IPC基础知识

网络摄像机培训－基础篇12产品的特性3内容提要4IPC竞争分析5IPC需求分析产品的原理结束语一、产品的原理(1)摄像机：是一种把景物光像转变为电信号的装置，其结构大致可分为三部分：光学系统：主要指镜头光电转换系统：主要指摄像管或影像传感器件电路系统：主要指视频处理电路一、产品的原理(2)摄像机分类按摄像机形状分：枪机、球机、针孔机按感光芯片分：CCD摄像机、CMOS摄像机按输出图像信号格式划分:模拟摄像机、数字摄像机按成像色彩划分：彩色、黑白按分辨率划分：330TVL、420TVL、480TVL、540TVL、Megapixels按灵敏度划分：普通、月光、星光、红外照明按感光元件靶面大小划分：1inch、2/3inch、1/2inch、1/3inch、1/4inch一、产品的原理(3)摄像机关键部件镜头滤光片感光元件专用图像处理单元一、产品的原理(4)滤光片定义光学低通滤波器（OLPF）功用滤除红外线：镀膜、蓝玻璃修整光线：石英一、产品的原理(5)感光元件CCD：电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice)，传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。CMOS：互补性氧化金属半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)，传感器中每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。一、产品的原理(6)CCD与CMOS比较分辨率灵敏度信噪比集成度功耗成本CCD优优优CMOS优优优一、产品的原理(7)CCD辨识SONYCCDSHARPCCD松下CCD一、产品的原理(8)图像处理单元V-DriverCDS/AGCTGDSP二、产品的原理(9)DSPSONY方案：SS-1（2163）:SS-11（3141/2）:SS-HQ1（3172）:SS-11X（4103）:SHARP方案：D4（38603）、D5松下：D5（673276）其它厂家：Nextchip、A-NOVACCD尺寸：即摄像机靶面，通常有2/3、1/2、1/3、1/4等规格；一般来讲此值越大越好，感光面积越大成像质量越好。二、产品的特性(1)像素数：CCD是由面阵感光元素组成，每一个感光元素称为像素，像素越多，图像越清晰，有的给出了水平及垂直方向的像素数，如500H×582V，有些则给出了前两者的乘积值，如30万像素。分辨率：通常是指摄像机的水平分辨率，指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不再能分辨出黑白相间的线条。问题：为何不以垂直分辨率作为指标？二、产品的特性(2)垂直清晰度是由一帧图像的扫描行数决定的。由于在场消隐期间看不到扫描线，对于我国625行50场的扫描制式来说，画面的有效扫描行数约为575行；而对于美国525行60场的扫描制式来说，画面的有效扫描行数约为490行。由于水平扫描线之间是离散的，所以两条相邻的水平扫描线之间一定会丢失部分细节（或说对与扫描线相同的黑白水平线摄像时，扫描线与黑白水平线正好重合的概率不等于一）。一般，约有30%（凯尔系数）的细节会丢失。所以认为，垂直清晰度RV等于有效扫描行数n乘以经验值0.7（70%），即RV=0.7n所以，对625行的扫描制式来说，实际有效的清晰度为575×0.7=402TVL；对525行的扫描制式来说，其垂直清晰度为490×0.7=343TVL。因此垂直清晰度对同一电视制式来说，基本上是固定的问题：像素和分辨率的关系？二、产品的特性(3)像素是最小的图像单元，这种最小的图形的单元能在屏幕上显示通常是单个的染色点。像素是由光电传感器上的光敏元件数目所决定的，一个光敏元件就对应一个像素，因此像素越大，意味着光敏元件越多，相应的成本就越大。分辨率是一个表示平面图像精细程度的概念，通常它是以横向和纵向点的数量来衡量的，表示成水平点数×垂直点数的形式，在一个固定的平面内，单位长度内像素个数（PPI），分辨率越高，意味着可使用的点数越多，图像越细致。像素和分辨率是成正比的，像素越大，分辨率也越高。最低照度：是指当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。一般彩色摄像机的最低照度为2～3LUX，照度的测定是以在一定的镜头光圈系数为前提，因此，不能只看摄像机说明书中标明的最低照度，应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。最低照度越小，摄像机档次越高。相对于彩色摄像机而言，黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱（亮度）信号敏感，所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低，一般可做到0.1LUX在F1.4时，至于微光摄像机则更低。二、产品的特性(4)二、产品的特性(5)序号典型场景照度值/Lux1晴天3×104～1×1052阴天3×103～1×1043日出/日落5×1024曙光55月圆3×10-2～3×10-16星光7×10-4～3×10-37阴暗的晚上2×10-5～2×10-4问题：最低照度是否可作为衡量现场环境照度的标准？二、产品的特性(6)视频信号的标称值为1Vp-p，标准值为0.7Vp-p，最低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植；而且摄像机在最低照度时产生的图像清晰度，是用电视信号测试卡（黑白相间的条纹）进行测式的，与实际使用当中的场景差别很大。因此实际使用当中不能以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。应根据监视目标的照度选择不同灵敏度的摄像机。