★ IP 攝影機的運作原理

IP 攝影機的工作原理

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IP攝影機的組成部分

IP 攝影機是一種連接到網路的監視器，它是 IP 攝影機系統的一部分。這些攝影機是實體安全系統的重要組成部分，廣泛應用於世界各地的企業、政府和教育機構。多年來，它們在保障我們所有組織的安全方面，發揮了非常重要的作用。

本教程介紹了 IP 攝影機的工作原理。

電影攝影機的工作原理

為了更能理解 IP 攝影機的工作原理，我們先從老式類比底片照相機說起。這種照相機主要由三個部分組成：鏡頭、快門和膠卷。當然，它還有其他組件，但這三個是最關鍵的。下面我們將介紹這些部件是如何協同工作的。

相機的鏡頭

相機鏡頭決定了你的視野範圍。焦距或角度描述了特定距離下的視野範圍，以及鏡頭的放大倍率。鏡頭角度越小（或焦距（毫米）越長），放大倍率越高。

底片相機

你是否好奇，為什麼有些鏡頭比其他鏡頭貴那麼多？例如，有些鏡頭售價在 50 美元左右，而有些則超過 1000 美元。俗話說，一分錢一分貨。較貴的鏡頭能更好地將影像傳遞到膠捲底片上。更高品質的鏡頭不僅能提供更高的清晰度或解析度，還能提供更大的進光量。如果使用不好的鏡頭，照片的效果就不會像預期那麼好。

攝影底片相機

相機的快門

底片相機或類比相機都包含一個快門。快門會短暫打開，讓鏡頭發出的光線照射到底片上。快門打開的時間越長，照射到底片（或感光元件）上的光線就越多。

攝影膠卷

你還記得以前相機用底片的時代嗎？底片是捲裝的，使用起來既麻煩又貴。你必須先把相機拿到黑暗的地方，才能把底片裝進相機，以免光線損壞底片。

攝影膠片早在 19 世紀末就已出現。早期的膠片由感光鹵化銀晶體乳劑構成。拍攝完成後，需要沖洗才能顯影。照相機的發展經歷了三個主要時期：底片時代、膠卷底片時代，和現今的數位時代。

以前用底片相機的時候，我們通常要等好幾天才能看到照片。數位相機在 1990 年代問世，大大加快了拍攝速度。不過，數位技術又經過幾年的發展，照片品質逐漸接近底片的水準。

數位照相機

數位相機

顧名思義，數位相機使用數位元件，尤其是固態記憶體。影像感測器取代了膠片。攝影技術的這項進步並非一蹴而就，它需要添加許多用於處理和儲存影像的電路。

數位相機包括鏡頭，影像感測器取代了快門。它還包含其他組件，例如影像處理器、影像壓縮器、中央處理器（CPU）和數位記憶體。

數位影像感測器

在固態感測器出現之前，人們使用真空管。早期的類比攝影機使用一種名為光導鏡（Vidicon）或鉛光導鏡（Plumbicon）的電子光電管，作為影像感測器。 

如今大多數相機，都採用互補金屬氧化物半導體（CMOS）作為感光元件。在 CMOS 感測器中，數百萬個光電二極體，將光訊號轉換為電壓訊號。此訊號按行和列進行多路複用，並傳送到多個片上數位類比轉換器（DAC）。這些數位感測器的解析度可超過 4000 萬像素。另據報導，三星正在研發另一款巨型 ISOCELL 相機感光元件，該感光元件擁有 5000 萬像素，已用於 vivo 手機。

相機的影像處理器

影像處理器是一種專用電腦，它提供多種影像處理功能，例如將感測器擷取的多種色彩訊號，組合成單一彩色影像、平滑感測器中各個二極體產生的影像、放大和降噪，以及影像銳化。總歸來說，它可以改善感測器拍攝的影像品質。影像處理器可以利用多台並行電腦，來加快處理速度。

相機的影像壓縮

影像處理器收集的資料量非常龐大，因此必須對資訊進行壓縮，以便將其儲存在晶片上，或透過網路傳輸。壓縮資料需要使用專門的電腦處理器。影像壓縮演算法與圖像壓縮演算法不同。圖像的壓縮舉例來說，包括 JPEG、PNG 和 GIF。而影像壓縮方案包括 MJPEG、H.264 和 H.265。

數位相機的中央處理器

中央處理器（CPU）控制著數位相機內部的一切運作。它負責將來自感測器、影像處理和壓縮系統的資料流向，傳輸到相機記憶體。此外，它還提供使用者介面和顯示相機狀態的顯示器。

相機的影像儲存和記憶體

數位相機使用標準記憶卡來儲存照片。影像解析度和儲存照片的數量，決定了所需記憶卡的容量。我們還必須選擇速度足夠快的記憶卡，以處理來自相機數位電路的資料傳輸。

IP 影像攝影機

IP 攝影機組件

IP 攝影機與數位相機類似，都使用類似的電腦和電路。主要區別在於影像處理速度、壓縮方案，以及乙太網路介面。大多數 IP 攝影機每秒可處理高達 30 幀（fps）的影像，有些甚至可以達到每秒 60 幀。  

IP 攝影機壓縮方案

影像壓縮由影像 CODEC（ 編解碼器，編碼和解碼的組合）負責。早期的 IP 攝影機使用 Motion JPEG 格式，但最新的 IP 攝影機使用 H.265 壓縮，這種格式能提供最佳的壓縮效果。

IP 攝影機系統

IP 攝影機系統由多個 IP 攝影機、影像儲存系統、網路交換器和路由器組成。

最新的 IP 攝影機採用乙太網路供電（PoE）技術，並有半球型、盒型、槍型和 PTZ 攝影機等多種類型可供選擇。IP 攝影機只是構成完整 IP 攝影機系統的一個組件。

錄影系統可以是安裝在你 Windows 電腦上的 VMS 軟體，也可以是網路錄影機（NVR）。它能夠管理所有攝影機，錄製影像，並顯示所有即時和錄製的影像。

IP 攝影機運作原理概述

IP 攝影機與數位相機擁有許多相同的功能系統，只是用數位影像感測器取代了膠卷。IP 攝影機包含影像處理、壓縮、資料管理和乙太網路介面。它將影像傳輸到網路上的其他電腦，供這些電腦顯示和錄製影像。

 

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