视频监控系统的发展可划分为三代，
- 第一代是模拟视频监控系统（CCTV）。
- 第二代是数字视频监控系统（DVR）。
- 第三代是IP网络视频监控系统（IPVS），呈现出数字化、网络化、集成化、智能化的发展趋势。当前视频监控系统属于第三代，不仅具有监控录像的作用，还具备了行为模式识别、生物识别、目标检测与分析、自动跟踪识别、运动理解等功能，广泛应用各行业、各场景，是当今小区公共安全管理系统的重要组成部分。
为了更深入理解视频监控系统的工作原理，这里对小区视频监控系统进行介绍，如图2-5所示。
图 小区视频监控系统
由图2-5可以看出，视频监控系统由3大部分组成，即系统前端、传输网络以及系统终端。
系统前端负责信息的采集，系统终端负责信息的记录、存储、发布和人工技术处理，传输网络负责前端与终端之间的信息传递。
系统前端负责信息的采集，系统终端负责信息的记录、存储、发布和人工技术处理，传输网络负责前端与终端之间的信息传递。
实际上，现在的网络视频监控系统也是由这3部分组成，只是当前的网络摄像机将解码器、云台等设备融合成了一体，传输网络也相应地变成为传输数字信号，将控制信号、视频信号甚至供电均在一根网络线来完成，系统终端也不再需要画面分割器等设备。
视频监控前端组成
视频监控系统的前端主要由摄像机、防护罩和安装支架等构成。
1．摄像机
摄像机是视频监控系统最前端的设备，通常安装在小区进出口、楼梯口、电梯轿厢、走廊、过道、重要路口和营业大厅等重要场合，以进行图像的采集工作。摄像机根据摄像器件的不同，可分为电真空管和固体摄像器件（又称为图像传感器）。固体摄像器件已被广泛运用，下面主要介绍其工作原理。
摄像机根据固体摄像器件的不同，可分为CCD（ChargeCoupledDevice）和CMOS两种。它们的共同特点，都是将光信号转换为电信号，只是在电荷的转移方式上有所不同。
（1）CCD摄像机的工作原理
CMOS摄像机是每个像素点均配有一个放大器，即刻把电荷转换为电压，然后利用M05开关依次传输出去，而CCD摄像机是把各像素点产生的电荷依次以势阱方式接力传送（类似水桶传递方式），并在出口转换为电压。由于CCD摄像机具有高灵敏度和良好的信噪比，所以被广泛用于专业摄像机和视频监控系统中；而CMOS摄像机因其工作电压要求低，功耗小，已被广泛用在手机摄像中。
下面将围绕CCD摄像机相关的技术问题进行介绍。
1）CCD的成像原理。
CCD摄像机的关键部件是CCD芯片。在CCD芯片的单晶硅基片上，呈二维状排列着数量几十万乃至上百万颗光敏器件（通常称为像素），相当于人的视网膜上的感光细胞。每个像素的尺寸仅有0.008mmx0.008mm，相当于人头发丝端面的1／10那么大。而且每个像素都是相对独立的光-电转换单元。CCD在外加电压（常称为驱动脉冲电压）驱动下，在光（图像）照射在芯片后被转换为电荷，电荷的数量与光照强度及照射时间成正比。光的强弱不同，与之相对应的光敏器件产生的电荷数量也不同。各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，依次以势阱接力传送，经滤波、放大、处理后形成电视标准信号。
CCD芯片电荷的积累与光的强弱、时间长短、CCD芯片面积、光敏器件多少有关。故一定尺寸的CCD芯片，光敏器件数量越多，光敏器件单元的面积越小，摄像机的分辨率也就越高。
当CCD面对强光时，会在图像上产生纵向白色亮线影响图像质量，因此在实用中必须加以注意。例如，摄像机镜头应避免直对灯光。
2）CCD尺寸。CCD尺寸表示摄像机成像靶面的大小，CCD面积越大，感光器件的面积越大，捕获的光子越多，感光性能就越好，信噪比就越低，成像效果就越好。
常用的规格有：1／3in、1／2in、2／3in和1in等。常用的CCD尺寸见表2-1。
表2-1常用的CCD尺寸
| 尺寸／in | 靶面（宽x高）／（mmxmm） | 对角线长／mm |
| 1 | 12.7x9.6 | 16 |
| 2/3 | 8.8x6.6 | 11 |
| 1/2 | 6.4x4.8 | 8 |
| 1/3 | 4.8x2.6 | 6 |
| 1/4 | 2.2x2.4 | 4 |
3）CCD器件片数。理论上CCD传感器在采集红、绿、蓝三基色时，必须用3组CCD传感器件来承担，每组CCD转换一种颜色，才能完成三基色像素的转换。这样，图像的分辨率、信噪比都比较理想，但伴随而来的是，摄像机的结构复杂，造价升高，因此只有广播级和专业级使用的摄像机才采用三片式CCD传感器。三片式摄像机机身通常标有3-CCD字样。
视频监控摄像机多半采用单片式CCD传感器。不难看出，单片式CCD传感器所能转换的像素与三片式CCD传感器相比必然大为减少，因此它的分辨率也就比较低。故单片式摄像机通常用在图像清晰度要求不高的地方，如安防视频监控系统。
