模拟摄像机基础知识_技术

神州数码（中国）有限公司模拟摄像机基础知识议程•摄像机的基本知识•镜头的基础知识及如何选用•摄像机的应用知识议程•摄像机的基本知识•镜头的基础知识及如何选用•摄像机的应用知识摄像机的基本知识•1、CCD摄像机的分类•2、CCD传感器的技术发展趋势•3、CCD摄像机常见性能和主要性能指标•4、一体化摄像机•5、球型摄像机•6、低照度摄像机•7、网络摄像机1、CCD摄像机的分类•①按照成像色彩划分彩色摄像机CCD摄像机黑白摄像机•②按照分辨率划分CCD摄像机25万像素左右，对应彩色330线/黑白400线的低档型25万至38万像素之间，对应彩色420线/黑白500线的中档型38万像素以上，对应彩色大于或等于460线黑白570线以上的高档型•③按照灵敏度划分CCD摄像机普通型月光型星光型红外照明型•④按照靶面尺寸划分CCD摄像机：1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等CCD尺寸水平（mm）垂直（mm）对角线（mm）1英寸12.79.6162/3英寸8.86.6111/2英寸6.44.881/3英寸4.83.661/4英寸3.62.441/2寸和1/3寸图像传感器1/3寸(ICX-658AKA)1/2寸(ICX-428AKL)图像尺寸(对角线)8mm6mm有效象素768×494768×494CCD尺寸6.4μm（H)×7.4μm（V)8.4μm（H)×9.8μm（V)感光度960~1200mV1280~1600mV拖影-115~-98dB-120~-110dB黑信号电平2mV2mVf(mm)CCD尺寸1/3”1/2”1/4”6812¼寸1/3寸½寸½寸产生阴影的部分CCD尺寸和焦距1/3寸2、CCD传感器的技术发展趋势TotalAreaLiner'70～'92'93'91'90'89'88'87'86'85'94'95'96'97'98'99'00'010‘02生产数量‘03EnhanceLinerCCDSuperHADCCDExwaveHADCCDStartedtodevelopCCDHADSensorDIL‘042004年SuperExwaveCCD电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice）SonyCCD历史沿革什么是CCD？CCD是ChargeCoupledDevice（电荷耦合器件）的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。CCD是摄像机的核心器件，因此其性能高低将直接影响摄像机的品质，并且CCD的发展是摄像机更新换代的基础。CCD的分类1、通用型或消费型CCD传感器2、特殊CCD传感器红外CCD芯片大靶面CCD传感器宽光谱范围CCD传感器3、CCD摄像机常见性能和主要性能指标①清晰度（分辨率）清晰度数是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它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能再辨出黑白相间的线条。工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。拍摄一张全尺寸照片水平分辨率指有多少垂直的竖线彩色模式黑白模式SONY是彩色的标准测试条件目前，高分辨率通过高性能DSP用改进的数字滤波器实现570电视线单色模式水平分辨率频率频率水平分辨率480电视线fsc水平分辨率频率540电视线fsc②最低照度Sony最低照度的标准描述“最低照度”需要和“状态”相关联：•0.4Lx（F1.2，AGCON,30IRE）•0.8Lx（F1.2，AGCON,50IRE）•IRE值是表示在不同幅度的电平输出，基准为700mv什么是IRE•IRE美国电视学会关于电视信号电平的标准0V0.7V0IRE0.35V100IRE50IRE电视信号的电平幅度对应的IRE数值常规场合的照度值室内室外仓库20—75Lux晴天10000—1000000Lux紧急通道30—75Lux阴天100—10000Lux楼梯走廊75—200Lux黎明黄昏1—10Lux商店75—300Lux满月之夜0.1—1Lux办公室及接待室300—500Lux多云之夜0.01—0.1Lux银行200—1000Lux晴天时星光下0.001—0.01Lux会议厅300—1000Lux阴天时星光下0.0001—0.001Lux③信噪比信噪比＝信号电压/噪声电压，通常用符号S/N来表示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。测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。④自动增益控制（AGC）AGC——AutomaticGainControl的缩写。所有摄象机都有一个将来自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，需利用摄象机的自动增益控制（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。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。三类自动增益AGC(ON/OFF)-------------SSC-E系列OFF0dBON24dBAGCTurbo-------------SSC-DC590,DC570系列24dBAGC(Normal)-------------SSC-其他些列18dBAGCS/N⑤背景光补偿（BLC）BLC——BackLightCompesation的缩写。BLC，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。DynaView™技术高快门速度普通快门速度合成图像+DynaView技术可以使摄象机获得更好的背光补偿效果(BLC)⑥电子快门（ES）电子快门的英文全称为ElectronicShutter，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。⑦白平衡（WB）白平衡（WhiteBalance），只用于彩色摄象机，其用途是实现摄象机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。