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光学部分(光源、镜头)
镜头：
镜头是集聚光线，使胶卷能获得清晰影像的结构。

早期的镜头都是由单片凸透镜所构成。

因为清晰度不佳，又会产生色像差，而渐被改良成复式透镜，即以多片凹凸透镜的组合，来纠正各种像差或色差，并且借着镜头的加膜(coating)处理，增加进光量，减少耀光，使影像的素质大大的提高。

一般而言，摄影用的透镜均为聚焦透镜，依照光学原理、由远处而来的光线穿过具有聚焦作用的透镜后，会全部聚焦于一点，这一点即焦点。

而从焦点到镜头的中心点之距离即称焦距。

在相机上，镜头的中心点通常都位于光圈处，而焦点位于焦点平面上(即胶卷面)。

故相机的焦距为镜头对焦在无限远时，光圈到胶卷间的距离。

镜头的种类(根据应用场合分类)
·广角镜头：视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。

·标准镜头：视角30度左右，使用范围较广。

·长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。

·变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长成像越大。

·针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。

镜头结构：
镜头结构可以理解为镜头的构造，其主要是由镜片构成的。

目前任何一款相机的镜头都不可能是由一块镜片组成，标准镜头和功能型附加镜头都是如此。

一个镜头往往是由多块镜片构成，根据需要这些镜片又会组成小组，从而把要拍摄的对象尽可能清晰、准确的还原。

镜头的结构主要指的是构成镜头的镜片数目情况。

由于不同厂商、不同产品采用的技术是不同的，因此绝不能简单的认为镜片的数目多好还是数目少好。

不同镜头的镜片数目是用数字标识的，可谓一目了然。

比如“佳能EF28-105/3.5-4.5U”，标识为12组15片，这也就是说，这款镜头共
有15片镜片，这15片镜片又分为12个镜头组，有的为1片成组，有的为两片成组，以实现不同的功能。