监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的10倍。信噪比：当摄像机摄取较亮场景时，监视器显示的画面通常比较明快，观察者不易看出画面中的干扰噪点；而当摄像机摄取较暗的场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱（也即干扰噪点对画面的影响程度）与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系，即摄像机的信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。所谓“信噪比”指的是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，因此，实际计算摄像机信噪比的大小通常都是对均方信号电压与均方噪声电压的比值取以10为底的对数再乘以系数20，单位用dB表示。S/N=20Lg（Vs/Vn）二、产品的特性(7)问题：典型摄像机的信噪比值是多少？二、产品的特性(8)一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。CCD摄像机信噪比的典型值一般为45dB~55dB。若为50dB，则图像质量良好，有少量噪声；若为60dB，则图像质量优良，不出现噪声。自动增益控制：AGC～AutomaticGainControl的缩写。所有摄像机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。二、产品的特性(9)问题：自动增益控制的优缺点是什么？二、产品的特性(10)具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显，这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。背景光补偿：BLC～BackLightCompesation的缩写，也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域（如从第80行~200行的中心区域）进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善。二、产品的特性(11)问题：BLC和AGC的异同？二、产品的特性(12)AGC开启时，AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。BLC开启时，摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点，此时如果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。电子快门：ES～ElectronicShutter的缩写，是对比照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。常见的电子快门时间为1/50～1/10000s。二、产品的特性(13)白平衡：WB～WhiteBalance，是彩色摄象机的一个重要参数，它直接影响重现图像的彩色效果。当摄像机的白平衡设置不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不带彩色的景物也着上了颜色。自动白平衡：AWB～AutomaticWhiteBalance，在监控系统的应用中，摄像机都是长时间工作，光源色温及电路参数都会发生一定的变化，因此AWB就确保了摄像机的连续工作中随时校正白平衡。AWB分为连续白平衡ATW和自动控制白平衡AWC两种方式。二、产品的特性(14)连续白平衡：也称为自动跟踪白平衡（AutomaticTrackingWhitebalance，ATW），是随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，如场景大部分是蓝天白云或夕阳等高色温物体及场景比较昏暗的场合下，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。自动控制白平衡：AWC～AutomaticWhitebalanceControl，需要先将摄像机对准诸如白墙等白色参考目标，然后将WB设置改变为自动方式，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，重新WB设置为手动位置以锁定该白平衡的设置，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄象机断电也不会丢失该设置。二、产品的特性(15)二、产品的特性(16)镜头的作用是从被摄物体收集光信号到摄像机光电传感器的光敏区，镜头是由一组透镜和光阑组成的。透镜透镜分为凸透镜和凹透镜。凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜、正透镜。常用的凸透镜有双凸、平凸、正弯月三类，凹透镜对光线有发散作用，所以也叫发散透镜、负透镜。双凹负弯月平凹双凸平凸正弯月(a)(b)二、产品的特性(17)光阑能进入镜头成像的光束，其大小是由透镜框和其他金属框决定的。往往这样限制光束还不够，还要在镜头中设置一些带孔的金属薄片来限制光束，称为光阑。光阑的通光孔一般呈圆形，其中心在透镜的中心轴上，镜头的金属框也是一种光阑。二、产品的特性(18)镜头类型C-mount图像传感器到镜头之间的距离应为17.526mmCS-mount图像传感器到镜头之间的距离应为12.5mmc-mountlens+5mmadapterring后，可以转换成cs-mountlens17.526mm成像面适配器12.5mm摄像机CS接口CS接口镜头C接口镜头二、产品的特性(19)镜头的分类按焦距分标准：水平视场角30度广角：水平视场角64度长焦：水平视场角15度按调焦方式分手动调焦自动调焦按光圈分手动光