自动白平衡（AWB，AutomaticWhiteBalance）有分为连续白平衡和自动控制白平衡。手动白平衡关闭自动白平衡，通过手动调节红色或蓝色调整装置，以改变红色或蓝色状况，一般可调等级多达107个，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。连续白平衡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。自动控制白平衡自动控制白平衡（AutomaticWhitebalanceControl，AWC），需要先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色参考目标，然后将通过菜单或开关设置从手动改变为自动方式，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，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。ATW和ATWPro（自动跟踪白平衡)ＡＴＷＡＡＴＷPro2500°Ｋ６０００°Ｋ2000°Ｋ10,000°Ｋ３０００K５０００K６７００K３３００～５２００K５２００K～～３３００K摄像机可将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次命令。荧光荧光汞高压钠鉛直面照度（被写体照度）30ルクス時に防犯カラーカメラで撮影亮度和色温HG＋e-紫外线可见光(白光)灯丝荧光材料荧光灯荧光灯及其尖锐的发散线GBOBGO尖锐的发散线⑧同步方式摄像机的同步方式一般有内同步、电源同步和外同步。内同步（INT）是利用摄像机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。电源同步（LL，LineLocked），也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步。外同步（EXT）利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄像机的外同步输入端来实现同步。同步信号可以是彩色复合视频或黑色突法信号（VBS）、黑白复合视频或复合同步信号（VS），也可以是如矩阵等外部设备的复用垂直驱动信号（VD2）和复合视频输出信号。议程•摄像机的基本知识•镜头的基础知识及如何选用•摄像机的应用知识1、镜头的参数镜头的光学特性主要包括成像尺寸、焦距（f）、相对孔径（D/f）和视场角（2W）等几个参数，以下分别介绍：①成像尺寸CCD尺寸水平（mm）垂直（mm）对角线（mm）1英寸12.79.6162/3英寸8.86.6111/2英寸6.44.881/3英寸4.83.661/4英寸3.62.44镜头一般可分为25.4mm（1in）、16.9mm（2/3in）、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格。选镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合，当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸大时，不会影响成像，但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小；当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸小时，就会影响成像。（表现为成像画面四周被镜筒遮挡）镜头成像面CCD靶面12.7mm镜头成像面CCD靶面12.7mm8.47mm简单说，1/2”的镜头可以装在1/3”CCD的摄像机上，反过来就不可以。②焦距长焦距镜头摄取景物尺寸大，短焦距镜头摄取景物尺寸小，已知被摄物体的大小及物体到镜头的焦距，叫f=hD/H或f=vD/VD为镜头中心到被摄物体的距离。H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸。hDfCCD传感器镜头v物体HV实际应用中，常有用户提出摄像机能看清多么远的物体或多么宽的场景等问题，这要由所选用镜头的焦距来决定，还与所用摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。例：已知被摄物体距镜头中心距离3m，高度为1.8m，所用摄像机CCD靶面为1/2in。（靶面垂直尺寸为4.8mm）查得f=vD/V=4.8×3000÷1800＝8.02mm，应配8mm的镜头。焦距，叫f=hD/H或f=vD/V③相对孔径由于像面照度与相对孔径的平方成正比（与光阑的平方成反比）所以光阑每变化一档，像面亮度就变化一倍。光阑F值越小则相对孔径越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。常见镜头所标的F值均指该镜头的最小光阑数。为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头后部均设置了光阑，俗称光圈。相对孔径A为有效孔径D与焦距f之比（A=D/f）镜头的相对孔径决定被摄像的照度，即像的照度E与镜头的相对孔径A的平方或正比。一般习惯用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小。即：F=f/D④视场角镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视场角与焦距f及摄像机靶面尺寸，水平尺寸h及垂直尺寸v的大小有关。ah=2arctg（h/2f）av=2actg（v/2f）镜头的焦距f越短，其视场角越大，或摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。f=3.5视场角＝94.6°f=8视场角＝42.6°焦距镜头1/2CCD靶面f=25视场角＝14.2°⑤接口镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。两种接口示图，上半部为CS型镜头，下半部为C型镜头，电视监控系统用镜头C型安装镜头（1m32牙螺反座）国际公认标准