此外，还有介于单片式和三片式之间的产品，即二片式摄像机。二片式CCD传感器中的其中一片专用于采集绿光（因为CCD对绿光的感受度低），另一片用于采集红、蓝光。二片式摄像机属于专业级别。
（2）CCD摄像机的基本结构
CCD摄像机的基本结构大致可分为3部分，即光学系统（主要指镜头、光圈）、光-电转换系统（主要指固体摄像器件-CCD传感器）以及电路系统。
CCD摄像机的成像系统如图2-6所示。图中自右至左，镜头组件依次由透镜、电子快门、透镜组1、透镜组2以及CCD芯片组成。拍摄的图像是由右边沿着此条光路投射在CCD上的。组件中的焦距调节系统和快门系统是由透镜组1和电子快门构成的，二者连接在一起，在电动机的取东西，透镜组1和电子快门可以左右移动，进行焦距调节，从而获得最清晰的图像，电子快门用来控制曝光时间的长短，多组透镜用来光学变焦成像，左边的CCD芯片感光器件面积越大，成像面积也越大，同理，所记录的图像细节越多，清晰度也越高，各像素间的互扰小，图像质量好。
图 CCD摄像机的成像系统
（3）摄像机的镜头及主要技术参数
摄像机的镜头由若干个光学透镜按一定的方式组合而成，其外形如图2-7所示。镜头的主要技术参数如下所述。
图 摄像机镜头外形图
a）固定光圈定焦镜头 b）手动光圈（变焦）镜头 c）电动变焦（变倍）镜头
1）焦距。在一束平行光从凸透镜的主轴穿过凸透镜后，出射光线交汇于光轴的某一点，该点称为焦点（用F表示）。过入射光线与出射光线的交点作垂直于光轴的平面，平面与光轴的交点是镜头的中心，焦点到镜头中心的距离就是镜头焦距（用f表示）（如图2-8所示），通常以mm为单位。摄像机镜头就相当于一个凸透镜，CCD就处在这个凸透镜的焦点上。
图2-8 镜头焦距
2）视场角与焦距。常用视场角来表征观察视野的范围。摄像机的视场角可简单表述为镜头对这个视野的高度和宽度的张角。视场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有关，镜头的水平视场角ah及垂直视场角aw可分别由式（2-2）和式（2-3）计算，即
ah=2arctan(h/2f) (2-2)
av=2arctan(v/2f) (2-3)
由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大，物体的成像尺寸就越小，监视的 范围就越宽；反之，焦距f越长，视场角越小，物体的成像尺寸就越大，监视的范围就越窄。变焦与视场角关系图如图2-9所示。
图2-9变焦与视场角关系图
在实际应用中，如果所选择的镜头的视场角太小，可能就会因此出现监视死角；而如果所选择的镜头的视场角太大，就又可能造成被监视的主体画面尺寸太小，清晰度变低而难以辨认。因此，只有根据具体的应用环境来选择视场角合适的镜头，才能保证既不出现监视死角，又能使被监视的主体画面尽可能大而清晰。
镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角，且图像水平视场角大于图像垂直视场角，通常所说的视场角一般是指水平视场角。
3）变焦镜头。通常将镜头分为定焦镜头和变焦镜头。定焦指的是焦距不可变，而变焦指的是可根据采集图像的需要随时改变焦距。
CCD摄像机变焦有两种方式，即光学变焦和数码变焦。
①光学变焦。光学变焦是通过改变镜头中镜片与景物的相对位置来改变物体成像倍数的过程。当镜头的镜片组件沿着水平方向移动的时候，焦距就会发生变化。如焦距拉长后，远处某一特定选中的景物就会变得更加清晰。图2-10a所示框内的楼宇，在焦距被拉长后，则给人以景物被拉近了的感觉，效果如图2-10b所示。
变焦镜头的最长焦距与最短焦距之比称为焦倍数。
a) b)
图2-10光学变焦效果
a）框内楼宇b）焦距拉长后的图像
②数码变焦。数码变焦又称为数字变焦，其工作原理是，通过数字照相机内的处理器，把图片内的每个像素面积放大或缩小，给人以变焦的效果。这种手法如同用图像处理软件把图片的面积放大一样，把原来CCD影像感应器上的一部分像素使用“插值”处理手段，将CCD影像感应器上的这部分像素放大到整个画面上。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距。从光学的角度看，由于焦距没有实质改变，所以画面粗糙，图像质量较差，因此数码变焦并没有太大的现实意义。
4）镜头光圈。光圈通常由一组很薄的弧型金属叶片组成，它们被安装在镜头的透镜中间。光圈的作用是控制进入镜头光量的大小，也就是控制CCD靶面照度大小，以适应不同的拍摄之需，否则图像的层次将大为减少。光圈的大小，一般以“相对孔径”来进行度量，其值是镜头光孔的直径和焦距之比。例如，镜头的最大光孔直径为25mm，焦距为50mm，那么这个镜头的最大相对孔径就是1：2。相对孔径的倒数称为光圈系数，通常用F来表示这一参数。例如，镜头的相对孔径是1：2，那么其光圈也就是F2.0。由于光圈系数是相对孔径的倒数，并非光圈的物理孔径，所以光圈系数的标称值数字越大，也就表示其实际光圈越小。F值越小，表明可通过镜头进入摄像机CCD的光线越多，随着F值的增大，其实际光孔随之减小。
