监控摄像机镜头焦距计算方法及参数介绍

一、不可小瞧的镜头

镜头是摄像机的眼睛，为了适应不同的监控环境和要求，需要配置不同规格的镜头。比

如在室内的重点监视，要进行清晰且大视场角度的图像捕捉，得配置广角镜头；在室外的停

车场，既要看到停车场全貌，又要能看到汽车的细部，这时候需要广角和变焦镜头，在边境

线、海防线的监控，需要超远图像拍摄。

1、镜头的主要参数

焦距（f）：焦距是镜头和感光元件之间的距离，通过改变镜头的焦距，可以改变镜头

的放大倍数，改变拍摄图像的大小。当物体与镜头的距离很远的时候，我们可用下面公式表

达：镜头的放大倍数≈焦距/物距。增加镜头的焦距，放大倍数增大了，可以将远景拉近，

画面的范围小了，远景的细节看得更清楚了；如果减少镜头的焦距，放大倍数减少了，画面

的范围扩大了，能看到更大的场景。

视场角：在工程实际中，我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。焦距f 越大，视

场角越小，在感光元件上形成的画面范围越小；反之，焦距f 越小，视场角越大，在感光元

件上形成的画面范围越大。

公式计算法：

视场和焦距的计算 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，

镜头焦头及所要求的成像大小确定的。

镜头的焦距

视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：

公式1：F= w D / W

公式2：F= h D / H

F：镜头焦距 w：图象的宽度（被摄物体在ccd 靶面上成象宽度）

W：被摄物体宽度

D：被摄物体至镜头的距离

h：图象高度（被摄物体在ccd 靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度

H：被摄物体的高度

ccd 靶面规格尺寸： 单位mm

规格 W H

1/3" 4.8 3.6

1/2" 6.4 4.8

2/3" 8.8 6.6

1" 12.7 9.6

由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3

视场角的计算

如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。水平视场角β（水平观看

的角度）β=2tg-1= 垂直视场角q（垂直观看的角度） q=2tg-1= 式中w、H、F 同上 水平

视场角与垂直视场角的关系如下： q=或=q

光圈：光圈安装在镜头的后部，光圈开得越大，通过镜头的光量就越大，图像的清晰度

越高；光圈开得越小，通过镜头的光量就越小，图像的清晰度越低。通常用F（光通量）来

表示。F=焦距（f）/通光孔径。在摄像机的技术指标中，我们可以常常看到6mm/F1.4 这样

的参数，它表示镜头的焦距为6mm，光通量为1.4，这时我们可以很容易地计算出通光孔径

为4.29mm。在焦距f 相同的情况下，F 值越小，光圈越大，到达CCD 芯片的光通量就越大，

镜头越好。

2、镜头的分类

（１）以镜头安装分类

所有的摄象机镜头均是螺纹口的，ＣＣＤ摄象机的镜头安装有两种工业标准，即Ｃ安装座和

ＣＳ安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。

Ｃ安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。

ＣＳ安装座：特种Ｃ安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面

到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个Ｃ安装座镜头安装到一个ＣＳ安装座摄象机上时，

则需要使用镜头转换器。

（２）以摄象机镜头规格分类

摄象机镜头规格应视摄象机的ＣＣＤ尺寸而定，两者应相对应。即

摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／２英寸时，镜头应选１／２英寸。

摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／３英寸时，镜头应选１／３英寸。

摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／４英寸时，镜头应选１／４英寸。

如果镜头尺寸与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画

面在焦点以外等问题。

（３）以镜头光圈分类

镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄象机使用，手动光

圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适

用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透

镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光

圈，称为ＤＣ输入型。

自动光圈镜头上的ＡＬＣ（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮

度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而

言，ＡＬＣ已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的

目标时，明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象，而使得全部屏幕变成白色，此

时可以调节ＡＬＣ来变换画面。

另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即

光圈，一般用Ｆ表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：Ｆ＝f（焦距）／Ｄ（镜

头实际有效口径），Ｆ值越小，则光圈越大。

采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：

在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。

要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。

要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。

（４）以镜头的视场大小分类

标准镜头：视角３０度左右，在１／２英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为１２mm，在

１／３英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为８mm。

广角镜头：视角９０度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。

远摄镜头：视角２０度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的

物体影响放大，但使观察范围变小。

变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头（vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即

可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置

自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通

过手动聚焦实现。

针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。

（５）从镜头焦距上分

短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。

中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视ＣＣＤ的尺寸而定。

长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。

变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。

3、选择镜头的技术依据

（１）镜头的成像尺寸

应与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸相一致，如前所述，有１英寸、２／３英寸、１／２英寸、１／

