2024年9月17日发(作者：越璎玑)
ISO感光度差异：由于CMOS每个像素包含了像素放大器与A/D转电路，过多的额外
设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此相同像素下，同样大小的感光器尺寸，CMOS
的感光度会低于CCD。
成本差异：CMOS应用半导体工业常用的MOS制式，可以一次整合全部周边设施与单
晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失；相对的CCD采用电荷传递的方式输
出资讯，必须另辟传输通道，如果通道中有一个像素故障（fail），就会导致一整排的讯号壅
塞，无法传递，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟通道和外ADC等周边，CCD的制
造成本相对高于CMOS。
解析度差异：在第一点“感光度”差异中，由于CMOS的每个像素结构比CCD复杂，
其感光开口不及CCD大，相对比较相同尺寸的CCD和CMOS感光器时，CCD感光器的解
析度通常会优于CMOS，不过，跳脱尺寸限制，目前业界的CMOS感光元件已达到1400万
像素/全片幅的设计，CMOS技术在良率的优势上可以克服大尺寸感光元器件制造上的困难，
特别是全片幅24mm-by-36mm这样的大小。
噪点差异：由于CMOS每个感光二极管旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计
算，那么就需要百万个以上ADC放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多
或少都有些细微的差异存在，很难到达同步放大的效果，对比单一个放大器的CCD，CMOS
最终设计算出的噪点就比较多。
耗电量差异：CMOS的影响电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接
由旁边的电晶体做放大输出；但CCD却为被动式，必须外加电压让每个像素中的电荷移动
至传输通道，而这外加电压通常需要12V以上的水平，因此CCD还需要有更精密的电源线
路设计和耐压强度，高驱动电压使得CCD的电量远远高于CMOS。
自动3A控制：自动白平衡（AWB）,自动增益（AGC），自动曝光(AEC)
POE：power over ethernet
DC IRIS：用于连接直流驱动的自动光圈镜头，根据环境照度的变化会适时驱动镜头光
圈的收缩动作。
自动曝光：
Automatic Exposure
主要分为三类，全自动程式曝光，光圈先决曝光以
及快门先决曝光 。
自动光圈：会根据环境的光线自动帮你调节到最佳摄影的所需要的光线会根据环境的光
线自动帮你调节到最佳摄影的所需要的光线。
背光补偿：BLC～BackLight Compesation的缩写，也称作逆光补偿或逆光补正，它可以
有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，摄像机
仅对整个视场的一个子区域（如从第80行 ~ 200行的中心区域）进行检测，通过求此区域
的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有
较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画
面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。
自动增益控制：AGC～Automatic Gain Control的缩写。所有摄像机都有一个将来自CCD
的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使
其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄
像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象
机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，
从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。
BLC和AGC的异同：AGC开启时，AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确
定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC
工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。
BLC开启时，摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点，此时如
果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。
电子快门：ES～Electronic Shutter的缩写，是对比照相机的机械快门功能提出一个术
语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，
则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光
生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。
常见的电子快门时间为1/50～1/10000s。
白平衡：WB～White Balance，是彩色摄象机的一个重要参数，它直接影响重现图像的
彩色效果。当摄像机的白平衡设置不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不
带彩色的景物也着上了颜色。
自动白平衡：AWB～Automatic White Balance，在监控系统的应用中，摄像机都是长时