在镜头的标环上将字母F省略，光圈调节环上常标有的1.4,2,2.8,4,5.6,8，．，C是光圈数，用Close的词头C表示。当光瞳直径为零时称全光闭。
5）电子快门。快门的作用是控制镜头通过光的时间，即改变曝光时间来实现控制电荷的累积量，即光像转变为电子的时间。主要用于拍摄捕捉快速移动的物体，能减少高速移动物体的模糊，提高动态清晰度，但会使灵敏度下降，时间控制范围为（1／100000）～（1／50）s。视频监控摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，有些摄像机允许用户自行设置手动调节快门时间，以适应某些特殊的应用场合。
光圈和快门的组合形成了曝光量，曝光量与通光时间（由快门速度决定）、通光面积（由光圈大小决定）有关。在相同快门时间内，不同的光圈有不同的效果，如图2-11所示。
a）同等快门大光圈b）同等快门小光圈
6）镜头接口。镜头接口与摄像机接口要一致。摄像机和镜头的安装方式有C型和CS型两种。CS型摄像机可以和CS型镜头直接配接，也可以和C型镜头配接，但不能直接安装使用。因为C型接口镜头从安装基准面到焦点的距离为17.526mm，而CS型接口的镜头安装基准面到焦点的距离为12.5mm。因此，当C型镜头安装到CS型接口摄像机时，它们之间需要加装一个5mm厚的适配器（垫圈），切不可在无适配器的情况下强行安装，否则将损坏CCD传感器。镜头接口如图2-12所示。
在镜头规格及镜头焦距一定的前提下，CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。
市面上摄像机镜头多半具有C／CS型两种接口方式，但以CS型接口方式为主。
图2-12镜头接口
a）适配器b）C型镜头c）CS型镜头
（4）镜头的种类
1）按镜头视场角分。
①标准镜头。视角在30°左右，一般用于走道及小区周界等场所，使用范围较广。
②广角镜头。视角在90°以上，一般用于电梯轿厢内、大厅等短视距、大视角场所，图像有变形。
②广角镜头。视角在90°以上，一般用于电梯轿厢内、大厅等短视距、大视角场所，图像有变形。
③长焦距镜头。视角在20°以内，焦距的范围从几十毫米到上百毫米，用于远距离监视。
2）按镜头焦距分。
①固定光圈定焦镜头。这种镜头只设有一个供手工左右调整的对焦调整环，使成像在CCD靶面上的图像最清晰。这种镜头光圈固定不能调整，结构简单，价格便宜。
②可变焦镜头，又称为伸缩镜头、变倍镜头。变焦是指镜头的焦距连续可变，变化范围介于标准镜头与广角镜头之间。有手动变焦镜头和电动变焦镜头。视频监控一般不用手动变倍镜头。常用的电动变倍镜头有6倍、16倍、22倍和27倍等多种倍率，主要用于一体化摄像机上。在视频监控中，可用手动变焦镜头根据需要和现场的条件来改变监控的视场角，在调整完毕后无特殊需要一般不再调整。
3）按镜头光圈分。镜头光圈有手动光圈和自动光圈之分。
①手动光圈定焦镜头。在定焦镜头的基础上增加了光圈调节环。
②自动光圈驱动控制方式有两种。一种是通过视频信号控制镜头光圈，称为视频（VIDEO）驱动型，它将摄像机采集的视频信号转换为光圈驱动电压。视频驱动信号正比于视频信号亮度的高低，根据驱动信号强弱来实现对光圈大小的调整。目前市场上的一体化摄像机一般都具有视频驱动型自动光圈调整功能。另一种是DC型（即电源驱动型），将视频信号整流滤波为直流信号输出，以控制光圈，故又称为直接驱动。市面上有些CCD摄像机是两种驱动方式兼备，有些则只带其中的一种驱动方式。
一般在摄像机的侧面有插座提供自动光圈镜头用的电源与视频控制信号。有的摄像机有自动光圈镜头选择开关，一端标有VIDEO，表示输出视频控制信号；另一端标有DC，表示输出直流控制信号。
4）可变镜头。可变镜头分为单可变镜头、二可变镜头和三可变镜头。
①单可变镜头。通常是自动光圈镜头，而聚焦和焦距需人为调节。
②二可变镜头。一般是自动光圈和自动聚焦的镜头，而焦距需人为调节。
③三可变镜头。光圈、聚焦、焦距均为自动调整。
5）特殊镜头。针孔镜头。其镜头小如针孔，直径仅几毫米，镜头的后端与普通镜头相似，可与摄像机连接。在视频监控中常用于隐蔽拍摄，经常被安装在如顶棚或墙体内。
类似于针孔镜头的还有光学纤维镜头。
（5）镜头的选择
1）参考以下各种使用环境进行配置。
①手动光圈、自动光圈镜头的选用。
使用何种类型光圈，应视环境照度而定。
在照度相对稳定、光线变化不明显的环境下，如电梯轿厢内、无阳光直射的走廊和房间，可选用手动光圈镜头，调试时应根据现场环境的实际照度，一次性调定镜头光圈大小即可。顺便一提的是，调试时应注意光圈不宜调得过大，否则导致过载图像发白。
