某小区治安监控项目采购了一批某著名品牌的彩转黑日夜型摄像机，调试完成后，业主觉得夜间照度不佳，但为了避免夜间灯光扰民，要求增加红外灯对监控点位进行补光，系统集成商按要求增加了若干红外补光灯，但是到了夜晚，几乎每个点位的摄像机都出现了彩色黑白视频反复切换的问题。集成商百思不得其解，找来摄像机的厂家，开始也是一筹莫展，最后经过仔细分析，最终使问题得到了较好的解决，相关技术人员也上了宝贵的一课。要了解问题发生的根源并理解最终的解决办法，我们必须从头说起。

　　黑白视频和彩色 视频清晰度问题

　　模拟复合视频信号(CVBS)是由一系列频率不同的正弦波所组成的复杂波形(可根据傅里叶变换分解)，这些正弦波的频率范围从0赫兹到8M赫兹，这也就是复合视频信号的带宽。在这一系列的不同频率的正弦波中，低频部分决定了视频中物体的形状等宏观属性，而高频部分则决定了图像的清晰度和图像中物体的细节。如果是彩色信号，那么色彩部分也是由高频部分决定的。也就是说，对于彩色复合视频信号来说，信号的高频部分决定了图像的清晰度、被摄物体的细节以及色彩等属性。由于基带复合视频信号通常在同轴电缆上传递，也就是说所有频率的信号都会在同一根线缆上传输，而由于高频部分包含了色彩信号，这会对原来的决定清晰度和细节的那部分高频信号带来干扰，这样做的后果是，视频的清晰度会下降。联系实际，我们常常可以发现 ，黑白摄像机的清晰度要好于彩色摄像机，彩转黑摄像机在同样条件下转黑白模式后要更清晰一些。如果我们留意产品资料上彩转黑摄像机的参数，就会注意到，黑白状态下的线数标称要比彩色状态下的线数高一些。

　　关于红外校正镜头

　　自然界中不单有可见光，还有红外光，只是红外光人眼是无法感知的，但是摄像机的感光器件却可以对红外光进行成像。红外线参与成像，可以有效提高摄像机的灵敏度，但是对摄像机的镜头是有要求的。如果摄像机上安装的是普通镜头，众所周知，红外光和可见光经过普通镜头后成像的焦点是不同的，此时，由于滤光片的作用，红外线不参与成像。而我们在调试摄像机时，一般是在可见光充足的条件下，对镜头的聚焦调试是以可见光为准的，由于可见光与红外光通过普通镜头后折射率的不同，如果聚焦以可见光为准，那么红外光参与成像时所成的图像就会模糊，这样造成的后果就是一旦红外线参与成像，如果采用的是普通镜头，那么不管彩色或者黑白模式，视频都会变模糊些。为了解决这个问题，一种方法就是采用红外校正镜头，红外校正镜头通过镜头镀膜技术和镜片研磨工艺保证了对可见光和红外光成像点的统一。这样一来，无论什么情况下，都能得到聚焦清晰的图像。

　　某些项目中，摄像机没有安装红外校正镜头，结果明明白天调试聚焦是清晰的，结果晚上就显得模糊了，这里面有景深的因素，也有红外光成像偏离焦点的因素。如果整个画面都模糊了，基本上是红外光偏焦的问题，如果只是一部分原来清楚的物体变得模糊，则有可能与景深有关。

　　以下的讨论都在假设摄像机使用红外校正镜头的基础上进行。

　　简易彩转黑摄像机和真正的彩转黑摄像机

　　摄像机的CCD或者CMOS(以下简称为感光器件)都是不单可以感受可见光，还可以感受红外光。自然界中红外光也是普遍存在的，红外光在摄像机里参与成像有利有弊。红外线是没有颜色的，摄像机对红外线的成像是黑白色的，如果此时摄像机同时对可见光成像，且处于彩色状态，那么黑白视频和彩色视频叠加在一起，会造成原来彩色图像的偏色，画面会偏蓝偏紫，所以在光线充足的情况下，我们是不希望红外线参与成像的，所以，在摄像机传感器之前和镜头之后，都会设置一块红外滤光片，这块滤光片可以是固定的，也可以是可移动的。