除了镜片的数目之外，镜头的材质也是镜头结构的一个重要的技术指标。

目前镜头的材质一般可以分为两类：玻璃和塑料。

这两种材质是和镜头生产商所采用的技术和特点有关的，两种材质并无优劣之分。

当然两种材质的镜头也都有各自的特点：比如玻璃镜头稳重、塑料镜头轻巧。

在市场上富士的镜头多采用塑料，而蔡司、尼康的镜头则以玻璃为主。

景深：
当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也是清晰的。

焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。

景深分为前景深和后景深，后景深大于前景深。

景深越深，那么离焦点远的景物也能够清晰，而景深浅，离焦点远的景物就模糊。

焦距：
从光学原理来讲焦距就是从焦点到透镜中心的距离。

对于镜头来说，焦距有着非常重要的意义。

焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。

镜头焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。

焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。

焦距长短与透视感的强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强。

焦距长短与反差成反比，焦距越长反差越小，焦距越短反差越大。

对焦距离：
对焦距离越远景深越深，对焦距离越近景深越浅。

因此在拍摄远景时应该选择较大对焦距离的镜头，而在拍摄近景时则应该使用较小对焦距离的产品。

镜头对焦距离是用cm（厘米）表示的，可谓一目了然。

滤镜口径：
相机镜头口的螺纹就是用来接各种滤镜以及外挂镜头的。

不过，不同型号相机的螺纹直径是不一样，这圈螺纹口径就叫做滤镜口径。

购买镜头时一定要注意核对，相机的滤镜口径和所买镜头的滤镜口径是否一致，只有两个一致才能够直接连接。

当然如果不一致也没有关系，可以通过转接环来转换滤镜口径。

把转接环安装在镜头上，再把外挂镜头安装在转接环上就可以了。

视角：
镜头中心点到成像平面对角线两端所形成的夹角就是镜头视角，对于相同的成像面积，镜头焦距越短，其视角就越大。

对于镜头来说，视角主要是指它可以实现的视角范围，当焦距变短时视角就变大了，可以拍出更宽的范围，但这样会影响较远拍摄对象的清晰度。

当焦距变长时，视角就变小了，可以使较远的物体变得清晰，但是能够拍摄的宽度范围就变窄了。

放大倍率：
放大倍率指的是通过镜头的调整能够改变拍摄对象原本成像面积的大小。

虽然叫做放大倍率，但是有的镜头则可能起到缩小的作用。

如果产品标识为1:4，则表示通过该款镜头，最多可以放大4倍。

光圈叶片数：
相机镜头光圈的大小是通过镜头内叶片的变化来调整的。

光圈叶片数就是指镜头内用来调整光圈的叶片数量。

一般来说，数量越多，在光圈的调整时也就能实现更高的精度，目前6～9片是比较常见的。

遮光罩：
遮光罩是套在照相机镜头前的常用摄影附件，有金属、硬塑、软胶等多种材质。

它的作用有以下几点：
1.在逆光、侧光或闪光灯摄影时，能防止非成象光的进入，避免雾霭。

2.在顺光和侧光摄影时，可以避免周围的散射光进入镜头。

3.在灯光摄影或夜间摄影时，可以避免周围的干扰光进入镜头。

4.可以防止对镜头的意外损伤，也可以避免手指误触镜头表面，还能在某种程度上为镜头遮挡风沙、雨雪。

遮光罩广泛用于逆光摄影，一般说来可以避免眩光。

但是，如果光源距离近，仍有可能发生眩光现象。

此时，可以用手在光源所在的一侧遮挡遮光罩。

眩光是否消除，要从取景器里观察清楚。

一般来说，镜头都会标配遮光罩的，不过不同的镜头所配的遮光罩也是不同的，并且许多产品之间是不能相互换用的。

光圈：
光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。

表达光圈大小我们是用F值。

光圈F值= 镜头的焦距/ 镜头口径的直径，从以上的公式可知要达到相同的光圈F 值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。

完整的光圈值系列如下: F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64 。

这里值得一提的是光圈F值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多，而且上一级的进光量刚是下一级的一倍，例如光圈从F8调整到F5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。

