目前，監(jiān)控?cái)z像設(shè)備已大量應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，既有普通的單路、多路視頻監(jiān)控，如家用的監(jiān)控裝置，還有遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)控與錄像系統(tǒng)，如常見的天網(wǎng)系統(tǒng)。在這些監(jiān)控?cái)z像設(shè)備中，攝像頭是一個(gè)重要的器件，如圖1所示。

攝像頭主要由鏡頭與感光元件組成，感光元件位于鏡頭的后方，如圖2所示。鏡頭是一個(gè)光學(xué)器件，完成對(duì)圖像光學(xué)信號(hào)的捕捉；感光元件是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。目前，主流監(jiān)控?cái)z像頭的感光元件采用CCD （ChargeCouple Device，電荷耦合器件）元件，與早期的CMOS感光元件相比，CCD的感光度是CMOS的3到10倍，能大幅提高圖像的清晰度。

一、鏡頭的主要參數(shù)與分類
鏡頭是監(jiān)控?cái)z像設(shè)備的眼睛，為了適應(yīng)不同的監(jiān)控環(huán)境和要求，需要配置不同規(guī)格的鏡頭，例如：室內(nèi)監(jiān)控，需要圖像清晰且視角大的廣角鏡頭；室外停車場(chǎng)監(jiān)控，既要看到停車場(chǎng)全貌，又要盡可能看到汽車的細(xì)部，就需要廣角和變焦鏡頭；如高速道路行車監(jiān)控，就需要超遠(yuǎn)焦距鏡頭。
1．鏡頭的主要參數(shù)
（1）焦距（f）
焦距是指從透鏡中心到一個(gè)平面的距離，該平面是指可產(chǎn)生清晰影像的平面，常為感光元件所在平面。改變鏡頭的焦距，可以改變鏡頭的放大倍數(shù)，即改變拍攝圖像的大小。增加鏡頭的焦距，放大倍數(shù)增大，可以將遠(yuǎn)景拉近，遠(yuǎn)景的細(xì)節(jié)看得更清楚，但畫面的范圍縮小了；如果減少鏡頭的焦距，放大倍數(shù)減少，畫面的范圍擴(kuò)大，能看到更大的場(chǎng)景。
（2）視場(chǎng)角

在工程中，常用水平視場(chǎng)角來(lái)反映畫面的拍攝范圍，如圖3所示。焦距f越大，視場(chǎng)角越小，在感光元件上形成的畫面范圍越?。环粗?，焦距f越小，視場(chǎng)角越大，在感光元件上形成的畫面范圍越大。

（3）光圈
光圈安裝在鏡頭的后部，光圈開得越大，通過鏡頭的光量就越大，圖像的清晰度越高；光圈開得越小，通過鏡頭的光量就越小，圖像的清晰度越低。通常用F（光通量）來(lái)表示。F=焦距（f）／通光孔徑。在攝像頭的技術(shù)指標(biāo)中，常?？吹?mm/F1.4這樣的參數(shù)，它表示鏡頭的焦距為6mm，光通量為1.4，這時(shí)我們可以很容易地計(jì)算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下，F(xiàn)值越小，光圈越大，到達(dá)CCD芯片的光通量越大，該鏡頭就越好。
2．鏡頭的分類

（1）按鏡頭安裝方式分類

與普通照相機(jī)所用卡口鏡頭不同，所有攝像頭的鏡頭均是螺紋口的，如圖4所示，CCD攝像頭的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即C安裝座和CS安裝座。兩者的螺紋部分相同，都是1英寸犯牙螺紋座，直徑均為25.4mm。不同之處在于安裝座從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離不同，C安裝座是17.526mm，而CS安裝座的距離則為12.5mm。如果要將一個(gè)C安裝座鏡頭裝到一個(gè)CS安裝座攝像頭上時(shí)，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器叫C-CS接環(huán)，如圖5所示。