３英寸、１／４英寸、１／５英寸等规格。

（２）镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对拥护而言，需要了解的仅

仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：镜头分

辨率Ｎ＝１８０／画幅格式的高度。由于摄象机ＣＣＤ靶面大小已经标准化，如１／２英寸

摄象机，其靶面为宽6.4mm＊高4.8mm，１／３英寸摄象机为宽4.8mm＊高3.6mm。因此对１

／２英寸格式的ＣＣＤ靶面，镜头的最低分辨率应为３８对线／mm，对１／３英寸格式摄象

机，镜头的分辨率应大于５０对线，摄象机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。

（３）镜头焦距与视野角度

首先根据摄象机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距f 确定后，则由摄象机靶

面决定了视野。

（４）光圈或通光量

镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以Ｆ为标记，每个镜头上均标有其最

大的Ｆ值，通光量与Ｆ值的平方成反比关系，Ｆ值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部

分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

4、变焦镜头（zoom lens）

变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦

距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。典

型的光学放大规格有６ 倍（ 6.0~36mm,F1.2 ） 、８ 倍（ 4.5~36mm,F1.6 ） 、１ ０ 倍

（8.0~80mm,F1.2）、１２倍（6.0~72mm,F1.2）、２０倍（10~200mm,F1.2）等档次，并以

电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动

伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚

焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则

是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精

确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。

另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

5、镜头与摄像机CCD 尺寸的关系

1/2”镜头既可用于1/2”摄像机，也可用于1/3”摄像机，但视角会减少25%左右。

1/3”镜头不能用于1/2”摄像机，只能用于1/3”摄像机。

6、不同种类镜头的应用范围

对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。

旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目

标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光

圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。手动光圈镜头和自动光圈镜头又

有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是

焦距与成像尺寸相近的镜头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角

镜头，该镜头的焦距通常是28mm 以下的镜头，短焦距镜头主要用于环境照明条件差，

监视范围要求宽的场合，焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜

头，这类镜头的焦距一般在150mm 以上，主要用于监视较远处的景物。

监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配

自动光圈镜头。

过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。

7、镜头的主要性能指标有以下几个：

1 焦距：焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但

距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即

便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距

就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是

有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选

择小焦距的广角镜头。

2 光阑系数：即光通量，用F 表示，以镜头焦距f 和通光孔径D 的比值来衡量。每个镜头上

都标有最大F 值，例如6mm/F1.4 代表最大孔径为4.29 毫米。光通量与F 值的平方成反比关

系，F 值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，

16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2 倍。也就是

说镜头的通光孔径分别是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前

一数值是后一数值的根号2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也

就越大。另外镜头的光圈还有手动（MANUAL IRIS）和自动光圈（AUTO IRIS）之分。配合摄

像头使用，手动光圈适合亮度变化不大的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调节，一次

性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整，用于室外、入口等光线变化

大且频繁的场合。

3 自动光圈镜头：自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频（VIDEO）驱动型，镜头本身

包含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为

直流（DC）驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光

圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮，

一是ALC 调节（测光调节），有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取

平均测光档；另一个是LEVEL 调节（灵敏度），可将输出图像变得明亮或者暗淡。

4 变倍镜头：变倍镜头分为手动（MANUAL ZOOM LENS）和电动（AUTO ZOOM LENS）两种，手

动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时，摄像头通常

要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可

以聚焦某个细节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就非常大了。电动镜头有6

倍、10 倍、15 倍、20 倍等多种倍率，如果再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范

围。例如一个6 倍电动镜头，基准焦距为8.5 毫米，那么其变焦范围就是8.5 到51 毫米连

续可调，视场角为31.3 到5.5 度。电动镜头的控制电压一般是直流8V~16V，最大电流为30

毫安。所以在选控制器时，要充分考虑传输线缆长度，如果距离太远，线路产生的电压下降

会导致镜头无法控制，必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控制。

二、提高图像清晰的根本在于提高摄像机的感光能力

1、感光元件的作用

目前，主流监控摄像机的感光元件采用CCD 元件，实际上就是光电转换元件。和以前的

CMOS 感光元件相比，CCD 的感光度是CMOS 的3 到10 倍，因此CCD 芯片可以接受到更多的光

信号，转换为电信号后，经视频处理电路滤波、放大形成视频信号输出。接受到的光信号越

强，视频信号的幅值就越大。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到视频

图像。提高图像清晰的根本就在于提高摄像机的感光能力。

2、镜头与CCD 感光元件的配置

在图一中我们可以看到，CCD 传感器上形成的图像比原始图像小，CCD 芯片成像面的尺

寸规格不同，形成的图像大小也不同。

CCD 的成像尺寸常用的有1/2 英寸、1/3 英寸，CCD 的尺寸规格决定了摄像机的规格。

镜头与CCD 感光元件的配置

CCD 的成像尺寸，也就是摄像机画面宽度和高度的比例与电视机画面宽度和高度比例一

样，通常为4：3。这样保证了摄像机的视频图像在显示器上的图像不变形。

镜头的规格也分为1/2 英寸、1/3 英寸等，1/2 英寸的镜头可用于1/2 英寸、1/3 英寸

的摄像机；而1/3 英寸的镜头只能用于1/3 英寸的摄像机，不能用于1/2 英寸的摄像机，这

是因为1/3 英寸镜头光通量只有1/2 英寸镜头光通量的44%，不能满足1/2 英寸的摄像机的

光通量要求。

三、如何在光照条件很差的环境中拍摄到清晰的图像

监控摄像机要求能在夜晚光照条件很差甚至是没有光的环境中，也能拍摄到清晰图像。

在摄像机的指标中，我们常常可以看到低照度这一项。

1、照度的概念

照度是测量摄像机感光度的单位，用勒克司（Lux）表示，也就是摄像机能在多暗的光

照条件下拍摄到图像。勒克司（Lux）的值越低，表明摄像机能在光照条件更低的情况下拍

摄到清晰的图像。我们知道摄像机产生的视频信号标称值为1v，标准值为700mv，比如采用

光圈为F1.2 的镜头，当被拍摄景物的照度值为0.02Lux 时,摄像机输出的视频信号幅值为标

准幅值700mv 的33%-50%，这时摄像机的最低照度为0.02Lux/F1.2。测试最低照度值必须注

意镜头光圈大小，F 值越小，光圈越大，需要的照度越低。不同的光圈，最低照度值是不同

的。

2、实现低照度摄象的方案

我们知道CCD 摄像机可以分为彩色与黑白摄像机，普通摄像机的最低照度见下表。

普通摄像机的最低照度

可见光的波长范围为380nm～780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、

兰、紫，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。CCD 传感器表面有一

层吸收紫外的透明电极，所以CCD 不能接受紫外光。普通彩色摄像机的CCD 芯片上有红、绿、

蓝三色滤光条，所以彩色摄像机不能感受红外光。而普通CCD 黑白摄像机的光谱范围很宽，

不仅能感受可见光，而且可以感受红外光。

根据以上原理，在光照条件很差的环境中，工程师们常常采用以下方案拍摄到清晰的图

像。

（1）、普通低照度CCD 黑白摄像机+红外灯

在监控现场安装红外灯辐射“照明”，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光，

通过CCD 黑白摄像机可以实现夜间拍摄。

（2）、彩色转黑白摄像机+红外灯

所谓彩色转黑白摄像机就是指白天是彩色摄像机，到了晚上光照条件很差的时候，利用

黑白图像对红外线感度较高的特点，自动切换为黑白方式,在红外线的配合下进行拍摄。和

红外灯配合时候，低照度摄像机必须满足红外灯支持的最低照度。

（3）、红外低照度彩色摄像机

红外低照度彩色摄像机的红外感度比一般摄像机高4 倍以上，可以在零照度（0Lux）下

工作。

（4）低速快门摄像机

低速快门摄像机又称画面累积型摄像机，通过电脑连续存储多帧（最多达128 帧）因光

线不足而较模糊的画面，并累积起来，成为清晰的画面，借助SLOWSHUTTER 技术，实现在0.