广角镜头：
广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。

广角镜头又分为普通广角镜头和超广角镜头两种。

135照相机普通广角镜头的焦距一般为38－24毫米，视角为60－84度；超广角镜头的焦距为20－13毫米，视角为94-118度。

由于广角镜头的焦距短，视角大，在较短的拍摄距离范围内，能拍摄到较大面积的景物。

相机及芯片（CCD、CMOS），智能相机
CCD：电荷耦合器件（Charge Coupled Device）。

像素：感光器件上的基本感光单元，也是一幅图像的基本单元。

分辨率：感光器件/图像的水平和垂直方向的像素数（如1024X1024）
清晰度：人眼实际能够看到的清晰程度，用标准长度内能看到多少线点来衡量。

信噪比：输出信号中有用信号和噪声的比（dB）。

帧/场：相机输出的完整的一幅图像为一帧，隔行信号一帧分为两场。

增益：通过放大器对信号/噪声的放大。

BINNING：将几个像素联合起来作为一个像素使用，提高灵敏度，输出速度，降低分辨率。

快门：每帧图像的曝光时间。

光谱响应：感光器件在不同波段的感光程度。

量子效率：光子转化成电子的效率（以%表示）。

最大像素数: 最大像素英文名称为Maximum Pixels，所谓的最大像素是经过插值运算后获得的。

插值运算通过设在相机内部的DSP芯片，在需要放大图像时用最临近法插值、线性插值等运算方法，在图像内添加图像放大后所需要增加的像素。

插值运算后获得的图像质量不能够与真正感光成像的图像相比。

有效像素数: 有效像素数英文名称为Effective Pixels。

与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。

最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。

快门:
电子快门：用电路控制快门线圈磁铁的原理来控制快门时间的，齿轮与连动零件大多为塑料材质。

机械快门：机械快门控制快门的原理是，齿轮带动控制时间，连动与齿轮为铜与铁的材质居多。

B门：当需要超过1秒曝光时间时，就要用到B门了。

使用B门的时候，快门释放按钮按下，快门便长时间开启，直至松开释放钮，快门才关闭。

这是专门为长曝光设定的快门。

帧速(FPS)：一秒种内的帧数量。

NTSC制为30FPS，PAL制为25FPS。

NTSC：国家电视标准委员会(National Television Standards Commitee)的缩写。

是中北美洲及日本通用的电视制式，与欧洲的PAL制式和法国的SECAM只是相对。

他的垂直分辨率有525线，帧速为
30(29.97)FPS。

PAL：逐行倒相(Phase Alteration Line)的缩写，是中国及欧洲大多数国家通用的电视制式。

具有更高的垂直分辨率(625线)，但是帧速相对慢于NTSC(25FPS)。

分量视频信号(Separate Video) ：将画面按三个颜色通道(RGB)分成红、绿和蓝(附加亮度信号)三个单独信号通道。

产生的画面质量较高，一般在广播级视频设备中被采用。

合成视频信号(Composite Video) ：将彩色信号、亮度信号和同步信号混合在一个信号通道内，在家用视频设备中被大量采用。

S-Video：是一种信号质量更高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。

它的功能是将RGB三原色和亮度进行分离处理。

3CCD：一般的相机只有一个CCD，而3CCD则有3个CCD chip，并且R、G、B（红、绿、蓝）3原色分别由3个chip来处理，因此它的色彩饱和度及解析度会比一般单CCD相机高很多。

AF:Auto Focus 自动对焦
目前所有的家用摄录影机，都具有此项功能，它是以红外线测距的方式来完成对焦的动作。

装置在镜头内下方的一组红外线发射器，当镜头对准目标时，红外线也同时感应到与目标间的距离，同时驱动调焦机构进行对焦动作。

注意事项
1 以拍摄主体在画面正中央为对焦的点。

2 避免拍摄主体前有走动的物体影响红外线测距
3 如无法避免请改以手动对焦。

4 玻璃窗前拍摄请贴紧玻璃拍摄，如情况不允许，也请改用手动对焦
AE:Auto Expose 自动曝光效果
内建的自动光圈控制程式，相机本身针对不同光线下，自动调校拍摄时所需之光圈大小以配合，拍摄者只需对准目标拍摄即可。

一般可自动手动切换，顺光下以自动模式逆光下可切换成手动调整。

AGC:Auto gain control (自动亮度增益)
当全自动拍摄时，机体内感应到光线不足时，便启动此一装置，以电子式提升画面的亮度。

MGC:Manual gain control手动增益控制
成像技术
图像采集卡
图像采集卡：是一块可插入计算机，或脱离计算机独立使用的板卡。

图像采集卡将各种模拟视频信号经A/D转换成数字信号送入计算机，供计算机作处理、存储、传输等之用。

视频源：使用各种图象采集卡，首先需要您提供采集或压缩用的视频源。

视频源可以是∶VCD影碟机、已有的录像带、摄录机、LD视盘、CCD数字照相机、监视器的视频输出等等。

● 一台摄录机和使用摄录机录制的录像带.
● 一台盒式录像机或磁带录像机和已录制的录像带.
● LD光盘播放机LD光盘或VideoCD播放机和VCD
● 摄录机或CCD摄像机
● 在医疗影像中，视频源常常是CT、X光机、B超、内窥镜、甚至MRI核磁共振等等。

● 各种工业、军事上的高速非标准视频信号，如每秒200帧、500帧、甚至上千帧…（如用Basler、PULNIX等高档数字像机作为视频源）
低压差分信号传输(LVDS) 是一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术。