在照度变化较大的场合，如室外环境照度，白天应将光圈调在50000～100000lx之间，而夜间有路灯情况下则可调为10lx。光线变化较大，在需要24h监看时，宜选用自动光圈镜头，以适应这一照度的变化。
②定焦、变焦镜头的选用。定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小以及所要求被监视场景画面的清晰程度。也就是说，对于狭小的监视场合，宜采用定焦镜头，如走廊、电梯轿厢；在开阔的监视环境，如小区广场、休闲草坪、道路、工厂的厂房和车间，既需要监视大范围视场，又需要监视远处某一特定画面的细节，则应考虑选用变焦（倍）镜头（如电动三可变镜头）。
2）镜头尺寸的选择。镜头尺寸选择，可参照图2-13所示的镜头与实物关系图，按式（2-4）和式（2-5）计算。
图2-13镜头与实物关系图
f=vD/V (2-4)
f=vD/V (2-4)
f=hD/H （2-5）
式中，f是摄像机镜头尺寸，单位为mm；V是景物实际高度，单位为m；H是景物实际宽度，单位为m；D是镜头至景物之间实测距离；v是图像高度，单位为mm；h是图像宽度，
单位为mm。
例如，摄像机镜头为1／2in，CCD尺寸为v＝4.8mm，h＝6.4mm，镜头至景物距离D＝2.5m，景物的实际高度为V＝2.5m。将以上参数代入式（2-4）中，可得
f=4.8mmx2.5m/2.5m=4.8mm
对计算得出的焦距数值，不一定有相应数值的焦距镜头，这时可根据产品目录所提供的技术参数选择最接近的规格。通常选用数值小的，这样获得的视场角大一些。在此例中，据此宜选用4mm的定焦镜头。
（6）CCD摄像机的主要技术指标
1）摄像机分辨率。
摄像机分辨率通常指的是水平分辨率。它是表示摄像机分辨图像细节的能力。分辨率取决于CCD芯片的分解力和摄像视频系统的带宽。其单位为线对，用电视线（TVL）表示，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。该数值越高，说明图像的清晰度越高。常用黑白摄像机的分辨率一般为380～600线，彩色摄像机的分辨率一般为380～480线。
在很多场合，人们喜欢用像素来表达摄像机的清晰度，那么两者如何对应呢？根据测算，摄像机像索在25万左右，对应彩色摄像机分辨率为330线左右，黑白摄像机分辨率为400线左右，属于低档机；摄像机像素在25万～38万之间，对应彩色摄像机分辨率为420线左右，黑白摄像机分辨率在500线左右，属中档机；摄像机像素在38万以上，彩色摄像机分辨率大于或等于480线，黑白摄像机分辨率在600线以上，属高档机。
一般监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足我国国家标准GB／T16676-2010中规定380线的要求。因为人眼对彩色分辨率较低，彩色摄像机水平清晰度一般选择大于350线即可。
2）成像灵敏度（照度）。
摄像机成像灵敏度指的是，当光圈大小一定时，在保证图像达到一定标准的情况下，摄像机成像器件（CCD）所需的最低照度，此时所需要的靶面照度值，称为摄像机成像灵敏度，又称为照度，用1x（勒克斯）表示。其值越小，灵敏度越高；其值越大，灵敏度越低。
黑白摄像机的灵敏度为0.02～0.51x；彩色摄像机多在1x以上。最低照度为1～3k的属于普通型；0.11x左右的称为月光型；0.011x以下的称为星光型。
另外，摄像的灵敏度还与镜头大小有关，例如，0.97lx／F0.75相当于2.5lx／F1.2，也相当于2.41x／F1。这里F0.75、F1.2、F1，表示摄像机的镜头大小，故灵敏度高的摄像机的镜头可以取小一点，反之，镜头要取大点的。
3）信噪比。
信噪比即信号电压与噪声电压的比值，通常用符号S／N来表示，它是摄像机的一个重要技术指标。信噪比越高越好，意味着干扰噪点对画面的干扰不明显。CCD摄像机信噪比的典型值为45～55dB，一般视频监控系统选择在50dB左右，行业的标准规定信噪比不小于38dB
经验值是，信噪比在48dB以上的摄像机质量较高，适合于摄取较暗场景；信噪比在45～48dB之间的摄像机质量一般，可用于光线比较充足或照度变化不大的场合。
4）自平衡。
白平衡装置只用于彩色摄影机中。彩色摄像机在采像过程中，输出的信息为红（R）绿（G）、蓝（B）三原色，当三者的分量相等（即U／n＝Uc＝U／n）时，将其混合后为白色。
不难发现：彩色摄像机所摄图像在荧光灯下偏绿，在钨丝灯光下偏黄，拍摄纯白的物体时则偏红色，问题就出在“白平衡”上，也就是三者之间的幅度出现了差异。导致三者幅度值差异很大的因素是，投射到景物上的光线的光谱特性以及光功率。因为CCD不能像人眼一样自动跟随光线的变化而变化，所以摄像机设置了白平衡装置，用来修正外部光线所造成的误差，即无论环境光线如何变化，摄像机都默认为白色，以平衡其他颜色在有色光线下的色调。