008LUX/F1.2 照度下进行拍摄。这种低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆、夜

间生物活动观察、夜间军事海岸线监视等。

（5）、超低照度摄像机

超低照度摄像机采用EXVIEWHAD 技术大大提高了感光度，其彩色照度可达0.05LUX，黑

白则可达0.003-0.001LUX。当配用专用的红外设备，可以得到高清晰度的黑白图像，实现0

Lux 下拍摄。

四、摄像机的控制

为了扩大监控范围，要求监控摄像机能实现旋转、变焦、变放大倍数，自动聚焦等。这

些功能的实现，需要数字硬盘录象机通过控制器对摄像机进行控制。

1、旋转控制

工程师们利用云台来安装和固定摄像机，云台分为固定云台和电动云台。固定云台适用

于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后，调整摄像机的水平和俯仰角度，达

到最好的工作状态后锁定调整机构就可以了。电动云台安装了步进电机，电机接受来自控制

器的信号，带动摄像机旋转实现精确定位，适用于大范围监控。

云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下

旋转的全方位云台。一般来说，水平旋转角度为0°～350°，垂直旋转角度为+90°。恒速

云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s 左右。变速云台的水平旋转速

度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s 左右。在一些高速摄像系统中，云台

的水平旋转速度高达480°/s 以上，垂直旋转速度在120°/s 以上。

2、实现电动变焦、变倍、自动聚焦

（1）所谓一体化摄像机就是使镜头、CCD 芯片、视频处理电路、电源、机壳整合为一

个整体，可以实现电动变焦、变倍、自动聚焦功能。能否快速、准确的实现自动聚焦是评价

一体化摄像机品质的关键。好的产品可以一次性准确聚焦，而品质不好的产品，在聚焦时会

来回往复，需要多次才能定焦。目前的一体化摄像机以16、18、20、22、27、32 倍变倍为

主流，发展趋势是照度越来越低，光学倍数越来越高。注意这里的变焦倍数是指光学变倍。

一体化摄像机的关键技术是镜头、CCD 和DSP 处理模块。高档镜头主要被日本厂商所

掌握，如Canon、Camputar、Avenir 等。CCD 芯片以日本Sony 为主，SonyCCD 分为SuperHA

D 和Exview 两种类型，其中Exview 是最新技术，普遍采用1/4 寸尺寸，性噪比高于Super

HAD；在DSP 处理芯片上，Sony 的DSP 芯片可以很好的处理图像色彩，使图像看上去十分鲜

艳。而Canon、Nikon 的DSP 在捕光模式和对焦上比较好。

（2）采用电动变焦镜头+普通摄像机

把电动变焦镜头和普通摄像机结合起来，利用普通摄像机视频驱动的原理，实现镜头焦

距、光圈、聚焦的自动控制。目前有些厂家开发出了超高倍率的60 倍电动变焦镜头"D60×1

2.5"。其750mm（使用变焦扩展镜时可达1500mm）的焦距可以鲜明地识别3 公里远处的人物。

五、视频图像的网络传输

1、模拟摄像机+数字硬盘录像机+计算机网络系统

这是目前应用最广泛的网络视频监控系统，通过设定端口、网关和路由，现场的数字硬

盘录像机作为服务器，在远程客户的计算机上安装专用监控软件或插件，用户便可以通过互

联网看到数千里之外的现场，实现单路、多路视频远程监控和录像。

2、模拟摄像机+网络视频服务器+计算机网络系统

模拟摄像机输出的信号是模拟信号，计算机处理的信号是数字信号，在网络中传输的也

是数字信号，网络视频服务器（VideoServer）把模拟摄像机的模拟信号转换成数字信号，

再经过高效压缩芯片压缩、编码，输出可以在计算机网络中传输的数字信号，实现在计算机

网络中以数字信号的形式传输。因此，也可以把网络视频服务器称为视频编码器（VideoCo

der）。当视频服务器的一端连接着模拟摄像机的输出信号，另一端插上计算机网线，然后

在互联网中的任一台计算机中设置好网关、路由，打开IE 浏览器，输入IP 地址或者域名就

可以在电脑中看到监控的画面了。如果模拟摄像机配置有云台，我们还可以通过电脑对摄像

机进行变焦、变倍、旋转等控制操作。在网络视频服务器中还得嵌入实时操作系统，可以是

Linux 版本，也可以是Windows 版本，从稳定性上讲，Linux 版本更胜一筹。采用网络视频

服务器可以选择和配备不同的摄像机，具有更多的灵活性。

3、网络摄像机+计算机网络系统

网络摄像机就是将模拟摄像机与网络视频服务器整合在一起。在摄像机里面内置模/数

转换、视频服务器功能，和网络视频服务器一样，按照网络协议实现网络通讯和数据传输，

还可以接收报警信号及向外发送报警信号。这更方便了，只要把网络摄像机安装好，插上网

线就可以浏览了。

4、CDMA 无线网络视频监控系统

上面介绍的传输是有线传输，但是在移动的交通工具（汽车）、偏远的矿山、山区，采

用有线传输显然是很困难的，我们可以利用成熟的无线通讯技术。这里的代表产品有中国联

通的移视通。移视通CDMA 无线网络视频监控系统是把CDMA 数据通讯功能和数字视频编码功

能整合成一体的便捷式产品。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩，通过智能无线通

讯终端发射到CDMA 网络，实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、编解码，链路的控制

维护等功能。该系统可以把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络。可以通过Int

ernet 从系统中控端得到实时图像信息。系统整合了CDMA 网络和Internet 网络的优势，随

时随地的进行远程监控管理。

六、常用技术指标解释

1、分辨率

图像分辨率简单说就是指屏幕水平和方向垂直方向所显示的点数。比如1024×728，其

中“1024”表示屏幕上水平方向显示的点数，“768”表示垂直方向显示的点数。分辨率越

高，图像就越清晰。分辨率越高图像的显示越清晰。

2、清晰度

摄像机的清晰度用线表示，分为水平线和垂直线，在实际的工程应用中我们常常以水平

线作为摄像机清晰度的评估指标，线数越多，则清晰度越高。常用的黑白摄像机的清晰度一

般为450-600，而彩色摄像机的清晰度一般为330-480，其数值越大成像越清晰。一般的监

视场合，用450 线左右的摄像机就可以满足要求，对于医疗、图像处理等特殊场合，用600

线的摄像机能得到更清晰的图像。

3、自动增益控制（AGC）

为了使摄像机能在不同的照度条件下输出标准视频信号，在视频处理电路中引入了自动

增益控制（AutoGainControl），通过检测视频信号的平均电平值而实现增益反馈控制。具

有AGC 功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但同时也放大了干扰信号，使图像

看上去有杂波。

4、背光补偿（BLC）

当摄像机处于逆光环境中拍摄时，画面会出现黑色的图像，然而在安防中逆光环境是难

以避免的，这个时候就需要进行背光补偿。当引入背光补偿功能时，摄像机如果检测到拍摄

图像一个区域中的视频电平比较低，通过上面介绍的AGC 电路改善和提升该区域的视频电

平，提高输出视频信号的幅值，使图像整体清晰明亮。如果你想看的主题因明亮的背景而显

得暗淡，可以把BLC 设置到ON 状态，从而补偿强烈的背光。

5、电子快门（EE/AI）切换

在摄像机的后部端子我们常常可以看到EE/AI 切换开关。EE 就是指电子快门方式；AI

就是指自动光圈镜头方式。摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，通过电子快门

方式，根据入射光的强弱来调节CCD 图像传感器的曝光时间，从而得到清晰的图像，电子快

门的时间在1/50-1/100000 秒之间。

6、信噪比