（2）按鏡頭視場(chǎng)角大小分類
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視場(chǎng)角約為30°；當(dāng)鏡頭焦距近似等于攝像靶面對(duì)角線長(zhǎng)度時(shí)，則稱為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。在2/3英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距為16mm，在1/2英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距為12mm，在1/3英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距為8mm。
廣角鏡頭：視場(chǎng)角大于55°，焦距為幾毫米，能提供較寬廣的視景。
遠(yuǎn)攝鏡頭：視場(chǎng)角小于20°，焦距為幾十厘米或幾十分米。這種鏡頭可在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影像放大，但觀察范圍將縮小。
變焦鏡頭：又稱伸縮鏡頭，有手動(dòng)變焦和電動(dòng)變焦兩類，可對(duì)所監(jiān)視場(chǎng)景的視場(chǎng)角及目標(biāo)物進(jìn)行變換焦距攝取圖像，其特點(diǎn)是在成像清晰的情況下，通過鏡頭焦距的變化來(lái)改變圖像大小與視場(chǎng)大小，適合長(zhǎng)距離攝像。
針孔鏡頭：鏡頭端頭直徑僅為幾毫米，可隱蔽安裝，用于有特殊要求的環(huán)境中
（3）按鏡頭光圈分類
鏡頭有手動(dòng)光圈和自動(dòng)光圈之分，手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度變化較小的場(chǎng)所；自動(dòng)光圈鏡頭能在光照度大幅變化時(shí)，光圈自動(dòng)調(diào)整，故適合于亮度變化較大的場(chǎng)所。自動(dòng)光圈有兩類：一類是通過視頻信號(hào)控制鏡頭光圈，稱為視頻輸入型，另一類是利用機(jī)上直流電壓直接控制光圈，稱為DC輸入型。
（4）按鏡頭焦距分類
短焦距鏡頭：因入射角較寬，故可提供一個(gè)較寬闊的視景。中焦距鏡頭：一即標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視CCD靶面的尺寸而定。
長(zhǎng)焦距鏡頭：因入射角較窄，故僅能提供一個(gè)狹窄的視景，適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)視。
二、CCD的主要參數(shù)
CCD攝像頭具有體積小、重量輕、靈敏度高、壽命長(zhǎng)、抗振動(dòng)及不受電磁干擾等特點(diǎn)，這也正是CCD攝像頭取代CMOS攝像頭的主要原因。CCD攝像頭的技術(shù)指標(biāo)主要有以下幾項(xiàng)：
1．清晰度
一般多指水平清晰度。電視監(jiān)控系統(tǒng)水平清晰度要求彩色攝像頭在300線以上，黑白攝像頭在350線以上。
2．靈敏度
靈敏度又稱最低照度，用1x（勒克斯）表示。一般靈敏度大于0.1lx的攝像頭為普通型；低于0.1lx的攝像頭為星、月光級(jí)高靈敏度型，也稱作電子增感攝像頭或夜視型攝像頭。
3．信噪比
信噪比表示攝像頭的圖像信號(hào)與它的噪聲信號(hào)之比，用S/N表示。S表示攝像頭在假設(shè)無(wú)噪聲時(shí)的圖像信號(hào)值，N表示攝像頭本身產(chǎn)生的噪聲值（比如熱噪聲），二者之比即為信噪比，用分貝（dB）表示。信噪比越高性能越好，典型值為46dB。
4．視頻輸出值
CCD芯片將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)視頻處理電路濾波、放大形成視頻信號(hào)輸出，其值常用峰一峰值表示，多為1 Vp-p～1.2Vp-p，即輸出1V～1.2V峰一峰值負(fù)極性（同步頭朝下）復(fù)合視頻信號(hào)。
5.CCD靶面尺寸

CCD靶面是指CCD芯片成像面。成像面的尺寸規(guī)格不同，形成的圖像大小也不同。CCD的成像尺寸常用的有1/2英寸、1/3英寸等多種規(guī)格，見表1所示。