白平衡的调整就是让摄像机的红、绿、蓝3个通道的信号增益相等，即Un＝U6＝Uno摄像机在白平衡调整中，简单有效的办法是，在荧光灯下，摄像机对准白色墙壁，然后分别调节红、绿、蓝3个电路，直至所拍摄的图像（白色墙壁）呈白色为止。当然，视频监控通常为24h不间断式，环境的照度变化比较大，加上摄像机的技术条件，的局限性。因此白平衡装置除了有手动白平衡方式外，还有自动白平衡方式。采用自动白平衡方式。
白平衡的调整就是让摄像机的红、绿、蓝3个通道的信号增益相等，即Un＝U6＝Uno摄像机在白平衡调整中，简单有效的办法是，在荧光灯下，摄像机对准白色墙壁，然后分别调节红、绿、蓝3个电路，直至所拍摄的图像（白色墙壁）呈白色为止。当然，视频监控通常为24h不间断式，环境的照度变化比较大，加上摄像机的技术条件，的局限性。因此白平衡装置除了有手动白平衡方式外，还有自动白平衡方式。采用自动白平衡方式。
5）背景光补偿。
通常所说的“背光”，是指被采集的物体背面有强光，导致主体曝光不足而变黑的况。如夜间汽车开大灯，车体被背光所掩饰，尤其是车牌部分更是模糊不清，不利于视须控，如图2-14a所示。背景光补偿（也称为逆光补偿或逆光补正）正是基于这一特殊现象提出的一项技术措施。所谓的背景光补偿，就是对画面进行分割和检测。根据经验，通常一幅画面第80～200行之间为监控的重点区域，多为过度感光部分，其余部分如车体、车牌处于黑暗状态，对两个区域分别进行检测后，不难得出，两者所测得的平均电平是不等的，前者的电平高于后者，故自动增益控制电路起控，过度感光部分降低增益，黑暗部分则提高增益，从而提高了黑暗区域的感光灵敏度，导致输出视频幅值加大，因此使监视器显示的主体画面得到明显改善，如图2-14b所示。
图2-14背光补偿效果图
6）同步方式。
“同步”是指操作人员在切换监视画面时，画面不应出现扭曲或上下移动，而应是一幅完好的画面。要实现这一目标，摄像机除了发送视频信号以外，还必须向监视器发送同步信号，即视频信号＋同步信号。
产生同步信号的方式如下。
①内同步方式。指CCD摄像机除了采集图像外，自身还内置有同步信号产生电路，两者叠加后，发送到终端的监视器上。当摄像机单机工作时，采用内同步方式即可。
②外同步方式。即摄像机只负责采集图像，自身不产生同步信号，所需的同步信号由一个外部同步信号发生器提供，用它统一指挥系统内多台摄像机的同步状态，以保证每台摄像机在监视器上的图像“步调”一致。这种同步方式适用于大型摄像机监视系统。这是因为摄像机的工作条件不同，如各台摄像机工作电源可能不在同一相上而造成相位差，当切换画面时，无法在统一时间内同步。当采用外同步方式时，外同步信号应分别送到各台摄像机的“外同步输入（SYNC）”端，再与视频信号混合后发送。外同步信号连接图如图2-15所示。
③电源同步方式。它是利用摄像机的交流电源频率来完成垂直驱动同步的。这种同步方式也是出于大型监控的需要，原理与外同步方式类似。值得一提的是，采用电源同步方式，每台摄像机应接在同一相线上，否则也会因相位差而导致彼此无法同步。
图2-15外同步信号连接图
（7）供电方式
摄像机常见供电电压有几种，即DC12V、AC24V、AC110V和AC220V。不同摄像机采用的电源有所不同。例如，有的一体化摄像机直接使用AC220V／110V供电，当需要直流电源时再由其转换。非一体化摄像机通常采用DC12V供电。
（8）摄像机的类别
摄像机从外形、功能大致可分为半球形摄像机、全球形摄像机、枪式摄像机、一体化摄像机和其他特形摄像机（如烟感、针孔和飞碟）等。
1）半球形摄像机。
半球形摄像机由一个半球式的护罩和内置摄像机组成。因摄像机完全隐藏在一个半球式的外壳中，故名半球形摄像机（俗称为“半球”），如图2-16所示。它适合于图像质量要求不高及以美观、隐蔽安装为目的场合，与枪式摄像机相比，它不需要另配镜头（可根据需要另外选配）、防护罩和支架，安装方便，但在成像效果以及照度要求方面与枪式摄像机相比稍有不同。
图2-16半球形摄像机
a）普通半球形摄像机b）红外补偿半球形摄像机c）内置云台半球形摄像机
半球形摄像机可根据以下几个常用物理参数加以区分。
按其直径大小可分为5in、7in、9in等；按色彩可分为彩色、黑白、彩色转黑白；按照明补偿可分为普通、红外补偿（日夜型）。
基于工作的需要，有的半球形还内置了云台，如图2-16c所示。
2）全球形摄像机。
全球形摄像机通常由摄像机、内置云台、内置解码器、防护罩和摄像机吊架组成，又称为智能球摄像机。
全球形摄像机最具代表性的功能是，具有扫描预制点设置及连续无限位旋转。
预置点的功能是，用户可根据需要，对监控画面的某些场景提前进行预先编号预置，使用中可调用预置点，这时无论摄像机镜头停留在任何地方，预置点的场景都会立即出现在监视器（显示器）上，而无需其他复杂的操作。