指信号电平与杂波电平的比，杂波包括电源杂波、随机杂波、单频杂波等。常常用分贝

（dB）表示。信噪比越高表明它产生的杂波越少，图像信号质量越高。信噪比不得低于48d

B。

7、白平衡（AWB）

彩色摄像机要还原被摄物体的颜色，必须保持白平衡正常。

彩色摄像机要还原被摄物体的颜色，必须保持白平衡正常。

主要清晰度，高清一般在480 线以上

然后看是否需要宽动态，逆光监控是一定需要宽动态的，其他普通监控用高清即可

其他一些功能很少用到的

照度

从同一方向看，在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光照强度（光度）。单位为

英尺朗伯。亮度信号（Luminance signal）：NTSC 彩色电视信号中涉及场景照度或亮度的那

部分信号。 照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，

表示单位为勒克斯(Lux,lx) ，即 lm/m2 。 1 勒克斯等于 1 流明(lumen,lm)的光通量均匀

分布于 1m2 面积上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量为标准，若倾斜照射则照度

下降。

照度的计算

照度的计算方法，有利用系数法、概算曲线法、比功率法和逐点计算法等。

(一)利用系数法

1、利用系数的概念

照明光源的利用系数(utilization coefficient) 是用投射到工作面上的光通量( 包

括直射光通和多方反射到工作面上的光通)与全部光源发出的光通量之比来表示，

即u=φe/nφ

利用系数u 与下列因数有关：

1)、与灯具的型式、光效和配光曲线有关。

2)、与灯具悬挂高度有关。悬挂越高，反射光通越多，利用系数也越高。

3)、与房间的面积及形状有关。房间的面积越大，越接近于正方形，则由于直射光通越

多，因此利用系数也越高。

4)、与墙壁、顶棚及地板的颜色和洁污情况有关。颜色越浅，表面越洁净，反射的光通

越多，因而利用系数也越高。

2、利用系数的确定

利用系数值应按墙壁和顶棚的反射系数及房间的受照空间特征来确定。房间的受照空间

特征

用一个“室空间比”(room cabin rate，缩写为RCR)的参数来表征。

如图8-12 所示，一个房间按受照的情况下不同，可分为三个空间：最上面为顶棚空间，

工作面以下为地板空间，中间部分则称为室空间。对于装设吸顶灯或嵌入式灯具的房间，没

有顶棚空间；而工作面为地面的房间，则无地板空间。

室空间比 RCR=5hRC(l+b)/lb：

公式中

hRC，代表室空间高度；

l，代表房间的长度；

b，代表房间的宽度。

根据墙壁、顶棚的反射系数(参看表8-1)及室空间比RCR，就可以从相应的灯具利用系

数表中查出其利用系数。

3、按利用系数法计算工作面上的平均照度

由于灯具在使用期间，光源本身的光效要逐渐降低，灯具也要陈旧脏污，被照场所的墙

壁和顶棚也有污损的可能，从而使工作面上的光通量有所减少，所以在计算工作面上的实际

平均照度时，应计入一个小于1 的“减光系数”。因此工作面上实际的平均照度为

Eav=uKnφ/A

公式中：

u，代表利用系数；

K，代表减光系数(亦称维护系数)，参考值如表8-3 所列；

n，代表灯的盏数；

φ，代表每盏灯发出的光通量；

A，代表受照房间面积。

为了对照度的量有一个感性的认识，下面举一例进行计算，一只100W 的白炽灯，其发

出的总光通量约为1200Lm，若假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源1m 和5m

处的光照度值可分别按下列步骤求得： 半径为1m 的半球面积为2π×1^2=6.28 m2， 距光

源1m 处的光照度值为：1200Lm/6.28 m2=191Lux。 同理，半径为5m 的半球面积为:2π×

5^2=157 m2， 距光源5m 处的光照度值为： 1200Lm/157 m2=7.64Lux。

生活场所中照度的标准

确定照度的原则

应根据工作、生产的特点和作业对视觉的要求确定照度；对于公共建筑还要根据其用途

考虑各种特殊要求，如商场除要求工作面适当的水平照度外，还要有足够的空间亮度，给顾

客一种明亮感和兴奋感，不同商品销售区，要求不同照度，以渲染促销重点商品；又如宾馆

等建筑，常常运用照明来营造一种气氛，所使用的照度以至色表，就有特殊要求；象体育竞

赛场馆，更需要很高的垂直面照度或半柱面照度，以满足彩色电视转播的要求和观众观看的

清晰和舒适感。

确定照度的依据

（一） 识别对象的大小，即作业的精细程度；

（二） 对比度，即识别对象的亮度和所在背景亮度之差异，两者亮度之差越小，则对

比度越小，就越难看清楚，因此需要更高照度；

（三） 其他因素：视觉的连续性（长时间观看），识别速度，识别目标处于静止或运动

状态，视距大小，视看者的年龄等。

照度对工作、生产的影响

（一） 工业生产场所的照度将对产品的质量、差错率、废品率、工伤事故率有一定影

响；

（二） 办公室、阅览、金融工作场地等的照度，对工作效率、阅读效率有很大关系；

（三） 以上两类视觉场所的照度不足，连续工作时会引起视觉疲劳，长时期将导致人

眼视力下降以及头晕等心理或生理不适；

（四） 商场照度，除看清商品细部和质地外，还有激发顾客购买欲望，促进销售的作

用。

下表中所列的是几种不同工作情况下的标准照度值：

工作性质或场所 照度（勒克司）

夏季中午在太阳直接照射下 100，000

没有太阳的室外 10，000-1000

明朗夏天的室内 500-100

细小精致的工作（如修理钟表、雕刻制板、制图等） 100

使用危险性的小的带刃工具（削刀、钻、旋刀）的工作 100

在工作台上作细小精致的工作（如用缝纫机缝纫、书写等） 75

阅读、观看各种仪器所示的读数，纺织 50

走廊 10

楼梯 8

在满月底下 0.2

一般而言，居家空间到底适用何种光源，除依据室内的整体规划外，也应考虑用电之效

率及各场所所需之应有照度。每一不同使用目的的场所，均有其合适的照度来配合。例如：

起居间所需之照明照度为150－300Lux；一般书房照度为100Lux，但阅读时所需之照明照度

则为600Lux，所以最好再使用台灯作为局部照明。

场所 照度（Lux）

书房、办公室 500－1000

客厅（不阅读书报） 150－300

浴厕、更衣室 200－500

餐桌 300－500

走廊、楼梯 35－75

电梯、走道 100－200

车库、仓储 30－75

一般情况：夏日阳光下为100000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；

距60W 台灯60cm 桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯

为0.1LUX；烛光（20cm 远处）10～15LUX。

照度参考表1

天气 照度LUX

晴天 30000~300000

阴天 3000

日出日落 300

月圆 0.3~0.03

星光 0.0002~0.00002

阴暗夜晚 0.003~0.0007

照度参考表2

室内场所 照度LUX

生产车间 10~500

办公室 30~50

餐厅 10~30

走廊 5~10

停车场 1~5

室内刚能辨别人脸的轮廓，照度为20LX，下棋打牌的照度为150LX，看小说约需250LX，

即25 瓦白炽灯离书30-50 厘米，书写约需要500LX，即40 瓦白炽灯离书30-50 厘米，看电

视约需30LX，用一支3 瓦的小灯放在视线之外就行了。

保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处；在过于强烈或过于阴暗的光

线照射下工作学习，对眼睛都是有害的。

监控摄像机镜头焦距计算方法及参数介绍

监控摄像机

镜头是摄像机的眼睛，为了适应不同的监控环境和要求，需要配置不同规格的镜头。比如在室内的重点监视，要进行清晰且大视场角度的图像捕捉，得配置广角镜头；在室外的停车场，既要看到停车场全貌，又要能看到汽车的细部，这时候需要广角和变焦镜头，在边境线、海防线的监控，需要超远图像拍摄。