　　白天可见光充足，摄像机处于彩色模式下，输出彩色图像，为保证色彩逼真，红外滤光片必须挡在感光器件前面，把红外光滤除掉，不让红外线参与成像。但是在夜间或者可见光不足的情况下，可见光成像效果变差了，此时，我们是希望红外线能参与成像，提高视频效果。所以在这种情况下，必须允许红外线进入摄像机，即将滤光片从感光器件前移开，使红外线能参与成像。但是此时，是否还要继续保持彩色模式呢?当然可以继续保持彩色模式，但是带来的代价是清晰度不高(与黑白视频相比)、视频偏色 。但是这样做也有好处，就是视频即使是偏色的，但毕竟还是彩色的，其信息量和参考价值要大于黑白视频。另一种选择就是为了避免偏色造成的不适感，在可见光不足时，将摄像机处于黑白工作模式，这样做虽然丧失了色彩信息，但是提高了清晰度，尽管这种提升可能很有限。在将摄像机切换至黑白模式的同时，将红外滤光片移开，让红外线参与成像，这意味着进入摄像机传感器的光(红外光)增加了许多，画面亮度可以得到有效提升。由于滤光片移开后，红外线能参与成像，所以如果我们注意彩转黑摄像机的照度参数，就可以发现，摄像机在黑白模式下的低照度性能一般都比在彩色模式下有数量级的提升。 如图1所示。

　　如果滤光片是固定不可移动的，那么这种日夜型摄像机就是简易彩转黑摄像机。简易彩转黑摄像机也可以在光照不足时转成黑白模式，但是此种摄像机的红外滤光片是固定在感光器件前面的，也就是说，即使在光照不足的情况下，红外光也无法进入摄像机内部，也不能参与成像，在光照不足的情况下，摄像机只是转为黑白模式，这个转换只能稍微提升一些清晰度，没有低照度效果上的明显提升，如果留意简易彩转黑摄像机的产品参数，可以发现，此种摄像机在黑白或者彩色模式下，照度参数没有明显的提升，处于同一个数量级。

　　如图2所示。

　　显然这种摄像机无法配合红外灯使用，其转黑白模式的意义也非常有限。

　　我们将那些红外滤光片可以根据光线充足与否适当切换，使红外线能参与成像，以至于对摄像机的低照度效果有实质提升的摄像机称之为彩转黑日夜型摄像机，简称彩转黑摄像机，这是真正意义上的彩转黑日夜型摄像机。而简易型彩转黑摄像机特指那些滤光片无法切换的彩转黑摄像机。

　　彩转黑摄像机的工作机制彩转黑摄像机的红外滤光片是如何根据外界光照情况来自主切换的呢?我们必须了解彩转黑摄像机的工作原理。

　　为了保证视频输出的效果，摄像机内部一般都有对视频信号进行处理的芯片(DSP)，如果要对视频信号进行处理，必须把感光器件采集到的模拟原始视频信号(不同于摄像机最终输出的信号，最终输出的信号是经过处理后的视频信号)转化为数字信号，数字信号进入视频信号处理芯片进行各种效果的优化以及调节。视频处理芯片一般内部集成某些算法，用以实现宽动态效果，提升低照度效果等。涉及到提升低照度效果时，通常会使用自动增益控制电路AGC。

　　自动增益控制电路是一个动态调节视频效果(主要是信号幅度)的电路。当光照充足时，原始的视频信号幅度足够，此时即使将AGC功能开启，此电路也不起作用，不对视频进行信号放大处理。随着光照条件的恶化，摄像机感受到的原始视频信号幅度越来越低，此时，AGC自动增益电路就开始起作用了，其放大视频幅度，使画面变亮，由于只是对信号进行放大处理，所以原始信号中的噪声信号也将同时被放大。在光照充足时，视频信号中的有用部分与噪声部分相比要大许多，在视频中基本看不到噪声，但是在光照不足时，视频信号幅度下降得很快，此时有用信号的幅度和噪声信号就处于可比较的层次上，此时如果对整个视频信号进行放大，则有用部分和噪声部分同时被放大了，原本不明显的噪声被放大后就很明显了，反映在视频上就是画面亮度有明显的提升，但是噪点也将变得明显，并且随着增益倍数的提升越发明显。

　　需要注意的是，自动增益控制功能一定要处于开启或者使能状态，在这种情况下，此增益电路才可以根据原始视频亮度来动态地选择增益的倍数，随着光照条件的下降，增益倍数是在相应地增加，当光线充足时，即使此增益电路处于使能状态，也不会工作，所以，不会使本来就很好的视频变得更亮。

