一、工作原理
　　
　　在閉路監控系統中，攝像機又稱攝像頭或CCD（ChargeCoupledDevice）即電荷耦合器件。嚴格來說，攝像機是攝像頭和鏡頭的總稱，而實際上，攝像頭與鏡頭大部分是分開購買的，用戶根據目標物體的大小和攝像頭與物體的距離，通過計算得到鏡頭的焦距，所以每個用戶需要的鏡頭都是依據實際情況而定的，不要以為攝像機（頭）上已經有鏡頭。
　　
　　攝像頭的主要傳感部件是CCD，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長、抗震動、抗磁場、體積小、無殘影等特點，CCD是電耦合器件（ChargeCoupleDevice）的簡稱，它能夠將光線變為電荷并可將電荷儲存及轉移，也可將儲存之電荷取出使電壓發生變化，因此是理想的攝像元件。是代替攝像管傳感器的新型器件。
　　
　　CCD的工作原理是：被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據光的強弱積聚相應的電荷，經周期性放電，產生表示一幅幅畫面的電信號，經過濾波、放大處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標準的復合視頻信號。這個標準的視頻信號同家用的錄像機、VCD機、家用攝像機的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機上觀看。
　　
　　二、CCD分類
　　
　　CCD攝像機的選擇和分類CCD芯片就像人的視網膜，是攝像頭的核心。目前我國尚無能力制造，市場上大部分攝像頭采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生產的芯片，現在韓國也有能力生產，但質量就要稍遜*。因為芯片生產時采用不同等級，各廠家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在購買時，可以采取如下方法檢測：接通電源，連接視頻電纜到監視器，關閉鏡頭光圈，看圖像全黑時是否有亮點，屏幕上雪花大不大，這些是檢測CCD芯片zui簡單直接的方法，而且不需要其它儀器。然后可以打開光圈，看一個靜物，如果是彩色攝像頭，攝取一個色彩鮮艷的物體，查看監視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來清晰自然；而殘次品的圖像就會有偏色現象，即使面對一張白紙，圖像也會顯示藍色或紅色。個別CCD由于生產車間的灰塵，CCD靶面上會有雜質，在一般情況下，雜質不會影響圖像，但在弱光或顯微攝像時，細小的灰塵也會造成不良的后果，如果用于此類工作，一定要仔細挑選。
　　
　　１、依成像色彩劃分彩色攝像機：適用于景物細部辨別，如辨別衣著或景物的顏色。黑白攝像機：適用于光線不充足地區及夜間無法安裝照明設備的地區，在僅監視景物的位置或移動時，可選用黑白攝像機。
　　
　　２、依分辨率靈敏度等劃分影像像素在38萬以下的為一般型，其中尤以25萬像素（512*492）、分辨率為400線的產品zui普遍。影像像素在38萬以上的高分辨率型。
　　
　　３、按CCD靶面大小劃分CCD芯片已經開發出多種尺寸：目前采用的芯片大多數為1/3"和1/4"。在購買攝像頭時，特別是對攝像角度有比較嚴格要求的時候，CCD靶面的大小，CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場角的大小和圖像的清晰度。1英寸--靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm，對角線16mm。2/3英寸--靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對角線11mm。1/2英寸--靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對角線8mm。1/3英寸--靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對角線6mm。1/4英寸--靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對角線4mm。
　　
　　４、按掃描制式劃分PAL制、NTSC制。中國采用隔行掃描（PAL）制式（黑白為CCIR），標準為625行，50場，只有醫療或其它專業領域才用到一些非標準制式。另外，日本為NTSC制式，525行，60場（黑白為EIA）。
