摄像头又称视频头。
摄像头主要有镜头、CCD图像传感器、预中放、AGC、A/D、同步信号发生器、CCD驱动器、图像信号形成电路、D/A转换电路和电源的电路构成。摄像头的主要图像传感部件是CCD（Charge Coupled Device），即电荷耦合器件，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄像元件，是代替摄像管传感器的新型器件。
摄像头的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过预中放电路放大、AGC自动增益控制，于由图像处理芯片处理的是数字信号，所以经模数转换到图像数字信号处理IC（DSP）。同步信号发生器主要产生同步时钟信号（由晶体振荡电路来完成），即产生垂直和水平的扫描驱动信号，到图像处理IC。然后，经数模转换电路通过输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。图像数字信号处理主是有SONIX(松翰)和VIMICRO（中星微）等。
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。目前市场上主流摄像头使用的感光元件主要是CCD和CMOS两种。它们的作用相当于传统相机中的底片。CCD的分辨率高，色彩还原逼真，已经成为百万像素级的数码摄影器材里的主角，但是其价格昂贵；与CCD相比，CMOS具有节能及成本低等特点。而且在百万像素内CMOS的感光效果完全可以和CCD媲美，因而摄像头几乎全都采用CMOS作为感光元件。目前市场上的摄像头产品采用的CMOS品牌较多，主要有MICRON，HYNIX， CISENSOR， TASC等等前四家的市场占有率接近100%。
CCD可分为线阵CCD、三线CCD、面阵CCD和交织传输CCD。摄像头采用是面阵CCD图像传感器。CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造，市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果。摄像头的分类如下：
1、依成像色彩划分 彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。黑白摄像机：适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用黑白摄像机。
2、依分辨率灵敏度等划分 影像像素在38万以下的为一般型，其中尤以25万像素（512*492）、分辨率为400线的产品最普遍。 影像像素在38万以上的高分辨率型。
3、按CCD靶面大小划分 CCD芯片已经开发出多种尺寸： 目前采用的芯片大多数为1/3"和1/4"。在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。1英寸--靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。 2/3英寸--靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。 1/2英寸--靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。 1/3英寸--靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。 1/4英寸--靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm。
4、按扫描制式划分 PAL制。 NTSC制。 中国采用隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行，50场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外，日本为NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。
5、按照度划分，CCD又分为：
普通型 正常工作所需照度1~3LUX
月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下
红外型 采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像
6、按外观分：有机板型、针孔型、半球型。
CCD彩色摄像头的主要技术指标
（1）CCD尺寸，亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸，现在1/3英寸的已
普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
（2）CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，
分辨率越高，图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。
（3）水平分辨率。彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。 分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。
（4）最小照度，也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯（LUX），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件，2~3lux属一般照度，现在也有低于1lux的普通摄像机问世。
（5）扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。
（6）信噪比。典型值为46db，若为50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。
（7）视频输出。多为1Vp-p、75Ω。
（8）镜头安装方式。有C和CS方式，二者间不同之处在于感光距离不同。
（9）摄像头的像素：SXGA (1280 x1024)又称130万像素，XGA(1024 x768)又称80万像素，SVGA(800 x600)又称50万像素，VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488)，CIF(352x288) 又称10万像素，SIF/QVGA(320x240)。
CCD的第二层是分色滤色片，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYG补色分色法，这两种方法各有利弊。不过以产量来看，原色和补色CCD的比例大约在2：1左右。原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。因此一般采用原色CCD的DC，在ISO感光度上多半不会超过400。相对的补色CCD多了一个Y黄色滤色器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分分辨率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍较高的感度，一般都可设定在 800以上。（关于这两种分色方式见下图）