　　如果AGC功能处于关闭状态，即使光照条件很差，画面亮度也不会有提升，画面很暗，但是由于没有对信号进行放大，所以不会有明显的噪点。

　　然后，摄像机的彩色黑白模式到底是根据什么来切换的呢?普通摄像机没有眼睛，没法分辨白天黑夜或者光线状况是否良好，但是可以根据一些间接的条件来做出判断。在上述过程中，我们可以发现，当自动增益功能开启时，增益的倍数其实是可以间接反映出原始视频信号幅度，进而间接反映出外界环境光照度的大小。让我们以白天和黑夜为例来理顺这一过程。

　　白天光照充足的环境下，摄像机采集的原始视频亮度已经足够，即使AGC处于工作状态下，增益值也很小，甚至没有，随着光照条件的不断下降，原始视频幅度也随之下降，随着原始视频幅度的下降，自动增益电路的动态调节作用开始发挥作用，增益倍数随着原始视频幅度的下降而逐渐提升，放大视频信号，导致摄像机最终输出的视频维持在一个合适的亮度上。

　　在这个过程中，随着外界光照条件的不断下降，增益的倍数是在随之不断提升的，所以说，增益电路的放大倍数是可以间接反映出外界环境的情况，只是二者呈现反比关系，当增益值上升到某个数值时，我们就可以认为，此时光照不良，需要通过摄像机本身的CPU发出指令将红外滤光片移开，使红外线能进入摄像机参与成像了，当增益值下降到某个值，我们就可以认为，此时光照充足，可见光足够，红外线不需要再参与成像了，免得画面亮度过高。

　　摄像机是否处于黑白或者彩色模式和上述过程没有必然联系，只是在长期的实践过程中，为了避免红外线参与成像导致的模糊以及偏色问题，几乎所有的摄像机生产商，都做了如下联动处理：滤光片的切换带动摄像机色彩模式的切换。当滤光片处于感光器件前时，摄像机处于彩色模式，红外线不参与成像，画面不会偏色;而当滤光片从感光器件前移开时，红外线参与成像，为避免偏色现象，摄像机转换为黑白模式，提供清晰的黑白视频。

　　滤光片是否移开，则是由光照是否充足决定的，而光照是否充足则由AGC电路的增益数值来间接反映的。

　　综上所述，AGC自动增益电路的增益值将决定滤光片的切换动作，进而决定彩转黑摄像机的彩色或黑白状态。换句话说，摄像机是根据自动增益的数值来决定自身处于何种色彩状态的，如果AGC电路不起作用，彩色黑白的状态转换就会失去诱因和依据。再回到实际中，如果留心，你会发现，彩转黑摄像机如果把自动增益功能关闭，则自动彩转黑功能就不再起作用了，摄像机将固定处于彩色或者黑白状态(如图3)。

　　一体式红外机

　　市场上有一种红外一体化摄像机，如图4所示。

　　这种摄像机的彩转黑原理和上述彩转黑摄像机有较大的不同。红外一体化摄像机内置了红外灯阵列，如果仔细观察，可以在红外灯阵列的下方位置找到一个特殊的器件——光敏电阻(箭头处)。这个光敏电阻就是红外一体化摄像机是否彩转黑的依据。

　　光敏电阻是一种能根据可见光亮度相应地变化阻值的特殊电阻，在可见光充足时，光敏电阻的阻值会变得最小，但不会是0欧姆，而大致是十几欧姆;当可见光逐渐稀少时，光敏电阻的阻值会逐渐变大，当完全没有可见光时，阻值会变得很大，类似于开路。如果我们把阻值的变化值(十几~∞)等效为0到100的一系列值，就能很方便来设定彩转黑的阀值了。

　　与前述彩转黑摄像机不同的是，红外一体化摄像机中的光敏电阻检测的光照的变化是一个客观的值，光敏电阻的阻值是可以真实直接地反映出外界的光照情况。彩转黑摄像机只能依靠AGC的增益倍数来间接反映出外界光照情况，而红外一体机的光敏电阻，更像人的眼睛，显然，用光敏电阻来作为摄像机彩色黑白转换的依据会更合适些，只是彩转黑的阀值需要仔细设定。