為了保證攝像所得圖像在顯示器上不變形，CCD的靶面尺寸通常為4:3，這樣所得圖像寬度和高度的比例也為4:3。另外，CCD攝像頭靶面越小，生產(chǎn)成本越低。目前，市場(chǎng)上的攝像頭多采用1/3英寸及其以下規(guī)格的CCD 。
6．同步方式
現(xiàn)代的CCD攝像頭大多采用相位可調(diào)線路鎖定的同步方式，即以交流電源頻率（50Hz）作為用于垂直同步的參考值，而代替了攝像頭的內(nèi)同步發(fā)生器。在切換攝像頭輸出時(shí)，圖像無(wú)滾動(dòng)，不會(huì)造成畫面失真。此歹卜還有一個(gè)外部調(diào)整的相位控制（±90%），所以可獲得非常精確的同步。
除了上述幾種技術(shù)指標(biāo)外，攝像頭的供電電源分為直流和交流兩種供電型式，常見的交流供電電壓有110V、24V，直流供電電壓有24V、12V和9V。攝像頭與鏡頭接口形式有C/CS型之分，掃描制式有PAL-B和NTSC之分。
三、攝像頭的選擇
攝像頭的選擇應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合、監(jiān)視對(duì)象、目標(biāo)距離、安裝環(huán)境及監(jiān)視目的來(lái)確定。在實(shí)際選擇時(shí)，首先要注意CCD與鏡頭的接口，盡量選用同一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的接口，以免給安裝帶來(lái)麻煩，其次要求鏡頭成像規(guī)格與CCD靶面規(guī)格一致，即鏡頭標(biāo)明的為1/3英寸，則選用CCD的規(guī)格也應(yīng)為1/3英寸。否則，不能相互配合。如使用1乃英寸CCD，還勉強(qiáng)可以裝備1/2英寸鏡頭，此時(shí)攝像現(xiàn)的視場(chǎng)角要比鏡頭標(biāo)明的視角小很多；但反過來(lái)把1/2英寸鏡頭用于2/3英寸CCD上時(shí)，則圖像就不能充滿屏幕，圖像邊緣會(huì)發(fā)黑或發(fā)虛。
當(dāng)確定了攝像點(diǎn)位置后，就應(yīng)根據(jù)監(jiān)視目標(biāo)選擇合適的鏡頭。選擇的依據(jù)是監(jiān)視的視野和亮度變化的范圍，同時(shí)兼顧所選攝像頭CCD靶面尺寸。視野決定使用定焦鏡頭還是變焦鏡頭，變焦選擇倍數(shù)范圍。亮度變化范圍決定是否使用自動(dòng)光圈鏡頭。
無(wú)論選用定焦鏡頭還是變焦鏡頭都要先確定焦距，為了獲得出色的/卓越的/優(yōu)異的/杰出的的監(jiān)視效果，一般都應(yīng)根據(jù)工程條件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算工式為f=v×d/V（f為焦距，V為視場(chǎng)高，v為像場(chǎng)高，即CCD靶面高；d為物距）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用標(biāo)稱焦距的鏡頭，當(dāng)標(biāo)稱焦距鏡頭的焦距與計(jì)算結(jié)果相差較大時(shí)，應(yīng)調(diào)整攝像頭的安裝位置，直至滿意為止。
例如：某CCD攝像頭采用1/3英寸靶面，用以監(jiān)視商場(chǎng)收銀臺(tái)，有效范圍為2m×2m，攝像頭安裝于距收銀臺(tái)7m處，這時(shí)需配鏡頭焦距f=v×d/V =3.6×7/2=12.6mm。這時(shí)可采用標(biāo)稱焦距為12mm的定焦鏡頭。變焦鏡頭焦距的計(jì)算方法與定焦鏡頭一樣，只要最大和最小焦距能滿足視野要求即可。
一般來(lái)說(shuō)，監(jiān)視固定目標(biāo)應(yīng)該選用定焦鏡頭。對(duì)于具有一定空間范圍，并要求對(duì)不固定目標(biāo)進(jìn)行整體或局部監(jiān)視時(shí)，宜采用變焦鏡頭并配合云臺(tái)。

另外，球形攝像頭近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用在賓館、醫(yī)院、娛樂場(chǎng)所、營(yíng)業(yè)場(chǎng)等領(lǐng)域，如圖6所示。球形攝像頭集CCD攝像頭、變焦鏡頭、全方位云臺(tái)及解碼驅(qū)動(dòng)器于一體，可實(shí)現(xiàn)云臺(tái)的高速及無(wú)級(jí)變速運(yùn)動(dòng)，鏡頭變焦及光圈的精確預(yù)置，從而使攝像系統(tǒng)具有自動(dòng)巡視和部分自動(dòng)跟蹤功能，這樣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由單純的功能型向智能型轉(zhuǎn)變。