间工作，光源色温及电路参数都会发生一定的变化，因此AWB就确保了摄像机的连续工作
中随时校正白平衡。AWB分为连续白平衡ATW和自动控制白平衡AWC两种方式。
连续白平衡：也称为自动跟踪白平衡（Automatic Tracking White balance，ATW），是随
着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度
在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色
时，如场景大部分是蓝天白云或夕阳等高色温物体及场景比较昏暗的场合下，连续的白平衡
不能产生最佳的彩色效果。
自动控制白平衡：AWC～Automatic White balance Control，需要先将摄像机对准诸如白
墙等白色参考目标，然后将WB设置改变为自动方式，保留在该位置几秒钟或者至图像呈
现白色为止，在白平衡被执行后，重新WB设置为手动位置以锁定该白平衡的设置，其范
围为2300~10000K，在此期间，即使摄象机断电也不会丢失该设置。
透镜：透镜分为凸透镜和凹透镜。凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜、正透
镜。常用的凸透镜有双凸、平凸、正弯月三类，凹透镜对光线有发散作用， 所以也叫发散
透镜、 负透镜。
双凸
平凸正弯月
负弯月
双凹
平凹
(a)(b)
镜头类型：
C-mount
图像传感器到镜头之间的距离应为17.526mm
CS-mount
图像传感器到镜头之间的距离应为12.5mm
c-mount lens+5mm adapter ring后，可以转换成 cs-mount lens
镜头的分类：
按焦距分
标准：水平视场角30度
广角：水平视场角64度
长焦：水平视场角15度
按调焦方式分
手动调焦
自动调焦
按光圈分
手动光圈
自动光圈
镜头参数：
成像靶面尺寸
焦距
相对孔径
视场角
焦距：
当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离，则可根据下两式估算所选取配镜头的焦
距：
f=hD/H －－（1）
f=vD/V －－（2）
式中，D为镜头中心到被摄物体的距离；H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂
直尺寸；v为靶面成像的高度；h为靶面成像的水平宽度。
焦距决定了特定距离所能看到的水平区域大小 ：
焦距越长，所能看到的区域越狭窄
eg:
当选用1/2″镜头时，图像尺寸为v=4.8mm，h=6.4mm。
若镜头至景物距离D=3.5m，景物的实际高度为V=2.5m
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。
镜头的角度数与焦距、距离的关系:
相对孔径：
为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设置了光阑（俗称光圈）。假定光阑的
有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，D与焦距f之比定义为相
对孔径A，即
A=D/f
一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小，用F表示，即：
F=f/D
完整的F值：F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32，
F44， F64
F值越小，光阑越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。
问题：为什么从F1到F1.4，光通量减少了一半？
景深：
景深表示聚焦清楚的范围，长景深表示聚焦清楚的范围大，短景深表示聚焦清楚的范围小。
景深和光圈的关系： 光圈越大，景深越小
广角镜头通常比望远镜头有较大景深，高F值也有较大景深。
视场角：镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视
场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有
关，镜头的水平视场角Ah及垂直视场角Av可分别由下式来计算，即
Ah=2arctg（h/2f）
Av=2arctg（v/2f）
由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大
在选择镜头时，要注意以下因素：
1、监控现场的大小：根据现场，选用广角、标准等镜头
2、被摄物体的高度
3、 物距
4、 焦距：根据物体的距离、大小测算出镜头焦距长度
5、CCD靶面尺寸 ：根据ccd靶面选用相符合的镜头
6、照明光的照度：物理环境的光照条件，是否逆光,红外光补偿？
7、传感器的灵敏度：
监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的10倍
8、分辩率：靶面越小，对镜头分辩率要求越高
9、镜头接口：C or CS
10、光圈驱动方式： VIDEO or DV,驱动电压（6v or 9v~12v）
在选择摄像机时，还要注意以下因素：
根据工作环境应选配相应的摄像机防护罩，防护罩可根据需要设置调温控制系统和遥控
雨刷等，摄像机是通过防护罩的办法来防高温、防低温、防雨、防雪、防沙尘的，在高低温
差大，需要防雨、防尘的露天环境中工作时，防护罩应能避免日光直射，能刮去玻璃窗上的
水珠，防止玻璃窗上结霜，低温环境下可对摄像机加热等。
固定摄像机在特定部位上的支承装置，可采用摄像机托架或云台。当一台摄像机需要监
视多个不同方向的场景时，应配置自动调焦装置和遥控电动云台。目前，云台有3大类产品
（水平云台、全方位云台、球型云台）。使用云台的目的是扩大摄像机的视域，应根据不同
的使用环境，选择合适的云台。