　　
　　５、依供電電源劃分110v（NTSC制式多屬此類），220VAC，24VAC。12VDC或9VDC（微型攝像機多屬此類）。
　　
　　６、按同步方式劃分內同步：用攝像機內同步信號發生電路產生的同步信號來完成操作。外同步：使用一個外同步信號發生器，將同步信號送入攝像機的外同步輸入端。功率同步（線性鎖定，linelock）：用攝像機AC電源完成垂直推動同步。外VD同步：將攝像機信號電纜上的VD同步脈沖輸入完成外VD同步。多臺攝像機外同步：對多臺攝像機固定外同步，使每一臺攝像機可以在同樣的條件下作業，因各攝像機同步，這樣即使其中一臺攝像機轉換到其他景物，同步攝像機的畫面亦不會失真。
　　
　　7、按照度劃分，CCD又分為：（lux：[lAks]勒克斯（照明度的單位））
　　
　　普通型正常工作所需照度1~3LUX
　　
　　月光型正常工作所需照度0.1LUX左右
　　
　　星光型正常工作所需照度0.01LUX以下
　　
　　紅外型采用紅外燈照明，在沒有光線的情況下也可以成像
　　
　　8、按外觀分：有機板型、針孔型、半球型。
　　
　　三、技術指標
　　
　　CCD彩色攝像機的主要技術指標
　　
　　（１）CCD尺寸，亦即攝像機靶面。原多為1/2英寸，現在1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
　　
　　（２）CCD像素，是CCD的主要性能指標，它決定了顯示圖像的清晰程度，分辨率越高，圖像細節的表現越好。CCD是由面陣感光元素組成，每一個元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰。現在市場上大多以25萬和38萬像素為劃界，38萬像素以上者為高清晰度攝像機。
　　
　　（３）水平分辨率。彩色攝像機的典型分辨率是在320到500電視線之間，主要有330線、380線、420線、460線、500線等不同檔次。分辨率是用電視線（簡稱線TVLINES）來表示的，彩色攝像頭的分辨率在330~500線之間。分辨率與CCD和鏡頭有關，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關，通常規律是1MHz的頻帶寬度相當于清晰度為80線。頻帶越寬，圖像越清晰，線數值相對越大。
　　
　　（４）zui小照度，也稱為靈敏度。是CCD對環境光線的敏感程度，或者說是CCD正常成像時所需要的zui暗光線。照度的單位是勒克斯（LUX），數值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。月光級和星光級等高增感度攝像機可工作在很暗條件，2~3lux屬一般照度，現在也有低于1lux的普通攝像機問世。
　　
　　（５）掃描制式。有PAL制和NTSC制之分。
　　
　　（６）攝像機電源。交流有220V、110V、24V，直流為12V或9V。
　　
　　（７）信噪比。典型值為46db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質量良好；若為60db，則圖像質量優良，不出現噪聲。
　　
　　（８）視頻輸出。多為1Vp-p、75Ω，均采用BNC接頭。
　　
　　（９）鏡頭安裝方式。有C和CS方式，二者間不同之處在于感光距離不同。
　　
　　四、可調整功能
　　
　　1.CCD彩色攝像機的可調整功能
　　
　　（１）同步方式的選擇
　　
　　A、對單臺攝像機而言，主要的同步方式有下列三種：
　　
　　內同步--利用攝像機內部的晶體振蕩電路產生同步信號來完成操作。外同步--利用一個外同步信號發生器產生的同步信號送到攝像機的外同步輸入端來實現同步。
　　
　　電源同步--也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝像機的交流電源來完成垂直推動同步，即攝像機和電源零線同步。
　　
　　B、對于多攝像機系統，希望所有的視頻輸入信號是垂直同步的，這樣在變換攝像機輸出時，不會造成畫面失真，但是由于多攝像機系統中的各臺攝像機供電可能取自三相電源中的不同相位，甚至整個系統與交流電源不同步，此時可采取的措施有：均采用同一個外同步信號發生器產生的同步信號送入各臺攝像機的外同步輸入端來調節同步。調節各臺攝像機的"相位調節"電位器，因攝像機在出廠時，其垂直同步是與交流電的上升沿正過零點同相的，故使用相位延遲電路可使每臺攝像機有不同的相移，從而獲得合適的垂直同步，相位調整范圍0~360度。
　　
