网络摄像机基础知识介绍

网络摄像机基础知识网络摄像机基础知识介绍网络摄像机是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，它可以将影像通过网络传至地球另一端，且远端的浏览者不需用任何专业软件，只要标准的网络浏览器即可监视其影像。网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。网络摄像机的分类防爆低速球机(按云台速度可分为)匀速半球高速按外观样式分枪机红外防水机低速聚焦网络摄像机一体机(按聚焦速度可分为)高速聚焦有线IP网络摄像机超高速聚焦按网络类型分3G网络无线IP网络摄像机WIFI网络球机半球机枪机一体机红外防水机一体机是一款电动三可变摄像机，通常是装入球机外壳中，作为球机的机芯来使用。网络摄像机的组成网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、处理器、图像、声音编码器，外部报警、网络接口等部分组成。1、镜头名词解释：镜头有两种解释，一是指由多片透镜组成，用来生成影像的光学部件。二是指开机到关机所拍摄下来的一段连续的画面，或两个剪接点之间的片段。通常我们所提到的镜头是第一中解释，即光学镜头，简称镜头。固定光圈按光圈分手动光圈二可变(可调焦距、聚焦、自动光圈)镜头自动光圈手动变焦三可变(可调焦距、调聚焦、调光圈)变焦镜头二可变(可调焦距、聚焦、自动光圈)按焦距分电动变焦定焦镜头三可变(可调焦距、调聚焦、调光圈)网络摄像机基础知识1.1焦距名词解释：指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。光心：可以把凸透镜的中心近似看作是光心。摄像机的镜头是一组透镜，当平行于主光轴的光线穿过透镜时，会会聚到一点上，这个点叫做焦点，焦点到透镜中心的距离，就称为焦距。焦距固定的镜头，即定焦镜头；焦距可以调节变化的镜头，就是变焦镜头。相机它成的最清晰的像一般不会正好落在焦点上，而是略大于焦距。物距越大，像距就越小。自动光圈手动调焦手动光圈手动变焦针孔(定焦)定焦镜头固定光圈定焦自动光圈定焦手动光圈定焦手动二/三可变电动二/三可变1.2光圈名词解释：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/镜头光圈的直径完整的光圈值如下，且上一级的进光量刚是下一级的一倍。f1.0，f1.4，f2.0，f2.8，f4.0，f5.6，f8.0，f11，f16，f22，f32，f44，f64F后面的数值越小，光圈越大。光圈的作用在于决定镜头的进光量，光圈越大，进光量越多；反之，则越小。简单的说就是，在快门不变的情况下，光圈越大，进光量越多，画面比较亮；光圈越小，画面比较暗。网络摄像机基础知识1.3镜头的规格镜头的规格通常有1/4＂、1/3＂、1/2＂、2/3＂、1＂等，镜头的规格必须小于等于CCD。例如：1/3＂CCD配的镜头可以配1/3＂、1/2＂、2/3＂、1＂的镜头，但不能用1/4＂的镜头。1.4镜头的接口摄像机镜头均是螺纹口的，CCD摄像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：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安装座摄像机上时，则需要使用镜头转接圈，反之则需要取下转接圈。定焦镜头的接口一般是M12的螺纹，一般需要配相应的镜头座使用。1.5摄像机镜头的选择1.5.1手动、自动光圈镜头的选用手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。※对于在环境照度恒定的情况下，如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内，均可选用手动光圈镜头，这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度，一次性整定镜头光圈大小，获得满意亮度画面即可。※对于环境照度处于经常变化的情况，如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等，均需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机)，这样便可以实现画面亮度的自动调节，获得良好的较为恒定亮度的监视画面。对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种，即直流电压控制及视频信号控制。这在自动光圈镜头的类型选用上，摄像机自动光圈镜头插座的连接方式上，以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上，三者注意协调配合好即可。1.5.2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。在镜头规格一定的情况下，镜头焦距与镜头视场角成反比关系；在镜头焦距一定的情况下，镜头规格与镜头视场角的成正比。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。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，通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。根据民用建筑的应用场合镜头的种类大致可分为：广角镜头：视角在90度以上，一般用于电梯轿箱内、大厅等小视距大视角场所；标准镜头：视角在30度左右，一般用于走道及小区周界等场所；长焦镜头：视角在20度以内，焦距的范围从几十毫米到上百毫米，用于远距离监视；变焦镜头：镜头的焦距范围可变，可从广角到长焦，用于景深大，小视距大视角的区域；针孔镜头：用于隐蔽监控。