连续无限位旋转是指云台的转动不再是从左到右或从右到左的旋转，而是可以沿一个方向连续的旋转，突破了云台只能旋转0°～355°的范围，实现了无盲点监控。
全球形摄像机的分类如下。
①按云台的转速划分。
高速球形摄像机俗称为高速球，如图2-17所示。其主要特点是具有高速的旋转能力，水平转动速度为0°～300／s（有的可达480／s）；上下（垂直）转动速度达0°～120°／s，使用时旋转的速度可自由选择。
图2-17高速球形摄像机
a）高速全球形摄像机b）室外中速球形摄像机c）室内中速球形摄像机d）室外恒速球形摄像机
中速球形摄像机俗称为中速球，通常水平转动速度为0°～80／s，上下转动速度为0°～40°／s可选。
恒速球形摄像机俗称为恒速球，水平转动速度为0°～350／s；上下转动速度为0°～90／s。
②按使用环境划分。
可分为室内球形摄像机和室外球形摄像机。
②按使用环境划分。
可分为室内球形摄像机和室外球形摄像机。
③按安装方式划分。
吊装，通过支架吊于屋顶及顶棚；侧装，通过支架固定在墙面或立杆；嵌入式，直接在顶棚开孔安装，无支架。
吊装，通过支架吊于屋顶及顶棚；侧装，通过支架固定在墙面或立杆；嵌入式，直接在顶棚开孔安装，无支架。
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，降低了安装难度。
3）枪式摄像机。
3）枪式摄像机。
枪式摄像机（如图2-18所示）适合于大部分监控场合。
枪式摄像机由摄像机和镜头两大部分组成，在销售场合两者通常是分开的（一体化摄像机和红外一体机除外），因此在实际应用中，应根据监控的实际环境及用户的要求，为摄像机配置合适的镜头。
枪式摄像机由于自身结构上的原因，不适合用于隐蔽监控的场合。
4）一体化摄像机。
习惯上，人们经常把某一功能结合到摄像机就称之为xxx一体机，如：半球形一体机、快速球形一体机、云台一体化摄像机和红外一体机都被称为一体化摄像机。类似这样的产品应该说它们只是功能上的简单组合而已。业内比较一致看法的是，一体化摄像机应将高清晰度、内置电动三可变（光圈、聚焦、焦距）镜头、防水、内置云台和解码器（带有RS-485通信接口）等功能集于一身。一体化摄像机如图2-19所示。
图2-18 枪式摄像机 图2-19一体化摄像机
一体化摄像机可分为彩色高清晰度型和昼夜型。
由于一体化摄像机镜头为内建式，所以维护时更换镜头较为不便。另外，当其运行时，镜头伸缩频繁，机身磨损较大，相对来说，一体机寿命要比传统摄像机短。
5）其他特形摄像机（如图2-20所示）。
图2-20其他特形摄像机
a）抗爆型摄像机b）飞碟型摄像机c）烟感型摄像机d）针孔型摄像机
①抗爆型摄像机。抗爆型摄像机外罩的材料及密封都优于普通球形摄像机，如图2-20a所示，因此适用于易燃、易爆环境。
②飞碟型摄像机。飞碟型摄像机集摄像机、防护罩和镜头于一体的飞碟型设计，如图2-20b所示。适合隐蔽安装，主要应用于电梯轿厢、楼道等场所。
③烟感型摄像机。烟感型摄像机的工作状态其实与烟雾丝毫无关，只不过是外形借烟感探头的外壳进行了巧妙的伪装而已，如图2-20c所示。其工作原理、技术指标与普通半球形摄像机并无多大差异。
④针孔型摄像机。
针孔型摄像机如图2-20d所示。它在用途上与烟感型摄像机有相似之处，用于需要伪装和隐蔽的地方。为隐蔽上的需要，它的体型显得更小，因此机内配置的CCD图像传感器尺寸也较小，通常只有1／4in，内置纽扣式镜头直径仅为0.7mm（不同机型参数略有差异）。
为配合伪装上的需要，针孔型摄像机通常还与其他物品结合，制成领带式、纽扣式、公文包式等形形色色的式样。
为配合伪装上的需要，针孔型摄像机通常还与其他物品结合，制成领带式、纽扣式、公文包式等形形色色的式样。
6）红外一体化摄像机。
红外一体化摄像机指的是摄像机与红外补偿灯组合在一起的一种摄像机，如图2-21所示。安装时无需再配置红外补偿灯。
图2-21红外一体化摄像头
在摄像机安装之前镜头可选配安装。光圈为固定式，不可调。在选购时，要确定好监视的距离，一般有10m、20m、30m、50m和60m。
7）网络摄像机。
可将网络摄像机看作是一台普通摄像机与网络技术的结合体，它能够像其他任何一种网络设备一样直接接人网络中。网络摄像机拥有自己独立的IP地址，除了具备一般传统摄像机所具有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于Web的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，不仅可基于计算机局域网，而且可通过互联网送至远端用户。远端用户也可在自己的PC上根据网络摄像机带的独立IP地址，无需专业软件，络摄像机进行实时监控现场、图像编辑和存储的操作，还可以通过授权控制摄像机的云台和镜头。