2024年9月17日发(作者：越璎玑)
ISO感光度差异：由于CMOS每个像素包含了像素放大器与A/D转电路，过多的额外
设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此相同像素下，同样大小的感光器尺寸，CMOS
的感光度会低于CCD。
成本差异：CMOS应用半导体工业常用的MOS制式，可以一次整合全部周边设施与单
晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失；相对的CCD采用电荷传递的方式输
出资讯，必须另辟传输通道，如果通道中有一个像素故障（fail），就会导致一整排的讯号壅
塞，无法传递，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟通道和外ADC等周边，CCD的制
造成本相对高于CMOS。
解析度差异：在第一点“感光度”差异中，由于CMOS的每个像素结构比CCD复杂，
其感光开口不及CCD大，相对比较相同尺寸的CCD和CMOS感光器时，CCD感光器的解
析度通常会优于CMOS，不过，跳脱尺寸限制，目前业界的CMOS感光元件已达到1400万
像素/全片幅的设计，CMOS技术在良率的优势上可以克服大尺寸感光元器件制造上的困难，
特别是全片幅24mm-by-36mm这样的大小。
噪点差异：由于CMOS每个感光二极管旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计
算，那么就需要百万个以上ADC放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多
或少都有些细微的差异存在，很难到达同步放大的效果，对比单一个放大器的CCD，CMOS
最终设计算出的噪点就比较多。
耗电量差异：CMOS的影响电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接
由旁边的电晶体做放大输出；但CCD却为被动式，必须外加电压让每个像素中的电荷移动
至传输通道，而这外加电压通常需要12V以上的水平，因此CCD还需要有更精密的电源线
路设计和耐压强度，高驱动电压使得CCD的电量远远高于CMOS。
自动3A控制：自动白平衡（AWB）,自动增益（AGC），自动曝光(AEC)
POE：power over ethernet
DC IRIS：用于连接直流驱动的自动光圈镜头，根据环境照度的变化会适时驱动镜头光
圈的收缩动作。
自动曝光：
Automatic Exposure
主要分为三类，全自动程式曝光，光圈先决曝光以
及快门先决曝光 。
自动光圈：会根据环境的光线自动帮你调节到最佳摄影的所需要的光线会根据环境的光
线自动帮你调节到最佳摄影的所需要的光线。
背光补偿：BLC～BackLight Compesation的缩写，也称作逆光补偿或逆光补正，它可以
有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，摄像机
仅对整个视场的一个子区域（如从第80行 ~ 200行的中心区域）进行检测，通过求此区域
的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有
较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画
面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。
自动增益控制：AGC～Automatic Gain Control的缩写。所有摄像机都有一个将来自CCD
的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使
其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄
像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象
机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，
从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。
BLC和AGC的异同：AGC开启时，AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确
定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC
工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。
BLC开启时，摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点，此时如
果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。
电子快门：ES～Electronic Shutter的缩写，是对比照相机的机械快门功能提出一个术
语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，
则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光
生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。
常见的电子快门时间为1/50～1/10000s。
白平衡：WB～White Balance，是彩色摄象机的一个重要参数，它直接影响重现图像的
彩色效果。当摄像机的白平衡设置不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不
带彩色的景物也着上了颜色。
自动白平衡：AWB～Automatic White Balance，在监控系统的应用中，摄像机都是长时