1.5.3镜头焦距的理论计算摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数，镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而网络摄像机基础知识变化(其变化关系如前所述)，覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算：(1)f=u*D/U（f：镜头焦距、u：图像宽度、D：物距、U：景物实际高度）(2)f=h*D/H（f：镜头焦距、h：图像高度、D：物距、H：景物实际宽度）举例说明：当选用1/2″镜头时，图像尺寸为u=4.8mm，h=6.4mm。镜头至景物距离D=3500mm，景物的实际宽度为U=2500mm(景物的实际高度可由下式算出H=1.333•U，摄像机CCD感光器的宽高比为4：3)。将以上参数代入公式(1)中，可得f=4.8•3500/2500=6.72mm，故选用6mm定焦镜头即可下表是常见CCD传感器靶面尺寸CCD尺寸(in)1/4＂1/3＂1/2＂2/3＂1＂靶面尺寸宽(mm)3.24.86.48.812.7靶面尺寸高(mm)2.43.64.86.69.6靶面对角线(mm)46811161.6特殊镜头接口VCCVDDNC地光圈»小焦距»远聚焦»远自动光圈电动变焦红黑绿屏蔽白-视频信号绿+黑-黄+红-电动三可变白+棕-绿+黑-黄+红-2、图像传感器、声音传感器2.1CCD图像传感器电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，转换后的数字信号经压缩处理后存入内存或其它存储介质中。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。2.1.1衡量CCD传感器的指标1.CCD尺寸，指摄像机靶面对角线的长度，单位为英寸（in）。原多为1/2＂，现在常用3＂，1/4＂和1/5＂的CCD。2.CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度。CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰，图像细节的表现越好。现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。网络摄像机基础知识2.2CMOS图像传感器CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)，中文名为互补金属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电）和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(PassivePixelSensorCMOS)与主动式像素传感器(ActivePixelSensorCMOS)。2.3CCD和CMOS图像传感器的区别CCD与CMOS传感器两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异如下表。灵敏度分辨率噪声点功耗成本CCDCCD与CMOS相同尺寸下高CCD与CMOS相同尺寸下高少大高CMOS低低多CCD1/3低2.4声音传感器声音传感器是将声音信号转化成电信号的器件。俗称麦克风、话筒、微音器，由Microphone翻译而来。摄像机的声音传感器有内置麦克风和外置麦克风两种方式。内置式的一般使用一个驻极体话筒；外置方式通常是留一个音频输入接口，用户通过连接外置式的麦克实现现场的音频录制，或现场通话功能。3、A/D转换器AD转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。网络摄像机就是把图像、声音传感器所采集到的模拟信号通过A/D转换器，变成数字信号，便于后期的压缩处理和数据传输。4、图像、声音编码器网络摄像机基础知识经A/D转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络上不失真地传输上述信号。目前，图像编码压缩技术有两种：一种是硬件编码压缩，即将编码压缩算法固化在芯片上；另一种是软件编码压缩，即软件运行时进行图像的编码压缩。其压缩标准有JPEG，M-JPEG，MPEG4，H.264等格式。声音的压缩亦可采用硬件编码压缩和软件压缩来完成，其编码标准有MP3等格式。由于MPEG4,H.264等格式中包含了音频压缩处理，所以在实际使用中音频信号不是单独传输的。4.1图像的编码标准4.1.1JPEG图像压缩JPEG是JointPhotographicExpertsGroup(联合图像专家组)的缩写，文件后辍名为．jpg或．jpeg，是最常用的图像文件格式，是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低，如果追求高品质图像，不宜采用过高压缩比例。但是JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且JPEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10：1到40：1之间，压缩比越大，品质就越低。4.1.2M-JPEG图像压缩M-JPEG（Motion-JoinPhotographicExpertsGroup）技术即运动静止图像（或逐帧）压缩技术，广泛应用于非线性编辑领域，可精确到帧编辑和多层图像处理，把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧的编辑，此外M-JPEG的压缩和解压缩是对称的，可由相同的硬件和软件实现。但M-JPEG只对帧内的空间冗余进行压缩。不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。采用M-JPEG数字压缩格式，