镜头的主要参数

焦距（f） ：焦距是镜头和感光元件之间的距离，通过改变镜头的焦距，可以改变镜头的放大倍数，改变拍摄图像的大小。当物体与镜头的距离很远的时候，我们可用下面公式表达：镜头的放大倍数≈焦距/物距。增加镜头的焦距，放大倍数增大了，可以将远景拉近， 画面的范围小了，远景的细节看得更清楚了；如果减少镜头的焦距，放大倍数减少了，画面的范围扩大了，能看到更大的场景。

视场角 ：在工程实际中，我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。焦距 f 越大，视场角越小，在感光元件上形成的画面范围越小；反之，焦距 f 越小，视场角越大，在感光元件上形成的画面范围越大。

公式计算法：

视场和焦距的计算 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离， 镜头焦头及所要求的成像大小确定的。

镜头的焦距

焦距与视场

视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下 ：

公式 1：F= w D / W

公式 2：F= h D / H

F：镜头焦距 w：图象的宽度（被摄物体在 ccd 靶面上成象宽度） W：被摄物体宽度

D：被摄物体至镜头的距离

h：图象高度（被摄物体在 ccd 靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度H：被摄物体的高度

ccd 靶面规格尺寸 ： 单位 mm

规格 W H

1/3" 4.8 3.6

1/2" 6.4 4.8

2/3" 8.8 6.6

1" 12.7 9.6

由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为 4:3

视场角的计算

如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。水平视场角β（水平观看的角度）β=2tg-1= 垂直视场角 q（垂直观看的角度） q=2tg-1= 式中 w、H、F 同上 水平视场角与垂直视场角的关系如下： q=或=q

光圈 ：光圈安装在镜头的后部，光圈开得越大，通过镜头的光量就越大，图像的清晰度越高；光圈开得越小，通过镜头的光量就越小，图像的清晰度越低。通常用 F（光通量）来表示。F=焦距（f）/通光孔径。在摄像机的技术指标中，我们可以常常看到 6mm/F1.4 这样的参数，它表示镜头的焦距为 6mm，光通量为 1.4，这时我们可以很容易地计算出通光孔径为 4.29mm。在焦距 f 相同的情况下，F 值越小，光圈越大，到达 CCD 芯片的光通量就越大， 镜头越好。

镜头的分类

镜头分类

（１）以镜头安装分类

所有的摄象机镜头均是螺纹口的，ＣＣＤ摄象机的镜头安装有两种工业标准，即Ｃ安装座和ＣＳ安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。

Ｃ安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是 17.526mm。

ＣＳ安装座：特种Ｃ安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是 12.5mm。如果要将一个Ｃ安装座镜头安装到一个ＣＳ安装座摄象机上时， 则需要使用镜头转换器。

（２）以摄象机镜头规格分类

摄象机镜头规格应视摄象机的ＣＣＤ尺寸而定，两者应相对应。即摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／２英寸时，镜头应选１／２英寸。摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／３英寸时，镜头应选１／３英寸。摄象机的ＣＣＤ靶面大小为１／４英寸时，镜头应选１／４英寸。

如果镜头尺寸与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。

（３）以镜头光圈分类

镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄象机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为ＤＣ输入型。

自动光圈镜头上的ＡＬＣ（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，ＡＬＣ已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ＡＬＣ来变换画面。

另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用Ｆ表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：Ｆ＝f（焦距）／Ｄ（镜头实际有效口径），Ｆ值越小，则光圈越大。

采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：

在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。

要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。

要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。

（４）以镜头的视场大小分类

标准镜头：视角３０度左右，在１／２英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为１２mm，在１／３英寸ＣＣＤ摄象机中，标准镜头焦距定为８mm。

广角镜头：视角９０度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。

远摄镜头：视角２０度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。

变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头（vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。

针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。

（５）从镜头焦距上分

短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。 中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视ＣＣＤ的尺寸而定。

长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。

选择镜头的技术依据

（１）镜头的成像尺寸

应与摄象机ＣＣＤ靶面尺寸相一致，如前所述，有１英寸、２／３英寸、１／２英寸、１／ ３英寸、１／４英寸、１／５英寸等规格。

（２）镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对拥护而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：镜头分辨率Ｎ＝１８０／画幅格式的高度。由于摄象机ＣＣＤ靶面大小已经标准化，如１／２英寸摄象机，其靶面为宽 6.4mm＊高 4.8mm，１／３英寸摄象机为宽 4.8mm＊高 3.6mm。因此对１／２英寸格式的ＣＣＤ靶面，镜头的最低分辨率应为３８对线／mm，对１／３英寸格式摄象机，镜头的分辨率应大于５０对线，摄象机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。

（３）镜头焦距与视野角度

首先根据摄象机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距 f 确定后，则由摄象机靶面决定了视野。

（４）光圈或通光量

镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以Ｆ为标记，每个镜头上均标有其最大的Ｆ值，通光量与Ｆ值的平方成反比关系，Ｆ值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

变焦镜头（zoom lens）

变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有６倍（ 6.0~36mm,F1.2）、８倍（ 4.5~36mm,F1.6）、１ ０ 倍（8.0~80mm,F1.2）、１２倍（6.0~72mm,F1.2）、２０倍（10~200mm,F1.2）等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。

另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

镜头与摄像机 CCD 尺寸的关系

1/2”镜头既可用于 1/2”摄像机，也可用于 1/3”摄像机，但视角会减少 25%左右。

1/3”镜头不能用于 1/2”摄像机，只能用于 1/3”摄像机。

不同种类镜头的应用范围

Ø 手动、自动光圈镜头的应用范围 手动光圈镜头是的最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

Ø 定焦距（光圈）镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监视某个固定目标的场所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，该镜头的焦距通常是 28mm 以下的镜头，短焦距镜头主要用于环境照明条件差， 监视范围要求宽的场合，焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在 150mm 以上，主要用于监视较远处的景物。

Ø 手动光圈镜头，可与电子快门摄像机配套，在各种光线下均可使用。

Ø 自动光圈镜头，（EF）可与任何 CCD 摄像机配套，在各种光线下均可使用，特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。

Ø 电动变焦距镜头，可与任何 CCD 摄像机配套，在各种光线下均可使用，变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。