　　实际上，红外一体机的彩转黑原理也正是如此。

　　当外界光照状况下降时，光敏电阻的阻值逐渐增大，当超过设定的阀值时，摄像机会执行3个动作：1、开启红外灯，为被拍摄物体补光;2、红外滤光片从感光器件前移除，保证补充的红外光以及自然界的红外光经被摄物体反射后能够进入摄像机成像;3、把摄像机的色彩状态从彩色切换成黑白，同样，是否进行彩色切换是可以选择的，如果转成黑白状态，则可以避免彩色状态下的红外光偏色以及提高清晰度。鉴于此，几乎所有用户都选择切换为黑白状态。

　　红外一体摄像机的色彩模式完全由光敏电阻的阻值来决定，相对客观，不受其他因素的影响。

　　前面说了这么多，都是为了解释下面的问题做铺垫。

　　彩转黑日夜型摄像机机和外部红外灯的配合问题

　　普通的彩转黑摄像机在处于黑白模式时，且彩转黑模式处于自动模式(AUTO)下时可以对自然界已有的红外光成像，提高灵敏度，提高低照度的效果，但是不能增加红外补光灯，如果和外部的红外补光灯配合，则很可能会出现彩色黑白状态反复切换的情况。原因如下。

　　我们首先必须明确，彩转黑摄像机处于自动切换模式时，是否切换的决定因素是AGC的增益值，而不是外界客观的光照情况。

　　白天，光照充足时，摄像机处于彩色模式，红外滤光片挡在感光器件前面，红外线不参与成像，此时摄像机输出的是亮度正常，色彩逼真的彩色视频，随着光照情况的下降，AGC电路逐渐开始发挥作用，不断增大信号放大倍数，以维持输出信号在一个正常的幅度，当AGC值超过预设的阀值时，摄像机认为此时外界光照不足，已经需要红外光参与成像，摄像机此时会执行下列动作：1、移除感光器件前面的红外滤光片，让红外线进入摄像机;2、将摄像机的色彩转为黑白模式，输出黑白的清晰的图像。如果此时增加外部红外补光灯，则被摄物体照度迅速增加，导致AGC的增益倍数相应下降，当降到某个预设的阀值时，摄像机认为外界光照是充足的，可以认为已经到了白天，此时需要输出的是彩色的图像，此时摄像机会恢复红外滤光片的作用，同时切换为彩色模式，由于此时被摄物体反射的主要是红外补光灯产生的红外光，这部分光又将被红外滤光片挡在摄像机外面，这又造成了被摄物照度急剧下降，导致AGC值迅速上升，超过预设阀值后，摄像机又会认为此时处于黑夜状态，必须允许红外线参与成像，同时将摄像机切换为黑白状态，如此反复，造成了摄像机在彩色和黑白之间来回切换。那么彩转黑摄像机是否可以和外部红外补光灯配合使用呢，应该是可以的，但是需要注意下列几个原则。

　　1、使用的彩转黑摄像机必须具备外部输入信号切换彩转黑功能。摄像机的彩转黑选择不能只有自动模式(AUTO)，必须具有外部输入信号切换模式(EXT)，如图5所示的某款彩转黑摄像机的菜单。

　　2、所使用的红外补光灯在开启或者关闭时，必须能输出开关量信号供彩转黑摄像机切换。

      3、红外补光灯输出的开关量信号的类型必须和彩转黑摄像机内部的外部输入信号类型符合，如图6所示的某款摄像机的外部输入信号类型要求。

　　此款摄像机虽然支持外部输入信号来切换色彩状态，但是要求外部输入信号类型必须是个常开的开关量信号，即白天光照充足，红外灯关闭时，红外灯送出的信号一定是常开的，当晚上光照不足时，红外灯开启，此时常开信号要闭合，即短路，摄像机切换至黑白状态。

　　当然最理想的状态是红外灯输出的开关量信号类型可选择，摄像机内部要求的切换信号类型也可选择。

　　至少满足了上述要求，彩转黑摄像机才能实现和外部红外补光灯完美配合。最后，再回到文章开头的那个实际案例，摄像机厂家的技术人员最终建议集成商更换了可以输出开关量信号的红外灯，算是较好地解决了这个问题。

　　日夜型彩转黑摄像机和外部红外补光灯配合使用的例子不是很多，所以本文描述的问题可能大多数同行都没有遇到过，希望本文能给读者一个有益的提醒，当然对于了解摄像机的工作原理也是有好处的。