由于其可使系统供电电压低至2V，因此它还能满足未来应用的需要。

此技术基于ANSI/TIA/EIA-644 LVDS 接口标准。

LVDS 技术拥有330mV 的低压差分信号(250mV MIN abd 450mV MAX) 和快速过渡时间。

这可以让产品达到自100 Mbps 至超过 1 Gbps 的高数据速率。

此外，这种低压摆幅可以降低功耗消散，同时具备差分传输的优点。

LVDS 技术用于简单的线路驱动器和接收器物理层器件以及比较复杂的接口通信芯片组。

通道链路芯片组多路复用和解多路复用慢速TTL 信号线路以提供窄式高速低功耗LVDS 接口。

这些芯片组可以大幅节省系统的电缆和连接器成本，并且可以减少连接器所占面积所需的物理空间。

LVDS 解决方案为设计人员解决高速I/O 接口问题提供了新选择。

LVDS 为当今和未来的高带宽数据传输应用提供毫瓦每千兆位的方案。

Camera Link
Camera Link 的标准是由数家工业摄影机及影像卡大厂共同制定出来的, 标准的本身是基于Channel Link 的特性, 并定义出标准的接头也就是讯号线也标准化了, 让Camera及影像卡的讯号传输更简单化了, 同时定义出基本架构(Base Configuration), 中阶架构(Medium Configuration), 及完整架构(Full Configuration) 的讯号接脚规范以及传输数据量。

它是连接数字照相机和图像采集卡的新标准，提供了超高的图像传送速度，并且同时提供4根数字照相机的控制线。

由于Camera Link的高性能、低成本以及其连接的便利性，迅速得到大多数字照相机及图像采集卡的生产商的支持。

是连接数字照相机和图像采集卡的新标准，提供了超高的图像传送速度，并且同时提供4根数字照相机的控制线。

摄像头的工作方式
摄像头的工作方式一、面阵相机的工作模式
1、连续模式
(1) 曝光时间不超过传输时间
(2) 帧速率独立于曝光时间不变
(3) 内部曝光控制2、伪连续模式
(1) 曝光时间可以超过传输时间
(2) 帧速率等于(曝光+传输)时间的倒数
(3) 传输数据量大时采用
3、触发模式
(1) 内部曝光控制
(2) 外部触发
(3) 有一段延时才会获取图像4、异步复位模式
(1) 要求处于异步工作模式下
(2) 无延迟得到当前图像
(3) 采集卡送给相机曝光信号
5、可编程控制模式
6、长时间积分模式
(1) 外部曝光控制
(2) 相机控制延迟时间
(3) 可编程控制曝光时间
(1) 外部或内部曝光控制
(2) 曝光时间长于传输时间
(3) 相当于多图累加，增加亮度，凝胶、暗室操作多用
二、线阵相机的工作模式
1、固定线扫描速度连续模式
(1) Fixed line rate固定扫描速度
(2) 目标物体以恒定速度运行
(3) 线扫描速度取决于行同步信号的频率2、可变线扫描速度触发模式
(1) Line trigger线触发
(2) 目标物体运行速度不定
(3) 线扫描速度取决于外部触发脉冲时间
3、可变线扫描速度可变帧大小模式
(1) Line trigger线触发+ Frame trigger场触发
(2) 目标物体运行速度不定且大小不固定
(3) 线扫描速度取决于外部触发脉冲时间
镜头的选择和主要参数
摄像头镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像头的整机指标，因此，摄像头镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。

镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像头和照相机的原理是一致的。

当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。

由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。

工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。

1、镜头的分类
(1) 以镜头安装分类
所有的摄像头镜头均是螺纹口的，CCD摄像头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，此时应将摄像头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安装座摄像头上时，则需要使用镜头转换器。

