控非常大的场景范围，又可以做到对其细节拉近观察。 以森林防火行业为例，如图 3.14所示，一般来说会在几个制高点上安装监控摄像机配合大倍数电动变焦镜头，用最少的监控点来覆盖周边 5～ 10km范围内森林的情况，由于地貌的限制，制高点的数量是有限的。如果采用 50倍的镜头可能只需要 5～ 10只就可以完成周边 10km范围内的监控；而采用 22倍的镜头就必须要安装 20个以上监控点才可以不留死角，所以广角的重要性就不言而喻。 图 3.14 长焦距大变倍率镜头应用 3.4.3.针孔镜头 针孔镜头是一种隐蔽型镜头，与大多数的公开视频监控不同，它主要用在刑侦、暗访等特殊场所。针孔镜头也容易被别有用心者用于不法窥探，例如，宾馆床头、电视机面板、电源开关面板及卫生间等隐蔽环境所安装的针孔摄像机，会导致用户的隐私泄露。常见针孔镜头的焦距规格从 2～ 70mm不等，如图 3.15所示，有效监控距离在 4~15m。 图 3.15 针孔镜头 除普通的白光镜头外还有一种适用于夜视环境的红外镜头，其镜头上一般会标注符号 IR。专业红外镜片的各项性能指标远远超过普通镀膜玻璃，能把红外波段内的所有光谱聚集到传感器靶面上，使得摄像机白天色彩饱满，夜晚的成像更加明亮清晰。 在高清视频监控的发展趋势下，许多厂家开始推出各种规格的百万像素高清镜头，以配合百万像素的高清摄像机。如图 3.16所示，镜头标识符号 HD即为高清镜头，这种镜头在清晰度、透光率以及色彩还原等方面比普通镜头有着更好的表现。目前，市场的主流需求为 200万像素的 1/2英寸、 2/3英寸和 3/4英寸规格的全高清镜头，其次是 300万像素的全高清镜头，而 500万像素的机器视觉镜头在交通领域有着更好的表现。 图 3.16 高清镜头 3.5　镜头厂家 目前，民用高端的技术及产品基本掌握在大多数日本厂商手中，如日本 Computar、日本精工（ AVENIR）、日本图丽（ Tokina）、日本柯瓦（ KOWA）、日本富士能（ FUJINON）、日本腾龙（ TAMRON）及日本宾得（ PENTAX）等，全球高端民用监控镜头市场几乎被日本品牌所垄断，而电动变焦镜头特别是大变倍的镜头更是如此，且电动变焦镜头的价格一般都比较贵。 国内也有个别的厂商，如凤凰光学生产的电动变焦镜头，如图 3.17所示，是由原来的光学研究所转制过来的。虽然我国能够研发制造太空航拍以及深空探测等方面的精密高端镜头，但在民用领域，如数码相机、数码摄像机以及视频监控领域的精密镜头研发实力还比较薄弱，知名厂家十分欠缺。面对这一巨大的市场，需要我国企业更大的研发投入，以期在民用精密光学镜头市场改变日德企业的垄断局面。 图 3.17 国产镜头厂家 3.6　本章小结 本章主要介绍了摄像机镜头的功能结构、镜头的可调节参数与镜头的类型 3个部分 ,重点内容包括镜头的可调节参数与镜头的类型，这部分内容是指导实际产品选型的基础，下面分别进行总结。 （1）镜头的可调节参数：主要包括焦距、光圈与聚焦。其中焦距决定了视场的清晰成像距离，实际应用中估算法（适用于 4mm以上的镜头）如表 3.1与表 3.2所示，如果某人 距离摄像机 10m，则： ■看清人脸，选用 20mm左右的镜头。 ■看清人体轮廓，选用 10mm左右的镜头。 ■监控人的活动画面，选用 5mm左右的镜头。 表 3.1　人体各部位清晰成像与标准镜头的选择 看清细节特征 看清体貌特征 看清行为特征 镜头选择 (人脸等 ) (人体轮廓等 ) (人物活动 ) X 焦距：2X（mm） 焦距：X（mm） 焦距：X/2（mm） 表 3.2　人体各部位清晰成像与球机的选择 镜头倍率 看清细节特征（人脸等）/m 看清体貌特征（人体轮廓等）/m 看清行为特征（人物活动）/m 标清 10倍 20 40 80 标清 18倍 30 70 140 标清 22/23倍 40 80 160 标清 26倍 45 90 180 标清 30倍 50 100 200 标清 36倍 60 120 240 130万像素高清 18倍 80 160 320 200万像素高清 20倍 160 320 640 （2）镜头的类型包括鱼眼镜头、标准镜头和针孔镜头，其中标准镜头根据焦距、光圈以及聚焦调节方式的不同又分为固定光圈定焦镜头、固定光圈手动变焦镜头、手动光圈手动变焦镜头、自动光圈定焦镜头、自动光圈手动变焦镜头、电动三可变镜头共 6种类型。由于现在摄像机都实现了红外夜视功能，具有 24小时不间断监控的能力，因此，具有自动光圈功能的镜头成为摄像机应用的主流。 镜头选型与使用注意事项如下。 ■相同的焦距，定焦镜头的清晰度一般要比变焦镜头的好。 ■镜头表面如果有少量灰尘或者手印不要乱擦。一般来说并不会影响成像，乱擦反而会破坏镀膜；如果污染非常严重可以用一些中性液体，最好是专用的镜头清洗液加滤纸来清理。 ■不要盲目迷信焦距和光圈的数值，并不是这些参数好，效果就一定好，一般要看实际效果。 ■由于目前红外夜视功能成为摄像机的标配，为了适应昼夜相差极大的光照变化，自动光圈镜头成为市场的主流。