网络摄像机由镜头、图像传感器、声音传感器、A-D转换器、图像、声音、控制器和网络服务器、外部报警以及控制接口等部分组成，与前面介绍的摄像机工作原理基本相同，只是视频信号后期处理有所不同。普通摄像机把转换获得的电信号加工成电视标准信号，传至终端显示；而网络摄像机则是把这些电信号压缩编码转换为可在网络上进行传输的数字信号。网络摄像机如图2-22所示。
图2-22网络摄像机
网络摄像机用于住宅小区、办公楼、银行、商场和生产单位的现场监控场所。由于采用网络进行视频信号的传输，所以在很大程度上省去了布设同轴电缆的工程量。
8）DSP摄像机（数字摄像机）。
数字摄像机是在模拟制式摄像机的基础上，引入部分数字化处理技术，故也称为数字信号处理（DigitalSignalProcessor，DSP）摄像机。
DSP摄像机通常把各种参数存放在存储器里，调节时采用数字设定、计算机控制，取消了大量的调节电位器，减少了调节点，也减少了调节量。另外，许多无法以模拟方式处理的工作可以在数字处理中实现，例如采用二维数字滤波、肤色轮廓校正、细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵和精确的γ校正等技术，因此大大提高了图像的质量。
9）昼夜型摄像机。视频监控使用的昼夜型摄像机，在昼夜两用技术上采用的办法是，摄像机内置红外滤光片，白天或光源充足时滤光片启用，避免白光过冲，造成图像偏色，这时它是一台良好的彩色摄像机；当夜晚降临或照度不足时，滤光片自动移开，让红外光进入，以提高CCD的感知度，但所摄图像为黑白，此时它又成为一台地地道道的黑白摄像机。
10）无线小型摄像机。无线小型摄像机由3大部分构成，即图像和音频信号采集、发射器以及接收器，如图2-23所示。
图2-23 无线小型摄像机
发射器的工作频率为2.4～2.483GHz，属于S频段。通常发射器与接收器成对使用，也可以一台发射器和多个接收器同频道接收使用；一台发射器通常置有多个频道供用户选择。
无线小型摄像机的特点是，前端与后端之间不需要布线，使用灵活方便，可以自由移动，特别适用于临时应急情况。
（9）摄像机的选用
根据环境照度选用摄像机，分为以下几种情况，基本原则如下。
1）根据现场光线选用。对于光线不理想（地下车库、浓荫下）场合，应尽量选用照度较低的摄像机，如带红外补偿的彩色摄像机，或昼夜型摄像机、两用型摄像机以及黑白摄像机。
一般的监视场合，选用照度0.11k的摄像机即可。
2）根据清晰度要求选用。若遇用户对图像的清晰度有特别要求的情况，则宜选用黑白摄像机，因为黑白摄像机在清晰度上要优于彩色摄像机，需要高清晰度画面的场合，推荐采用黑白摄像机，而不要追求画面是否为彩色。
3）根据使用时段选用。若遇需要摄像机全天候工作的情况，则应特别关注夜间或光线较弱情况下的监视效果，宜选用白天和晚上都能使用的昼夜两用摄像机或黑白摄像机。
4）根据特殊场合选用。在某些场合下，监控主体会被强烈亮光所掩蔽，如夜间汽车大灯照射下的车体、车牌部分就难以辨别，这时应选用具有强光抑制功能的摄像机。另外，需要隐蔽的场合可选用半球形或针孔摄像机。
5）根据安装方式选用。对于固定安装及无特殊要求的场合，可选用普通枪式摄像机或半球形摄像机。
若遇安装空间狭小的情况，则可选择内置云台、解码器的球形摄像机。
6）根据安装地点选用。普通枪式摄像机，既可壁式安装又可吊顶安装，不受室内、室外的限制。
半球形摄像机，只能顶棚安装，故多用于室内且安装高度受到一定限制。但和枪式摄像机相比，不需另配镜头、防护罩和支架，安装方便，美观隐蔽，同时有较好的性价比。
常用摄像机使用场合参考表，根据安装地点选用摄像机参考表和室内外照度参考表，分别如表2-2～表2-4所示。
表2-2常用摄像机使用场合参考表
表2-2常用摄像机使用场合参考表
| 摄像机类型 | 应用场合 |
| 半球形摄像机 | 电梯、有吊顶且照度变化不大的室内 |
| 枪式摄像机 | 室内外任何场合，但不适合环境狭窄的场合 |
| 一体化摄像机 | 在室内监控动态范围较大的场合 |
| 红外一体化摄像机 | 照度变化大的室内、室外 |
| 网络摄像机 | 远程监控 |
| 昼夜型摄像机 | 环境亮度变化较大场合，如室内外晚上灯光较弱，白天亮度正常的场合 |
表2-3根据安装地点选用摄像机参考表
| 安装地点 | 监控需求特点 | 选用摄像机类型 | 选用原因 |
| 小区入口 | 车辆监控 | 定焦、背光补偿 |
便于车型、车牌的采集，进出图像 对照 |
| 室内停车场 | 照度稳定 | 红外一体化摄像机 | 停车场照度变化不大 |
| 大堂 | 照度稳定、人员流动量大 | 一体化摄像机 | 一体化摄像机内置变焦镜头，适合动态范围大的场合，可对现场进行细节放大 |