镜头的主要性能指标有以下几个：

1 焦距： 焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。

2 光阑系数 ：即光通量，用 F 表示，以镜头焦距 f 和通光孔径 D 的比值来衡量。每个镜头上都标有最大 F 值，例如 6mm/F1.4 代表最大孔径为 4.29 毫米。光通量与 F 值的平方成反比关系，F 值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为 1.4，2，2.8，4，5.6，8，11， 16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的 2 倍。也就是说镜头的通光孔径分别是 1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号 2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。另外镜头的光圈还有手动（MANUAL IRIS）和自动光圈（AUTO IRIS）之分。配合摄像头使用，手动光圈适合亮度变化不大的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调节，一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整，用于室外、入口等光线变化大且频繁的场合。

3 自动光圈镜头： 自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频（VIDEO）驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流（DC）驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮， 一是 ALC 调节（测光调节），有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档；另一个是 LEVEL 调节（灵敏度），可将输出图像变得明亮或者暗淡。

4 变倍镜头： 变倍镜头分为手动（MANUAL ZOOM LENS）和电动（AUTO ZOOM LENS）两种，手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时，摄像头通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可以聚焦某个细节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就非常大了。电动镜头有 6 倍、10 倍、15 倍、20 倍等多种倍率，如果再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个 6 倍电动镜头，基准焦距为 8.5 毫米，那么其变焦范围就是 8.5 到 51 毫米连续可调，视场角为 31.3 到 5.5 度。电动镜头的控制电压一般是直流 8V~16V，最大电流为 30 毫安。所以在选控制器时，要充分考虑传输线缆长度，如果距离太远，线路产生的电压下降会导致镜头无法控制，必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控制。

提高图像清晰的根本在于提高摄像机的感光能力

感光元件的作用

目前，主流监控摄像机的感光元件采用 CCD 元件，实际上就是光电转换元件。和以前的CMOS 感光元件相比，CCD 的感光度是 CMOS 的 3 到 10 倍，因此 CCD 芯片可以接受到更多的光信号，转换为电信号后，经视频处理电路滤波、放大形成视频信号输出。接受到的光信号越强，视频信号的幅值就越大。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到视频图像。提高图像清晰的根本就在于提高摄像机的感光能力。

镜头与 CCD 感光元件的配置

在图一中我们可以看到，CCD 传感器上形成的图像比原始图像小，CCD 芯片成像面的尺寸规格不同，形成的图像大小也不同。

CCD 的成像尺寸常用的有 1/2 英寸、1/3 英寸，CCD 的尺寸规格决定了摄像机的规格。

镜头与 CCD 感光元件的配置

CCD 的成像尺寸，也就是摄像机画面宽度和高度的比例与电视机画面宽度和高度比例一样，通常为 4：3。这样保证了摄像机的视频图像在显示器上的图像不变形。

镜头的规格也分为 1/2 英寸、1/3 英寸等，1/2 英寸的镜头可用于 1/2 英寸、1/3 英寸的摄像机；而 1/3 英寸的镜头只能用于 1/3 英寸的摄像机，不能用于 1/2 英寸的摄像机，这是因为 1/3 英寸镜头光通量只有 1/2 英寸镜头光通量的 44%，不能满足 1/2 英寸的摄像机的光通量要求。

如何在光照条件很差的环境中拍摄到清晰的图像

监控摄像机要求能在夜晚光照条件很差甚至是没有光的环境中，也能拍摄到清晰图像。在摄像机的指标中，我们常常可以看到低照度这一项。

照度的概念

照度是测量摄像机感光度的单位，用勒克司（Lux）表示，也就是摄像机能在多暗的光照条件下拍摄到图像。勒克司（Lux）的值越低，表明摄像机能在光照条件更低的情况下拍摄到清晰的图像。我们知道摄像机产生的视频信号标称值为 1v，标准值为 700mv，比如采用光圈为 F1.2 的镜头，当被拍摄景物的照度值为 0.02Lux 时,摄像机输出的视频信号幅值为标准幅值 700mv 的 33%-50%，这时摄像机的最低照度为 0.02Lux/F1.2。测试最低照度值必须注意镜头光圈大小，F 值越小，光圈越大，需要的照度越低。不同的光圈，最低照度值是不同的。

实现低照度摄象的方案

我们知道 CCD 摄像机可以分为彩色与黑白摄像机，普通摄像机的最低照度见下表。

普通摄像机的最低照度

可见光的波长范围为 380nm～780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。CCD 传感器表面有一层吸收紫外的透明电极，所以 CCD 不能接受紫外光。普通彩色摄像机的 CCD 芯片上有红、绿、蓝三色滤光条，所以彩色摄像机不能感受红外光。而普通 CCD 黑白摄像机的光谱范围很宽， 不仅能感受可见光，而且可以感受红外光。

根据以上原理，在光照条件很差的环境中，工程师们常常采用以下方案拍摄到清晰的图像。

（1） 、普通低照度 CCD 黑白摄像机+红外灯

在监控现场安装红外灯辐射“照明”，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光， 通过 CCD 黑白摄像机可以实现夜间拍摄。

（2） 、彩色转黑白摄像机+红外灯

所谓彩色转黑白摄像机就是指白天是彩色摄像机，到了晚上光照条件很差的时候，利用黑白图像对红外线感度较高的特点，自动切换为黑白方式,在红外线的配合下进行拍摄。和红外灯配合时候，低照度摄像机必须满足红外灯支持的最低照度。

（3） 、红外低照度彩色摄像机

红外低照度彩色摄像机的红外感度比一般摄像机高 4 倍以上，可以在零照度（0Lux）下工作。

（4） 低速快门摄像机

低速快门摄像机又称画面累积型摄像机，通过电脑连续存储多帧（最多达 128 帧）因光线不足而较模糊的画面，并累积起来，成为清晰的画面，借助 SLOWSHUTTER 技术，实现在 0. 008LUX/F1.2 照度下进行拍摄。这种低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆、夜间生物活动观察、夜间军事海岸线监视等。

（5） 、超低照度摄像机

超低照度摄像机采用 EXVIEWHAD 技术大大提高了感光度，其彩色照度可达 0.05LUX，黑白则可达 0.003-0.001LUX。当配用专用的红外设备，可以得到高清晰度的黑白图像，实现 0 Lux 下拍摄。

摄像机的控制

为了扩大监控范围，要求监控摄像机能实现旋转、变焦、变放大倍数，自动聚焦等。这些功能的实现，需要数字硬盘录象机通过控制器对摄像机进行控制。

旋转控制

工程师们利用云台来安装和固定摄像机，云台分为固定云台和电动云台。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后，调整摄像机的水平和俯仰角度，达到最好的工作状态后锁定调整机构就可以了。电动云台安装了步进电机，电机接受来自控制器的信号，带动摄像机旋转实现精确定位，适用于大范围监控。

云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。一般来说，水平旋转角度为 0°～350°，垂直旋转角度为+90°。恒速云台的水平旋转速度一般在 3°～10°/s，垂直速度为 4°/s 左右。变速云台的水平旋转速度一般在 0°～32°/s，垂直旋转速度在 0°～16°/s 左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达 480°/s 以上，垂直旋转速度在 120°/s 以上。