　　（２）自動增益控制所有攝像機都有一個將來自CCD的信號放大到可以使用水準的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝像機的自動增益控制（AGC）電路去探測視頻信號的電平，適時地開關AGC，從而使攝像機能夠在較大的光照范圍內工作，此即動態范圍，即在低照度時自動增加攝像機的靈敏度，從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。
　　
　　（３）背景光補償通常，攝像機的AGC工作點是通過對整個視場的內容作平均來確定的，但如果視場中包含一個很亮的背景區域和一個很暗的前景目標，則此時確定的AGC工作點有可能對于前景目標是不夠合適的，背景光補償有可能改善前景目標顯示狀況。當背景光補償為開啟時，攝像機僅對整個視場的一個子區域求平均來確定其AGC工作點，此時如果前景目標位于該子區域內時，則前景目標的可視性有望改善。
　　
　　（４）電子快門在CCD攝像機內，是用光學電控影像表面的電荷積累時間來操縱快門。電子快門控制攝像機CCD的累積時間，當電子快門關閉時，對NTSC攝像機，其CCD累積時間為1/60秒；對于PAL攝像機，則為1/50秒。當攝像機的電子快門打開時，對于NTSC攝像機，其電子快門以261步覆蓋從1/60秒到1/10000秒的范圍；對于PAL型攝像機，其電子快門則以311步覆蓋從1/50秒到1/10000秒的范圍。當電子快門速度增加時，在每個視頻場允許的時間內，聚焦在CCD上的光減少，結果將降低攝像機的靈敏度，然而，較高的快門速度對于觀察運動圖像會產生一個"停頓動作"效應，這將大大地增加攝像機的動態分辨率。
　　
　　（５）白平衡白平衡只用于彩色攝像機，其用途是實現攝像機圖像能反映景物狀況，有手動白平衡和自動白平衡兩種方式。
　　
　　A、自動白平衡連續方式--此時白平衡設置將隨著景物色彩溫度的改變而連續地調整，范圍為2800~6000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是zui適宜的，使色彩表現自然，但對于景物中很少甚至沒有白色時，連續的白平衡不能產生*的彩色效果。按鈕方式--先將攝像機對準諸如白墻、白紙等白色目標，然后將自動方式開關從手動撥到設置位置，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現白色為止，在白平衡被執行后，將自動方式開關撥回手動位置以鎖定該白平衡的設置，此時白平衡設置將保持在攝像機的存儲器中，直至再次執行被改變為止，其范圍為2300~10000K，在此期間，即使攝像機斷電也不會丟失該設置。以按鈕方式設置白平衡zui為和可靠，適用于大部分應用場合。
　　
　　B、手動白平衡開手動白平衡將關閉自動白平衡，此時改變圖像的紅色或蘭色狀況有多達107個等級供調節，如增加或減少紅色各一個等級、增加或減少蘭色各一個等級。除次之外，有的攝像機還有將白平衡固定在3200K（白熾燈水平）和5500K（日光水平）等檔次命令。
　　
　　（６）色彩調整對于大多數應用而言，是不需要對攝像機作色彩調整的，如需調整則需細心調整以免影響其他色彩，可調色彩方式有：紅色-黃色色彩增加，此時將紅色向洋紅色移動一步。紅色-黃色色彩減少，此時將紅色向黃色移動一步。蘭色-黃色色彩增加，此時將蘭色向青蘭色移動一步。蘭色-黃色色彩減少，此時將蘭色向洋紅色移動一步。
　　
　　2.數字化式的調整控制方法
　　
　　新型攝像機對前述各項可選參數的調整采用數字式調整控制，此時不必手動調節電位計而是采用輔助控制碼，而且這些調整參數被儲存在數字記憶單元中，增加了穩定性和可靠性。
　　
　　DSP攝像機在模擬制式的基礎上引入部分數字化處理技術，稱為數字信號處理（DSP，DIGITALSIGNALPROCESSOR）攝像機。該種攝像機具有以下優點：
　　
　　１、由于采用了數字檢測和數字運算技術而具有智能化背景光補償功能。常規攝像機要求被攝景物置于畫面*并要占據較大的面積方能有較好的背景光補償，否則過亮的背景光可能會降低圖像中心的透明度。而DSP攝像機是將一個畫面劃分成48個小處理區域來有效地檢測目標，這樣即使是很小的、很薄的或不在畫面中心區域的景物均能清楚地呈現。
　　
　　２、由于DSP技術而能自動跟蹤白平衡，即可以在任何條件檢測和跟蹤"白色"，并以數字運算處理功能來再現原始的色彩。傳統的攝像機因系對畫面上的全部色彩作平均處理，這樣如果彩色物體在畫面上占據很大面積，那么彩色重現將不平衡，也就是不能重現原始色彩。DSP攝像機是將一個畫面分成48個小處理區域，這樣就能夠有效地檢測白色，即使畫面上只有很小的一塊白色，該攝像機也能跟蹤它從而再現出原始的色彩。在拍攝網格狀物體時，可將由攝像機彩色噪聲引起的圖像混疊減至zui少。