(2) 以摄像头镜头规格分类
摄像头镜头规格应视摄像头的CCD尺寸而定，两者应相对应。

即摄像头的CCD靶面大小为1/2英寸时，镜头应选1/2英寸。

摄像头的CCD靶面大小为1/3英寸时，镜头应选1/3英寸。

摄像头的CCD靶面大小为1/4英寸时，镜头应选1/4英寸。

如果镜头尺寸与摄像头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。

视频信号的分类和基本概念
一、模拟视频信号
根据三基色原理，在视频领域利用R（红）、G（绿）、B（蓝）三色不同比例的混合来表现丰富多采的现实世界。

首先，通过摄像机的光敏器件像CCD（电荷耦合器件），将光信号转换成RGB三路电信号；其次，在电视机或监视器内部也使用RGB信号分别控制三支电子枪轰击荧光屏以产生影象。

这样，由于
摄像机中原始信号和电视机、监视器中的最终信号都是RGB信号，因此直接使用RGB信号作为视频信号的传输和记录方式会获得极高的信号质量。

但这样做会极大地加宽视频带宽从而增加设备成本，且这也与
现行黑白电视不兼容，因此，在实际应用中不这样做，而是按亮度方程Y=0.39R+0.5G+0.11B（PAL制）RGB信号转换成亮度信号Y和两个色差信号U（B-Y）、V（R-Y），形成YUV分量信号。

此种信号利用人眼对亮度细节分辨率高而对色度细节分辨率低的特点，对U、V信号带宽压缩。

U、V信
号还可进一步合成一个色度信号C，进而形成Y/C记录方式。

由于记录时对C信号采取降频处理，因此也称彩色降频方式。

Y和C又可进一步形成复合视频（Composite），即彩色全电视信号，这种方式便于传
输和电视信号的发射。

将RGB信号转换成YUV信号、Y/C信号直至composite信号的过程称为编码，逆过程则为解码。

由此可看出，由于转换步骤的多少，视频输出质量由YUV端口到Y/C端口到Composite
端口依次降低。

因此，在视频捕捉或输出时选择合适的输入、输出端口可提高视频质量。

另外，还应提供
同步信号以保证传送图象稳定再现。

视频影像是由一系列被称为帧的单个静止画面组成。

一般帧率在24-30帧/秒时，视频运动非常平滑，而低于15帧/秒时就会有停顿感。

NTSC：国家电视标准委员会(National Television Standards Commitee)的缩写。

是中北美洲及日本通用的电视制式，与欧洲的PAL制式和法国的SECAM只是相对。

他的垂直分辨率有525线，帧速为30(29.97)FPS。

PAL：逐行倒相(Phase Alteration Line)的缩写，是中国及欧洲大多数国家通用的电视制式。

具有更高的垂直分辨率(625线)，但是帧速相对慢于NTSC(25FPS)。

分量视频信号(Separate Video) ：将画面按三个颜色通道(RGB)分成红、绿和蓝(附加亮度信号)三个单独信号通道。

产生的画面质量较高，一般在广播级视频设备中被采用。

复合视频信号(Composite Video) ：将彩色信号、亮度信号和同步信号混合在一个信号通道内，在家
用视频设备中被大量采用。

S-Video：是一种信号质量更高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。

它的功能是将RGB三原色和亮度进行分离处理。

YUV色彩系统：YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。

YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。

与RGB视频信号传输相比，它最
大的优点在于只需占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。

其中“Y”表示明亮度
（1uminance或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

“亮度”是通过RGB输入信号来创建的，方法是将RGB信号
的特定部分叠加到一起。

“色度”则定义了颜色的两个方面—-色调与饱和度，分别用Cr和Cb来表示。

其中，
Cr反映了Cb输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。

而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。

二、数字视频信号
数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质（如录像带）。

如果用示波器来观看未投影的模拟电信号，看起来就像脑电波的扫描图像，由一些连续锯齿状的山峰和山谷组成。

为了存储视觉信息，模拟视频信号的山峰和山谷必须通过数字/模拟（D/A）转换器来转变为数字的“0”或“1”。

这个转变过程就是我们所说的视频捕捉（或采集过程）。

如果要在电视机上观看数字视频，则需要一个从数字到模拟的转换器将二进制信息解码成模拟信号，才能进行播放。

1、LVDS
低压差分信号传输(LVDS) 是一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术。