CCD的第三层是感光汇流片，这层主要是负责将穿透滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。
最后说一下CMOS：
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）即互补性金属氧化物半导体，其在微处理器、闪存和特定用途集成电路（ASIC）的半导体技术上占有绝对重要的地位。CMOS和CCD一样都是可用来感受光线变化的半导体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所作成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。
因为CMOS结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，从而生产成本可以降低。从原理上讲，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但目前CMOS技术发展还不成熟，这种高质量的CMOS还只应用于专业级别的数码相机上，许多低档入门型的数码相机使用的是廉价低档的CMOS，其成像质量比较差。最大的缺点就是太容易出现噪点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。所以目前如果购买消费级数码相机还是要选择以CCD为影像传感器的。不过高端的单反相机还是以CMOS居多。
两者优缺点的比较
CCD CMOS
设计 单一感光器 感光器连接放大器
灵敏度 同样面积下高 感光开口小，灵敏度低
成本线路 品质影响程度高， 成本高 CMOS整合集成，成本低
解析度 连接复杂度低，解析度高 低，新技术高
噪点比 单一放大，噪点低 百万放大，噪点高
功耗比 需外加电压，功耗高 直接放大，功耗低
由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持资料的完整性；CMOS的制程较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个像素的资料。
整体来说，CCD与CMOS 两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等，不同类型的差异：
ISO 感光度差异：由于CMOS 每个像素包含了放大器与A/D转换电路，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，同样大小之感光器尺寸，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制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失；相对地 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，加上另辟传输通道和外加 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 每个像素的结构比 CCD 复杂，其感光开口不及CCD大， 相对比较相同尺寸的CCD与CMOS感光器时，CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过，如果跳脱尺寸限制，目前业界的CMOS 感光原件已经可达到1400万像素 / 全片幅的设计，CMOS 技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难，特别是全片幅 24mm-by-36mm 这样的大小。
噪点差异：由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个 ADC 放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的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微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一个放大器的CCD，CMOS最终计算出的噪点就比较多。
耗电量差异：CMOS的影像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12伏特（V）以上的水平，因此 CCD 还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使 CCD 的电量远高于CMOS。
RGB摄像头工作原理简介
由于不少体感设备（Kinect，Leap，DUO）都用到了摄像
头，这里根据实战经验介绍一下RGB摄像头的工作原理。
一张照片或一段视频的形成，从硬件上来说，要经过以
下单元：镜头—>传感器（sensor）—>DSP
下面只针对定焦镜头和CMOS传感器做介绍。
镜头的作用是将光聚焦并成像，其基本原理如下图所
示。而传感器就放在镜头的成像面上（如下图所示的
Film）。
一般体感所用的镜头都是定焦镜头。这里比较重要的参
数是FOV（Field of View），就是镜头的视场角（如下
图所示）。体感设备的可见范围主要受镜头FOV所限（另
外也可能受传感器的大小限制）。
传感器分2种，CCD和CMOS，下面只介绍CMOS。
传感器主要由像素阵列组成（如上图右边的方块）。这
个阵列决定了该摄像头的最大分辨率。比如阵列是
640×480个像素，那最大分辨率就是640×480。如果说一
个640×480的摄像头拍出了800×600的图像，那是软件插
值出来的。
从上图可看出，像素阵列由R,G,B三种颜色组成，这就是
Bayer格式（Bayer发明的）。Bayer格式的意思是每个像
素只感受单个基色（RGB三原色之一）光，比如R，然后
从该像素周边的像素算出G和B，这样就得到一个完整的
色彩值（RGB）。
每个像素单元是怎么工作的呢？
从硬件上来说，每个像素单元的组成如下：
- 一个微镜头—用来滤光。如果该像素单元只
需要感受绿色光，则过滤掉其它波长的光，只让绿光通
过。
- 一个感光元件—做光电转换。我们说的曝光就是通
过这个元件完成的。CMOS传感器的曝光是按行顺序曝
光，即先曝光第一行，再第二行，。。。而每行曝光
时间的长短和行之间的曝光时间间隔已经行数则决定了
帧率（FPS）。比如要达到120帧每秒（FPS=120），那每
帧就必须在1/120秒（约8.3毫秒）内处理完毕，这就要
求曝光时间非常短，像素行数也不能太多（限制了分辨
率）
从软件上来说，我们说的raw data，就是bayer格式的数
据。比如传感器是640×320个像素，那raw data就是一个
640×320的矩阵，矩阵里边每个单元的值就是R或G或B。
传感器感光出来的raw data要经过DSP的处理才能形成最
终的图片或者视频，这个处理流程大致如下：
- Bayer格式转为RGB格式。经过转换后，raw data变成
RGB图像
- 对RGB图像进行白平衡，去噪，边缘加强等处理
- RGB转YUV
- 压缩：如果是图片，则进行JPEG，PNG之类的压缩；
如果是视频，则进行MPEG，DIVX之类的压缩。
以上只是一个原理简介，省略了很多技术细节，不过涉
及了一些体感开发者比较关心的概念：
FOV，分辨率，FPS，Raw data。
而红外摄像头的原理大致相同，差别在于感受的是红外
光而不是可见光。