　　
　　五、攝像機的選擇和主要參數
　　
　　攝像機鏡頭是視頻監視系統的zui關鍵設備，它的質量（指標）優劣直接影響攝像機的整機指標，因此，攝像機鏡頭的選擇是否恰當既關系到系統質量，又關系到工程造價。
　　
　　鏡頭相當于人眼的晶狀體，如果沒有晶狀體，人眼看不到任何物體；如果沒有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像就是白茫茫的一片，沒有清晰的圖像輸出，這與我們家用攝像機和照相機的原理是一致的。當人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時，也就是人們常說的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清；攝像頭與鏡頭的配合也有類似現象，當圖像變得不清楚時，可以調整攝像頭的后焦點，改變CCD芯片與鏡頭基準面的距離（相當于調整人眼晶狀體的位置），可以將模糊的圖像變得清晰。由此可見，鏡頭在閉路監控系統中的作用是非常重要的。工程設計人員和施工人員都要經常與鏡頭打交道：設計人員要根據物距、成像大小計算鏡頭焦距，施工人員經常進行現場調試，其中一部分就是把鏡頭調整到*狀態。
　　
　　１、鏡頭的分類
　　
　　按外形功能分按尺寸大小分按光圈分按變焦類型分按焦距長矩分
　　
　　球面鏡頭1”25mm自動光圈電動變焦長焦距鏡頭
　　
　　非球面鏡頭1/2”3mm手動光圈手動變焦標準鏡頭
　　
　　針孔鏡頭1/3”8.5mm固定光圈固定焦距廣角鏡頭
　　
　　魚眼鏡頭2/3”17mm
　　
　　（１）以鏡頭安裝分類所有的攝象機鏡頭均是螺紋口的，ＣＣＤ攝象機的鏡頭安裝有兩種工業標準，即Ｃ安裝座和ＣＳ安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。Ｃ安裝座：從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是17.526mm。ＣＳ安裝座：特種Ｃ安裝，此時應將攝象機前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準面到焦點的距離是12.5mm。如果要將一個Ｃ安裝座鏡頭安裝到一個ＣＳ安裝座攝象機上時，則需要使用鏡頭轉換器。
　　
　　（２）以攝象機鏡頭規格分類攝象機鏡頭規格應視攝象機的ＣＣＤ尺寸而定，兩者應相對應。即攝象機的ＣＣＤ靶面大小為１／２英寸時，鏡頭應選１／２英寸。攝象機的ＣＣＤ靶面大小為１／３英寸時，鏡頭應選１／３英寸。攝象機的ＣＣＤ靶面大小為１／４英寸時，鏡頭應選１／４英寸。如果鏡頭尺寸與攝象機ＣＣＤ靶面尺寸不一致時，觀察角度將不符合設計要求，或者發生畫面在焦點以外等問題。
　　
　　（３）以鏡頭光圈分類鏡頭有手動光圈（manualiris）和自動光圈（autoiris）之分，配合攝象機使用，手動光圈鏡頭適合于亮度不變的應用場合，自動光圈鏡頭因亮度變更時其光圈亦作自動調整，故適用亮度變化的場合。自動光圈鏡頭有兩類：一類是將一個視頻信號及電源從攝象機輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，稱為視頻輸入型，另一類則利用攝象機上的直流電壓來直接控制光圈，稱為ＤＣ輸入型。自動光圈鏡頭上的ＡＬＣ（自動鏡頭控制）調整用于設定測光系統，可以整個畫面的平均亮度，也可以畫面中zui亮部分（峰值）來設定基準信號強度，供給自動光圈調整使用。一般而言，ＡＬＣ已在出廠時經過設定，可不作調整，但是對于拍攝景物中包含有一個亮度*的目標時，明亮目標物之影像可能會造成"白電平削波"現象，而使得全部屏幕變成白色，此時可以調節ＡＬＣ來變換畫面。另外，自動光圈鏡頭裝有光圈環，轉動光圈環時，通過鏡頭的光通量會發生變化，光通量即光圈，一般用Ｆ表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即：Ｆ＝f（焦距）／Ｄ（鏡頭實際有效口徑），Ｆ值越小，則光圈越大。采用自動光圈鏡頭，對于下列應用情況是理想的選擇，它們是：在諸如太陽光直射等非常亮的情況下，用自動光圈鏡頭可有較寬的動態范圍。要求在整個視野有良好的聚焦時，用自動光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。要求在亮光上因光信號導致的模糊zui小時，應使用自動光圈鏡頭。
