攝影機是如何運作的？ How does a camera work?（非本文影片）

不只是縮時，還有粉塵、噪音、位移偵測

IPSECU

安控攝影機分類根據輸出影像信號的不同，我們可以將安控攝影機分為類比、數位、網路三類。不同類型的攝影機內部組件和機制不同，例如類比攝影機和數位攝影機，它們只有圖像處理，沒有影像圖像編碼。

為了簡單起見，這裡介紹一下攝影機的內部結構和組成。總的來說，我們可以將安控攝影機的內部分為圖像採集、影像圖像處理與編碼、信號輸出三大部分。

圖像捕捉

攝影機的圖像採集，主要由鏡頭和晶片上的圖像感測器完成。光線穿過鏡頭，進入晶片上的感測器。感測器負責將接收到的光信號轉換成電信號，然後交給晶片上的後續單元進行處理。

影像採集請參考安控攝影機影像參數。

鏡頭的焦距（定焦、變焦）、光圈、數量（多眼相機使用的多鏡頭）、有效像素等，都會影響發送到感測器的信號，從而影響最終的成像效果。

鏡頭的相關概念，及其在安控行業的具體應用，請參考以下章節：安控攝影機鏡頭、魚眼鏡頭、安控攝影機景深、基於像素密度的攝影機選擇。

光到達感測器後，首先進行將光信號轉換為電信號的初步處理。感測器的主要性能參數，包括目標尺寸、有效像素、弱光性能等。這些也會影響最終的成像效果。感測器的參數和性能，請參考安控圖像感測器、Starvis 全彩攝影機技術、安控攝影機寬動態功能等章節。

圖像處理、影像編碼

感測器轉換後的電信號，需要傳送到攝影機晶片上的處理器，進行圖像處理、影像編碼等操作。

處理器是一個很籠統的名詞，類似於電腦或手機的 CPU。對於輸出類比或數位信號的攝影機來說，這裡的處理器主要是指 ISP，即 Image Signal Processor。

ISP 的主要工作包括：

DEMOSAIC，翻譯成中文就是解馬賽克。感測器輸出的每個像素信號，只包含 R、G、B 中的一種顏色數據。這種數據就是拜耳數據，也就是通常所說的 RAW 數據。顯然，RAW 數據所反映的色彩資訊，並不是真實的色彩資訊。DEMOSAIC 的工作，是透過插值算法，計算出每個像素所代表的真彩色，即將貝爾圖像轉換為真彩色圖像。
3A 控制。它是自動對焦 (AF)、自動曝光 (AE) 和自動白平衡 (AWB) 的總稱。這是 ISP 對比的核心部分，處理的好壞直接關係到最終輸出的圖像效果。ISP 可透過 CONTRAST AF、PDAF、LASER AF 等，多種自動對焦算法實現自動對焦，使目標在感測器上清晰成像。曝光主要影響圖像的亮度。ISP 可以控制曝光程度，使圖像亮度合適。白平衡與色溫有關，用於衡量圖像的色彩真實性和準確性。自動白平衡功能力求在各種複雜場景中，準確還原目標的原始色彩。
伽瑪校正。感測感器對光的反應，不同於人眼對光的反應。伽瑪校正，就是使圖像看起來符合人眼的特性。
圖像裁剪。即透過改變圖像的大小，可以輸出不同解析度的圖像。比如原來 2048*1536 的解析度，4:3 裁剪成 2304×1296，16:9 的解析度更符合寬螢幕的視覺效果。或者 5MP 感測器，也可以支持 4MP、3MP、1080P 等不同解析度。
智慧算法。用於辨識特定目標，如人臉辨識、人形辨識、車牌辨識等。ISP 利用各種智慧算法準確辨識特定目標。當然，在網路攝影機中，也可以將智慧算法內置到編碼晶片中。同時，智慧算法和結構化數據功能可以放置在感測器中。比如索尼的 AI 感測器（SONY IMX500/501）已經實現了結構化數據的直接輸出。
動態範圍。動態範圍是圖像的明暗範圍。ISP 處理使目標圖像的暗部不會曝光不足，明亮的場景不會過度曝光。除了 ISP 支持的動態範圍處理，圖像感測器還需要支持動態範圍（HDR）功能。詳情請參考「安控攝影機的寬動態功能」部分。
穩定圖像，防抖。主要功能是防止由於攝影機的輕微晃動，而導致圖像模糊。