间工作，光源色温及电路参数都会发生一定的变化，因此AWB就确保了摄像机的连续工作
中随时校正白平衡。AWB分为连续白平衡ATW和自动控制白平衡AWC两种方式。
连续白平衡：也称为自动跟踪白平衡（Automatic Tracking White balance，ATW），是随
着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度
在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色
时，如场景大部分是蓝天白云或夕阳等高色温物体及场景比较昏暗的场合下，连续的白平衡
不能产生最佳的彩色效果。
自动控制白平衡：AWC～Automatic White balance Control，需要先将摄像机对准诸如白
墙等白色参考目标，然后将WB设置改变为自动方式，保留在该位置几秒钟或者至图像呈
现白色为止，在白平衡被执行后，重新WB设置为手动位置以锁定该白平衡的设置，其范
围为2300~10000K，在此期间，即使摄象机断电也不会丢失该设置。
透镜：透镜分为凸透镜和凹透镜。凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜、正透
镜。常用的凸透镜有双凸、平凸、正弯月三类，凹透镜对光线有发散作用， 所以也叫发散
透镜、 负透镜。
双凸
平凸正弯月
负弯月
双凹
平凹
(a)(b)
镜头类型：
C-mount
图像传感器到镜头之间的距离应为17.526mm
CS-mount
图像传感器到镜头之间的距离应为12.5mm
c-mount lens+5mm adapter ring后，可以转换成 cs-mount lens
镜头的分类：
按焦距分
标准：水平视场角30度
广角：水平视场角64度
长焦：水平视场角15度
按调焦方式分
手动调焦
自动调焦
按光圈分
手动光圈
自动光圈
镜头参数：
成像靶面尺寸
焦距
相对孔径
视场角
焦距：
当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离，则可根据下两式估算所选取配镜头的焦
距：
f=hD/H －－（1）
f=vD/V －－（2）
式中，D为镜头中心到被摄物体的距离；H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂
直尺寸；v为靶面成像的高度；h为靶面成像的水平宽度。
焦距决定了特定距离所能看到的水平区域大小 ：
焦距越长，所能看到的区域越狭窄
eg:
当选用1/2″镜头时，图像尺寸为v=4.8mm，h=6.4mm。
若镜头至景物距离D=3.5m，景物的实际高度为V=2.5m
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。
镜头的角度数与焦距、距离的关系:
相对孔径：
为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设置了光阑（俗称光圈）。假定光阑的
有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，D与焦距f之比定义为相
对孔径A，即
A=D/f
一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小，用F表示，即：
F=f/D
完整的F值：F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32，
F44， F64
F值越小，光阑越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。
问题：为什么从F1到F1.4，光通量减少了一半？
景深：
景深表示聚焦清楚的范围，长景深表示聚焦清楚的范围大，短景深表示聚焦清楚的范围小。
景深和光圈的关系： 光圈越大，景深越小
广角镜头通常比望远镜头有较大景深，高F值也有较大景深。
视场角：镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视
场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有
关，镜头的水平视场角Ah及垂直视场角Av可分别由下式来计算，即
Ah=2arctg（h/2f）
Av=2arctg（v/2f）
由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大
在选择镜头时，要注意以下因素：
1、监控现场的大小：根据现场，选用广角、标准等镜头
2、被摄物体的高度
3、 物距
4、 焦距：根据物体的距离、大小测算出镜头焦距长度
5、CCD靶面尺寸 ：根据ccd靶面选用相符合的镜头
6、照明光的照度：物理环境的光照条件，是否逆光,红外光补偿？
7、传感器的灵敏度：
监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的10倍
8、分辩率：靶面越小，对镜头分辩率要求越高
9、镜头接口：C or CS
10、光圈驱动方式： VIDEO or DV,驱动电压（6v or 9v~12v）
在选择摄像机时，还要注意以下因素：
根据工作环境应选配相应的摄像机防护罩，防护罩可根据需要设置调温控制系统和遥控
雨刷等，摄像机是通过防护罩的办法来防高温、防低温、防雨、防雪、防沙尘的，在高低温
差大，需要防雨、防尘的露天环境中工作时，防护罩应能避免日光直射，能刮去玻璃窗上的
水珠，防止玻璃窗上结霜，低温环境下可对摄像机加热等。
固定摄像机在特定部位上的支承装置，可采用摄像机托架或云台。当一台摄像机需要监
视多个不同方向的场景时，应配置自动调焦装置和遥控电动云台。目前，云台有3大类产品
（水平云台、全方位云台、球型云台）。使用云台的目的是扩大摄像机的视域，应根据不同
的使用环境，选择合适的云台。