实现电动变焦、变倍、自动聚焦

（1） 所谓一体化摄像机就是使镜头、CCD 芯片、视频处理电路、电源、机壳整合为一个整体，可以实现电动变焦、变倍、自动聚焦功能。能否快速、准确的实现自动聚焦是评价一体化摄像机品质的关键。好的产品可以一次性准确聚焦，而品质不好的产品，在聚焦时会来回往复，需要多次才能定焦。目前的一体化摄像机以 16、18、20、22、27、32 倍变倍为主流，发展趋势是照度越来越低，光学倍数越来越高。注意这里的变焦倍数是指光学变倍。

一体化摄像机的关键技术是镜头、CCD 和DSP 处理模块。高档镜头主要被日本厂商所掌握，如 Canon、Camputar、Avenir 等。CCD 芯片以日本 Sony 为主，SonyCCD 分为 SuperHA D 和Exview 两种类型，其中 Exview 是最新技术，普遍采用 1/4 寸尺寸，性噪比高于 Super HAD；在 DSP 处理芯片上，Sony 的DSP 芯片可以很好的处理图像色彩，使图像看上去十分鲜艳。而 Canon、Nikon 的DSP 在捕光模式和对焦上比较好。

（2） 采用电动变焦镜头+普通摄像机

把电动变焦镜头和普通摄像机结合起来，利用普通摄像机视频驱动的原理，实现镜头焦距、光圈、聚焦的自动控制。目前有些厂家开发出了超高倍率的 60 倍电动变焦镜头"D60×1 2.5"。其 750mm（使用变焦扩展镜时可达 1500mm）的焦距可以鲜明地识别 3 公里远处的人物。

视频图像的网络传输

模拟摄像机+数字硬盘录像机+计算机网络系统

这是目前应用最广泛的网络视频监控系统，通过设定端口、网关和路由，现场的数字硬盘录像机作为服务器，在远程客户的计算机上安装专用监控软件或插件，用户便可以通过互联网看到数千里之外的现场，实现单路、多路视频远程监控和录像。

模拟摄像机+网络视频服务器+计算机网络系统

模拟摄像机输出的信号是模拟信号，计算机处理的信号是数字信号，在网络中传输的也是数字信号，网络视频服务器（VideoServer）把模拟摄像机的模拟信号转换成数字信号， 再经过高效压缩芯片压缩、编码，输出可以在计算机网络中传输的数字信号，实现在计算机网络中以数字信号的形式传输。因此，也可以把网络视频服务器称为视频编码器（VideoCo der）。当视频服务器的一端连接着模拟摄像机的输出信号，另一端插上计算机网线，然后在互联网中的任一台计算机中设置好网关、路由，打开 IE 浏览器，输入 IP 地址或者域名就可以在电脑中看到监控的画面了。如果模拟摄像机配置有云台，我们还可以通过电脑对摄像机进行变焦、变倍、旋转等控制操作。在网络视频服务器中还得嵌入实时操作系统，可以是Linux 版本，也可以是 Windows 版本，从稳定性上讲，Linux 版本更胜一筹。采用网络视频服务器可以选择和配备不同的摄像机，具有更多的灵活性。

网络摄像机+计算机网络系统

网络摄像机就是将模拟摄像机与网络视频服务器整合在一起。在摄像机里面内置模/数转换、视频服务器功能，和网络视频服务器一样，按照网络协议实现网络通讯和数据传输， 还可以接收报警信号及向外发送报警信号。这更方便了，只要把网络摄像机安装好，插上网线就可以浏览了。

CDMA 无线网络视频监控系统

上面介绍的传输是有线传输，但是在移动的交通工具（汽车）、偏远的矿山、山区，采用有线传输显然是很困难的，我们可以利用成熟的无线通讯技术。这里的代表产品有中国联通的移视通。移视通 CDMA 无线网络视频监控系统是把 CDMA 数据通讯功能和数字视频编码功能整合成一体的便捷式产品。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩，通过智能无线通讯终端发射到 CDMA 网络，实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、编解码，链路的控制维护等功能。该系统可以把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络。可以通过 Int ernet 从系统中控端得到实时图像信息。系统整合了 CDMA 网络和 Internet 网络的优势，随时随地的进行远程监控管理。

常用技术指标解释

1、分辨率

图像分辨率简单说就是指屏幕水平和方向垂直方向所显示的点数。比如 1024×728，其中“1024”表示屏幕上水平方向显示的点数，“768”表示垂直方向显示的点数。分辨率越高，图像就越清晰。分辨率越高图像的显示越清晰。

2、清晰度

摄像机的清晰度用线表示，分为水平线和垂直线，在实际的工程应用中我们常常以水平线作为摄像机清晰度的评估指标，线数越多，则清晰度越高。常用的黑白摄像机的清晰度一般为 450-600，而彩色摄像机的清晰度一般为 330-480，其数值越大成像越清晰。一般的监视场合，用 450 线左右的摄像机就可以满足要求，对于医疗、图像处理等特殊场合，用 600 线的摄像机能得到更清晰的图像。

3、自动增益控制（AGC）

为了使摄像机能在不同的照度条件下输出标准视频信号，在视频处理电路中引入了自动增益控制（AutoGainControl），通过检测视频信号的平均电平值而实现增益反馈控制。具有 AGC 功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但同时也放大了干扰信号，使图像看上去有杂波。

4、背光补偿（BLC）

当摄像机处于逆光环境中拍摄时，画面会出现黑色的图像，然而在安防中逆光环境是难以避免的，这个时候就需要进行背光补偿。当引入背光补偿功能时，摄像机如果检测到拍摄图像一个区域中的视频电平比较低，通过上面介绍的 AGC 电路改善和提升该区域的视频电平，提高输出视频信号的幅值，使图像整体清晰明亮。如果你想看的主题因明亮的背景而显得暗淡，可以把 BLC 设置到 ON 状态，从而补偿强烈的背光。

5、电子快门（EE/AI）切换

在摄像机的后部端子我们常常可以看到 EE/AI 切换开关。EE 就是指电子快门方式；AI 就是指自动光圈镜头方式。摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，通过电子快门方式，根据入射光的强弱来调节 CCD 图像传感器的曝光时间，从而得到清晰的图像，电子快门的时间在 1/50-1/100000 秒之间。

6、信噪比

指信号电平与杂波电平的比，杂波包括电源杂波、随机杂波、单频杂波等。常常用分贝

（dB）表示。信噪比越高表明它产生的杂波越少，图像信号质量越高。信噪比不得低于 48d B。

7、白平衡（AWB）

彩色摄像机要还原被摄物体的颜色，必须保持白平衡正常。彩色摄像机要还原被摄物体的颜色，必须保持白平衡正常。

主要清晰度，高清一般在 480 线以上

然后看是否需要宽动态，逆光监控是一定需要宽动态的，其他普通监控用高清即可其他一些功能很少用到的

照度

从同一方向看，在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光照强度（光度）。单位为英尺朗伯。亮度信号（Luminance signal）：NTSC 彩色电视信号中涉及场景照度或亮度的那部分信号。 照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示， 表示单位为勒克斯(Lux,lx) ，即 lm/m2 。 1 勒克斯等于 1 流明(lumen,lm)的光通量均匀分布于 1m2 面积上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量为标准，若倾斜照射则照度下降。