| 主要路口 | 全天候监控 | 红外一体化或昼夜型摄像机 | 适合全天候监控人流、物流 |
| 休闲景观 | 照度变化大 | 昼夜球形摄像机 | 利于昼夜和人性化监控 |
| 电梯 | 监控范围固定，照度稳定 | 小型半球形摄像机 | 电梯轿厢狭小，宜安装小型半球形摄像机 |
| 楼道走廊 | 监控范围固定，光线较为稳定 | 半球形摄像机 | 过道上方顶棚安装半球形摄像机，与环境相协调，安装、调试和维护简单 |
表2-4 室内外照度参考表
| 室内照度／lx 室外照度／lx | |||
| 仓库 | 20~75 | 夏日阳光下 | 100 000 |
| 通道 | 30~75 | 阴天 | 10 000 |
| 楼梯走廊 | 75~200 | 黎明、黄昏 | 10 |
| 商店 | 75~300 | 满月之夜 | 0.1~1 |
| 办公室 | 300~500 | 多云之夜 | 0.01~0.1 |
| 银行营业厅 | 200~1000 | 晴天星光之夜 | 0.001~0.01 |
| 会议室 | 300~1000 | 阴天无星光之夜 | 0.0001 |
2．防护罩
防护罩用于保护摄像机和镜头，一是确保设备可靠性；二是为延长设备使用寿命；三是提防摄像机和镜头的人为破坏。防护罩的分类如下。
（1）按安装环境划分
1）室内型防护罩。室内型防护罩的主要作用是防止沙尘、杂质、腐蚀性气体入侵和外力损坏。
室内型防护罩一般使用涂漆、塑料或经氧化处理的铝材、涂漆钢材制成。
塑料防护罩应满足以下要求，即耐火或阻燃，且具有足够的强度和清晰透明。
2）室外型防护罩。室外型防护罩必须适应各种气候，如风、雨、雪、霜、低温、曝晒和沙尘等。为适应不同使用环境，可选择相应功能的防护罩，如遮阳罩、降温电风扇、加热器、除霜器、刮水器和清洗器等。
防护罩内装加热器，用于温度较低时进行加热，以提高防护罩内的温度，确保摄像机／镜头正常工作；内装或外装风扇可以使防护罩内空气流通，降低防护罩内的温度。
目前较好的全天候防护罩是采用半导体器件加温和降温的防护罩。这种防护罩内装有半导体元器体，可自动加温，也可自动降温，并且功耗较小。
室外型防护罩的辅助设备控制功能分自动控制和手动控制两部分：加热器／除霜器、风扇由防护罩内部的温度传感器自动启闭；刮水器、清洗器等动作则由管理人员通过控制设备完成。
另外，为增加防护罩的安全性能，防止人为破坏，很多防护罩上还装有防拆开关，一旦防护罩被非法打开就会发出报警信号。
（2）按外形分类
按防护罩的形状划分，一般可分为枪式、半球形、全球形和坡形等防护罩，摄像机防护罩如图2-24所示。
图2-24 摄像机防护罩
a)枪式防护罩b)半球形防护罩c）全球性防护罩d)坡形防护罩
1）枪式防护罩。枪式防护罩是视频监控系统最为常见的防护罩。它的开起结构有顶盖拆卸式、前后盖拆开式、滑道抽出式、顶盖撑杆式和顶盖滑动式等。
由于枪式防护罩视窗为平板状，所以光学失真小，图像保真度高。在室外使用时，还便于安装刮水器。
枪式防护罩可使用在非隐蔽和无特殊要求的任何场合。
2）球形防护罩。球形防护罩有半球形和全球形之分。室外通常采用全球形球罩，室内则根据现场需要可选择半球形或全球形。全球形防护罩通常采用支架悬挂，半球形防护罩多为吸顶式和顶棚嵌入式安装。
根据透光要求，塑料球罩有3种类型，即透明、镀膜（半透明）和茶色。当选用只作为保护摄像机而不需要隐蔽监视目标时，通常采用透明球罩；而对一些要求隐藏摄像机的监视场合，可选用镀膜或茶色球罩。
球形防护罩视窗与枪式防护罩视窗使用的平板塑料（或玻璃）透光不同。由于结构上的原因，采用球形罩所摄的图像都会带来一定程度的光学失真。此外，球形罩不能像枪式防护罩那样安装刮水器，因此一般都配有防雨檐。
3）坡形防护罩。坡形防护罩通常采用吸顶嵌入式安装，防护罩的后半部分隐藏在顶棚内，只暴露正面窗口部分，比较隐蔽。坡形防护罩由于其结构的原因，俯、仰角度不能调整，所以使用环境受到限制，只适合于楼道走廊和电梯轿厢使用。
此外，还有一些特殊用途的防护罩，如防尘防护罩、防爆防护罩和高温防护罩等。这些防护罩很少用于小区安防系统，这里就不作详细介绍了。
3．安装支架
安装支架是用于固定摄像机的部件，有壁装式、顶棚、壁装式及顶棚嵌人式等多种形式，如图2-25所示。安装支架的选择比较简单，首先应根据安装环境选择支架的形式，其次选择支架的承载能力应大于支架上所有设备总重量，否则易造成支架变形及云台转动时产生抖动，影响监视图像质量。
图2-25 安装支架
a）壁装式 b）顶棚、壁装式 c）顶棚嵌入式
4．立杆
立杆用作室外摄像机的支撑物。立杆要求摄像机离地高度一般不低于3.5m，立杆下端管径应在220mm±10mm，端管径应在120mm±5mm，管壁厚度应大于或等于4mm。立杆表面应进行防腐处理，杆基础深度应不低于1.0m，基础直径应大于0.5m，采用混凝土灌筑，以确保立杆的抗风能力。