除了以上的工作和流程，ISP的功能還包括降噪、對比度、飽和度、銳度等。由於不同廠商、不同方案商的技術積累，以及算法的差異，攝影機的圖像效果與相同的硬體解決方案，會有所不同。

類比光信號透過感測器轉換為數位信號，經過 ISP 處理後，可以直接輸出數位信號的圖像，如 SDI 攝影機。也可以再次進行數位類比轉換，將數位信號轉換成類比信號輸出，如傳統 cvbs 信號的類比 SD 攝影機，AHD/CVI/TVI/XVI 等高清類比攝影機。

另一方面，數位信號也可以透過網路，即網路攝影機進行編碼輸出和傳輸。此時的編碼需要專門的編碼晶片來完成。需要說明的是，目前大部分的編碼晶片都整合了 ISP 功能。

對於具有影像編碼功能的處理器，我們一般稱其為 CPU、DSP 或 SOC。嚴格來說，三者之間是有區別的。但是對於安控攝影機的處理晶片來說，稱它為 CPU、DSP 或 SOC 也不錯。為了統一和遵循廠商的習慣命名，我們將支持影像編碼功能的處理器稱為 SOC。

SOC，即片上系統，可以看作是處理器、ISP、編碼晶片三合一。下面是典型的安控影像編碼晶片框圖：

由此我們可以看出其主要結構分為四核 Arm® Cortex®-A53（即處理器）、圖像信號處理器（ISP）、影像編解碼器。前端可連接感測器、音響、報警器等設備。為了支持系統的運行，有運行內不記憶體和內部。可直接擴展 WiFi/4G、SD 卡儲存等，可輸出類比/數位影像、音訊、警報、網路、串口（485、232）等信號。

SOC 的核心功能是影像編碼。例如，上面提供的典型 SOC 晶片支持三種影像編碼方式：H.264、H.265 和 MJPEG。影像編碼的相關概念在影像編碼部分有詳細的介紹，這裡不再贅述。

現階段，隨著晶片技術和 AI 智慧算法的發展，越來越多的 SOC 廠商將智慧功能，內置到 SOC 晶片中，比 ISP 內置的功能更多、功能更強大、擴展性更強。

關於 SOC、DSP，即其智慧功能，請參考以下章節：安控產品中的處理器-DSP、ISP、SOC。

信號輸出

經 ISP 或 SOC 處理的影像信號、音訊或其他信號，可根據需要輸出為類比、數位和網路信號。

類比信號。影像圖像的電信號經過 ISP 處理後，透過 D/A 轉換成類比信號，透過 BNC 連接器輸出。常見的類比影像信號包括標清 CVBS、高清 AHD/TVI/CVI/XVI 等。理論上，高清 AHD/TVI/CVI/XVI 信號，可以在傳輸影像信號的同時傳輸音頻、警報和控制信號。
數位信號。影像圖像的電信號經過 ISP 處理後，不再直接透過 D/A 轉換輸出數位信號。常見的輸出接口，可以是 BNC 頭或 HDMI 接口。這種攝影機主要是 SDI 攝影機。HDMI 接口可以在傳輸數位影像信號的同時傳輸音訊。
網路信號。數位信號透過編碼晶片進行編碼，然後可以透過網路傳輸。這種網路信號需要經過相應的解碼，才能顯示影像圖像。常見的解碼設備和方法，包括相應的電腦客戶端、NVR、影像解碼器、網路矩陣等。另一方面，音訊、警報、RS485 等信號，也可以與影像信號一起編碼後，透過網路傳輸。