照度的计算

照度的计算方法，有利用系数法、概算曲线法、比功率法和逐点计算法等。(一)利用系数法

1、利用系数的概念

照明光源的利用系数(utilization coefficient) 是用投射到工作面上的光通量( 包括直射光通和多方反射到工作面上的光通)与全部光源发出的光通量之比来表示，

即 u=φe/nφ

利用系数 u 与下列因数有关：

1) 、与灯具的型式、光效和配光曲线有关。

2) 、与灯具悬挂高度有关。悬挂越高，反射光通越多，利用系数也越高。

3) 、与房间的面积及形状有关。房间的面积越大，越接近于正方形，则由于直射光通越多，因此利用系数也越高。

4) 、与墙壁、顶棚及地板的颜色和洁污情况有关。颜色越浅，表面越洁净，反射的光通越多，因而利用系数也越高。

2、利用系数的确定

利用系数值应按墙壁和顶棚的反射系数及房间的受照空间特征来确定。房间的受照空间特征

用一个“室空间比”(room cabin rate，缩写为 RCR)的参数来表征。

如图 8-12 所示，一个房间按受照的情况下不同，可分为三个空间：最上面为顶棚空间， 工作面以下为地板空间，中间部分则称为室空间。对于装设吸顶灯或嵌入式灯具的房间，没有顶棚空间；而工作面为地面的房间，则无地板空间。

室空间比 RCR=5hRC(l+b)/lb： 公式中

hRC，代表室空间高度； l，代表房间的长度； b，代表房间的宽度。

根据墙壁、顶棚的反射系数(参看表 8-1)及室空间比 RCR，就可以从相应的灯具利用系数表中查出其利用系数。

3、按利用系数法计算工作面上的平均照度

由于灯具在使用期间，光源本身的光效要逐渐降低，灯具也要陈旧脏污，被照场所的墙壁和顶棚也有污损的可能，从而使工作面上的光通量有所减少，所以在计算工作面上的实际平均照度时，应计入一个小于 1 的“减光系数”。因此工作面上实际的平均照度为

Eav=uKnφ/A 公式中：

u，代表利用系数；

K，代表减光系数(亦称维护系数)，参考值如表 8-3 所列； n，代表灯的盏数；

φ，代表每盏灯发出的光通量； A，代表受照房间面积。

为了对照度的量有一个感性的认识，下面举一例进行计算，一只 100W 的白炽灯，其发出的总光通量约为 1200Lm，若假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源 1m 和 5m 处的光照度值可分别按下列步骤求得： 半径为 1m 的半球面积为 2π×1^2=6.28 m2， 距光源 1m 处的光照度值为：1200Lm/6.28 m2=191Lux。 同理，半径为 5m 的半球面积为:2π× 5^2=157 m2， 距光源 5m 处的光照度值为： 1200Lm/157 m2=7.64Lux。

生活场所中照度的标准确定照度的原则

应根据工作、生产的特点和作业对视觉的要求确定照度；对于公共建筑还要根据其用途考虑各种特殊要求，如商场除要求工作面适当的水平照度外，还要有足够的空间亮度，给顾客一种明亮感和兴奋感，不同商品销售区，要求不同照度，以渲染促销重点商品；又如宾馆等建筑，常常运用照明来营造一种气氛，所使用的照度以至色表，就有特殊要求；象体育竞赛场馆，更需要很高的垂直面照度或半柱面照度，以满足彩色电视转播的要求和观众观看的清晰和舒适感。

确定照度的依据

（一） 识别对象的大小，即作业的精细程度；

（二） 对比度，即识别对象的亮度和所在背景亮度之差异，两者亮度之差越小，则对比度越小，就越难看清楚，因此需要更高照度；

（三） 其他因素：视觉的连续性（长时间观看），识别速度，识别目标处于静止或运动状态，视距大小，视看者的年龄等。

照度对工作、生产的影响

（一） 工业生产场所的照度将对产品的质量、差错率、废品率、工伤事故率有一定影响；

（二） 办公室、阅览、金融工作场地等的照度，对工作效率、阅读效率有很大关系；

（三） 以上两类视觉场所的照度不足，连续工作时会引起视觉疲劳，长时期将导致人眼视力下降以及头晕等心理或生理不适；

（四） 商场照度，除看清商品细部和质地外，还有激发顾客购买欲望，促进销售的作用。

下表中所列的是几种不同工作情况下的标准照度值： 工作性质或场所 照度（勒克司）

夏季中午在太阳直接照射下 100，000

没有太阳的室外 10，000-1000

明朗夏天的室内 500-100

细小精致的工作（如修理钟表、雕刻制板、制图等） 100

使用危险性的小的带刃工具（削刀、钻、旋刀）的工作 100

在工作台上作细小精致的工作（如用缝纫机缝纫、书写等） 75

阅读、观看各种仪器所示的读数，纺织 50

走廊 10

楼梯 8

在满月底下 0.2

一般而言，居家空间到底适用何种光源，除依据室内的整体规划外，也应考虑用电之效率及各场所所需之应有照度。每一不同使用目的的场所，均有其合适的照度来配合。例如： 起居间所需之照明照度为 150－300Lux；一般书房照度为 100Lux，但阅读时所需之照明照度则为 600Lux，所以最好再使用台灯作为局部照明。场所 照度（Lux）

书房、办公室 500－1000

客厅（不阅读书报） 150－300

浴厕、更衣室 200－500

餐桌 300－500

走廊、楼梯 35－75

电梯、走道 100－200

车库、仓储 30－75

一般情况：夏日阳光下为 100000LUX；阴天室外为 10000LUX；室内日光灯为 100LUX； 距 60W 台灯 60cm 桌面为 300LUX；电视台演播室为 1000LUX；黄昏室内为 10LUX；夜间路灯为 0.1LUX；烛光（20cm 远处）10～15LUX。

照度参考表 1 天气 照度 LUX

晴天 30000~300000

阴天 3000

日出日落 300 月圆 0.3~0.03

星光 0.0002~0.00002

阴暗夜晚 0.003~0.0007 照度参考表 2

室内场所 照度 LUX 生产车间 10~500 办公室 30~50

餐厅 10~30 走 廊 5~10 停车场 1~5

室内刚能辨别人脸的轮廓，照度为 20LX，下棋打牌的照度为 150LX，看小说约需 250LX， 即 25 瓦白炽灯离书 30-50 厘米，书写约需要 500LX，即 40 瓦白炽灯离书 30-50 厘米，看电视约需 30LX，用一支 3 瓦的小灯放在视线之外就行了。

保持合适的照度，对提高工作和学习效率都有很大的好处；在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习，对眼睛都是有害的。

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