　　
　　（４）以鏡頭的視場大小分類標準鏡頭：視角３０度左右，在１／２英寸ＣＣＤ攝象機中，標準鏡頭焦距定為１２mm，在１／３英寸ＣＣＤ攝象機中，標準鏡頭焦距定為８mm。廣角鏡頭：視角９０度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。遠攝鏡頭：視角２０度以內，焦距可達幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。變倍鏡頭（zoomlens）：也稱為伸縮鏡頭，有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類。可變焦點鏡頭（vari-focuslens）：它介于標準鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續可變，即可將遠距離物體放大，同時又可提供一個寬廣視景，使監視范圍增加。變焦鏡頭可通過設置自動聚焦于zui小焦距和zui大焦距兩個位置，但是從zui小焦距到zui大焦距之間的聚焦，則需通過手動聚焦實現。針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。
　　
　　（５）從鏡頭焦距上分短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個較寬廣的視野。中焦距鏡頭：標準鏡頭，焦距的長度視ＣＣＤ的尺寸而定。長焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長距離監視。變焦距鏡頭：通常為電動式，可作廣角、標準或遠望等鏡頭使用。
　　
　　２、選擇鏡頭的技術依據
　　
　　（１）鏡頭的成像尺寸應與攝象機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英寸等規格。
　　
　　（２）鏡頭的分辨率描述鏡頭成像質量的內在指標是鏡頭的光學傳遞函數與畸變，但對擁護而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數為計量單位，計算公式為：鏡頭分辨率Ｎ＝１８０／畫幅格式的高度。由于攝象機ＣＣＤ靶面大小已經標準化，如１／２英寸攝象機，其靶面為寬6.4mm＊高4.8mm，１／３英寸攝象機為寬4.8mm＊高3.6mm。因此對１／２英寸格式的ＣＣＤ靶面，鏡頭的zui低分辨率應為３８對線／mm，對１／３英寸格式攝象機，鏡頭的分辨率應大于５０對線，攝象機的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。
　　
　　（３）鏡頭焦距與視野角度首先根據攝象機到被監控目標的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f確定后，則由攝象機靶面決定了視野。
　　
　　（４）光圈或通光量鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以Ｆ為標記，每個鏡頭上均標有其zui大的Ｆ值，通光量與Ｆ值的平方成反比關系，Ｆ值越小，則光圈越大。所以應根據被監控部分的光線變化程度來選擇用手動光圈還是用自動光圈鏡頭。
　　
　　３、變焦鏡頭（zoomlens）變焦鏡頭有手動伸縮鏡頭和自動伸縮鏡頭兩大類。伸縮鏡頭由于在一個鏡頭內能夠使鏡頭焦距在一定范圍內變化，因此可以使被監控的目標放大或縮小，所以也常被成為變倍鏡頭。典型的光學放大規格有６倍（6.0~36mm,F1.2）、８倍（4.5~36mm,F1.6）、１０倍（8.0~80mm,F1.2）、１２倍（6.0~72mm,F1.2）、２０倍（10~200mm,F1.2）等檔次，并以電動伸縮鏡頭應用zui普遍。為增大放大倍數，除光學放大外還可施以電子數碼放大。在電動伸縮鏡頭中，光圈的調整有三種，即：自動光圈、直流驅動自動光圈、電動調整光圈。其聚焦和變倍的調整，則只有電動調整和預置兩種，電動調整是由鏡頭內的馬達驅動，而預置則是通過鏡頭內的電位計預先設置調整停止位，這樣可以免除成像必須逐次調整的過程，可與快速定位。在球形罩一體化攝像系統中，大部分采用帶預置位的伸縮鏡頭。另一項令用戶感興趣的則是快速聚焦功能，它由測焦系統與電動變焦反饋控制系統構成。
　　
　　4、鏡頭與攝像機CCD尺寸的關系1/2"鏡頭既可用于1/2"攝像機，也可用于1/3"攝像機，但視角會減少25%左右。1/3"鏡頭不能用于1/2"攝像機，只能用于1/3"攝像機。