「基础知识」摄像头工作原理以及网络架构

随着视频技术的不断发展，出现了实时监控多路视频画面，将其同时提供给视频接收者的电视墙技术，多方视频会议和监控领域是这一技术的主要应用场景。在视频监控系统网络化、数字化的今天，高清网络摄像机、网络摄像机、视频服务器、硬盘录像机、流媒体服务器等数字化设备越来越得到广泛应用，那么网络摄像机是怎么解码上墙的呢？

首先，先了解网络摄像机的工作原理

摄像头的工作原理大致为：光（景物）通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理进行视频编码压缩，再通过网线进行传输，后端通过电脑直接访问解码查看视频或者通过解码设备进行显示。

摄像头的工作原理

摄像头内部结构

注1：图像传感器(SENSOR)是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。

注2：数字信号处理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。

然后，在了解下显示原理

都了解电脑的显示原理，我们电脑主机显示是通过电脑主机的显卡进行转换才能接到显示器上面显示。网络摄像机的工作原理也类似，要先经过数字网络信号进行解码，输出可以显示的信号进行显示。这就是为什么模拟摄像机可以直接通过BNC头接到监视器直接显示，而网络摄像机不行。

1、简化方案：通过电脑访问客户端显示视频画面。

用途：主要用于前期摄像机调试用

缺点：存储不方便，管理局限性，对电脑要求较高，管理路数少；

2、常见方案：通过NVR进行存储和显示。

用途：用于小型监控系统中，管理和操作简单

缺点：监控点的数量取决于硬盘录像机的路数，功能较单一，不如果有多个NVR，不能同意管理，拓展性不好。

3、专业版方案：网络摄像机进入NVR或者存储服务器，视频解码服务器解码上墙，输出口直接连接电视墙、大屏拼接显示设备；

用途：多用于中大型监控项目，方便管理和维护，可拓展性强。

缺点：会增加项目成本，一般解码器（数字矩阵）的价格比较高。

从上面的描述，可以看出：当摄像机的点位数比较多，又需要集中管理解码上墙的话，系统中必不可少的是解码上墙设备。市场上解码上墙的设备种类：数据矩阵和解码器。两种设备的市场售价都随着拼接屏的数量和上墙路数的增加而增加。

数码相机的工作原理

数码相机也被称为数字相机。数码相机可以说是更广义的电子影像处理技术中的一类，其光学成像系统和常规的照相机并无差别，然而影像记录的方式却完全不同。常规相机使用的是化学光感材料，而数码相机使用的是一组光电耦合器件（CCD）。

由于CCD输出的是模拟信号，因此需要使用一个ADC（模数转换器）器件来进行数字化处理。再通过MPU（微处理器）读出CCD的数据信息，对数字信号进行压缩转化和相应的处理，再转换成特定的图像格式。最后，图像以文件的形式被存储在存储器中，这就是数码相机的成像原理。

由于CCD结构与性能不同，数码相机捕捉影像的速度也是不同的，因此数码相机又可以分为用于静物拍摄和用于动态拍摄两大类。

相机的成像原理与它的结构是密不可分的，数码相机的结构主要分为以下几个部分。

一、镜头

数码相机镜头和普通相机的镜头一样，同样也有变焦镜头、定焦镜头等的分类，主要的参数性能指标由焦距、视场角、相对口径、分辨率、畸变率等决定。

二、图像传感器

目前广泛被使用的图像传感器是CCD、超级CCD和互补性氧化金属半导体图像传感器。

三、MPU （微处理器）

数码相机通过MPU实现对各个操作的统一协调和控制。

镜头是数码相机的“眼睛”，良好的镜头能够保障拍摄画面的对比度和保真度。所以要小心呵护数码相机的镜头，定期进行镜头清理，让其保持最佳的性能状态。在清洁数码相机时，最好使用正规的清洁工具，如高压气罐、鹿皮、清洁棒、毛刷等。不过在清洁过程很容易不小心破坏感光元件，所以清洁工作最好交给专业人士来处理。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。

本文来自：新华网

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