模拟监控基础认证培训教材

模拟监控基础认证培训教材（初级）HoneywellTechnicalSupportDepartment2008年11月2Honeywell-Security典型的模拟监控系统结构摄像传输显示控制存储3Honeywell-Security典型的模拟监控系统结构主机（视频切换、动作控制、字符发生）监视器操作键盘摄像机解码器控制线视频传输线摄像机解码器4Honeywell-Security电视成像原理5Honeywell-Security闭路电视为什么叫闭路电视？我们是通过镜头和摄像机成像，由视频电缆把信号传输给监视器显示，相对于广播电视来说，这是个封闭的链路，所以我们称其为闭路电视。摄像机原理7Honeywell-Security感光元器件•CCD：ChargedCoupledDevice电荷耦合器•CMOS：ComplementaryMetalOxideSemiconductor互补金属氧化物半导体CCD与CMOS8Honeywell-SecurityCCD传感器（概念）•CCD基本概念-CCD是什么？-CCD（ChargeCoupledDevice）称为电荷耦合器件。是一种把光信号转换成电信号并进行存储、转移的器件。摄像头的主要传感部件是CCD芯片，CCD芯片就像是人的视网膜，是摄像头的核心部件。9Honeywell-SecurityCCD传感器(分类)一、根据集成方式线阵(工业检测用)面阵二、根据制式PAL(彩色),NTSC(彩色)三、根据色别可分为彩色、黑白（单色）四、根据分辨率高解(约38万像素,480TVL-中心水平)普解(约30万像素,330TVL-水平中心-普通电视机的分辩率)低解(目前不生产)五、根据灵敏度超低照度（≤0.01Lux)低照度（≤0.1Lux）普通照度（≤1Lux）六、根据特殊用途微光CCD红外CCDX光CCD10Honeywell-SecurityCCD传感器(尺寸)•CCD的尺寸即摄象机靶面。目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。在选择摄像头时，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。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。H(mm)V(mm)H(mm)V(mm)1inch12.89.62/3inch8.86.61/2inch6.44.81/3inch4.83.61/4inch3.62.711Honeywell-SecurityCCD摄像机结构图CCD摄像机结构图12Honeywell-SecurityCCD摄像机结构图•CCD-就像是人的眼睛，把光信号转换成电子讯号，靠的就是上头的感光点，每一个感光点就像一颗太阳能电池，被光照射到后会产生电能，依照光的强度不同，会产生不同大小的电能。•V-Driver（垂直驱动）-CCD里头每一点被光照射到都会产生电能，那么如何取出来？就是靠这颗V-DRIVER，它会产生不同的脉波，把CCD每点的讯号“挤”出来。•CDS/AGC（双取样与自动增益电路）-CCD挤出来的讯号,在这颗晶片内做”修整”,送进D.S.P到以上阶段,记住!全都是模拟讯号•D.S.P：DigitalSignalProcessor；数字信号处理器-DSP里头包含了一颗Decoder(A/DConverter，模拟数字转换器)，先把模拟信号转换成数字信号,再经过一大堆的运算（颜色、亮度、白平衡等），然后再把数字信号转换成模拟信号（Encoder，也是包在DSP里头），输出给接收器。CCD摄像机结构图13Honeywell-Security•隔行传输式：InterlineTransfer•全转：FullTransferCCD种类CCD的种类14Honeywell-SecurityCCD种类隔行传输式（InterlineTransfer）-感光元件产生电信号-电荷转移到并行寄存器-电荷从并行寄存器转移到串行寄存器-串行寄存器将电信号转到模拟寄存器-放大、数摸转换、数字信息快速-暴光和数据读出可同时进行可采用软件控制的电子快门工作动态范围小CCD的种类IT隔行扫描型垂直转换寄存器感光元件(像素)输出放大器输出寄存器15Honeywell-SecurityCCD种类全转（FullTransfer）-综合FullFrame和InterlineTransfer特点，在器件上划分感光区和寄存区-暴光和数据转移可以同时进行保证单位像素上的感光面积保证了拍摄速度CCD种类FT帧输出型输出寄存器输出放大器感光区域存储区域16Honeywell-Security监控系统常用CCD品牌•SonyCCD-中间少了门牙•PanasonicCCD-没有少门牙-金属线条比Sharp的粗•SharpCCD-没有少门牙-金属线条比的Panasonic细常用的CCD17Honeywell-SecuritySonyCCD的历史沿革TotalAreaLiner'70～'92'93'91'90'89'88'87'86'85'94'95'96'97'98'99'00'010‘02生产数量‘03‘04电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice）StartedtodevelopCCDHADSensorSuperHADCCD•ExwaveHADCCD2004年SuperExwaveCCDSony的CCD18Honeywell-SecuritySonyCCD普通CCD超级CCDSony的CCDSuperCCD图像传感器八角形的光电二极管和蜂窝状的像素排列大大改善了每个像素单元中的光电二极管的空间有效性。对比同样数量像素的传统CCD而言，它有更高的灵敏度、更高的信号噪声比和更广泛的动态范围。19Honeywell-SecurityCCD技术Sony的CCD20Honeywell-SecurityCCD传感器(SUPERHAD)•SuperHADCCD是SONY公司开发的一种CCD。HAD(HOLE-ACCUMULATIONDIODE)传感器是在N型基板，P型，N+2极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是SONY独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外，在N型基板上设计电子可通过的垂直型隧道使得开口率提高，换句换说，也提高了感度。在80年代初期，索尼将其领先使用在INTERLINE方式的可变速电子快门产品中，即使在拍摄移动快速的物体也可获得清晰的图象。•进入90年代后期以来，CCD的单位面积也越来越小，1989年开发的微小镜片技术，已经无法再提升感亮度，如果将CCD组件内部放大器的放大倍率提升将会使杂讯也被提高，画质会受到明显的影响。索尼在CCD技术的研发上又更进一步，将以前使用微小镜片的技术改良，提升光利用率，开发将镜片的形状最优化技术，即索尼SUPERHADCCD技术。基本上是以提升光利用效率来提升感亮度的设计，这也为目前的CCD基本技术奠定了基础。21Honeywell-SecurityExwaveHAD波长[nm]相对感光度前代CCD和ExwaveHAD光谱感光度比较CCD与CMOS简单介绍22Honeywell-SecurityCCD传感器(EXVIEWHADCCD)比可视光波长更长的红外线光，会在半导体硅芯片内做光电变换。可是至当前为止，CCD无法将这些光电变换后的电荷，以有效的方法收集到感测器内。为此，索尼在1999年新开发的“EXVIEWHADCCD”技术就可以将以前未能有效利用的近红外线光，有效转换成为映像资料而用。使得可视光范围扩充到红外线，让感亮度能大幅提高。利用“EXVIEWHADCCD”组件时，在黑暗的环境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深层中做的光电变换时，会漏出到垂直CCD部分的SMEAR成分，也可被收集到传感器内所以影响画质的杂讯也会大幅降低。23Honeywell-SecurityExwaveHADExviewHAD•ExviewHADCCD传感器-比可视光波长更长的红外线光，会在半导体硅芯片内做光电变换，“EXVIEWHADCCD”技术就能有效利用的近红外线光，有效转换成为映像资料。红外线让感亮度能大幅提高，在黑暗的环境下也可得到高亮度的照片。24Honeywell-Security超级ExwaveCCDCCD与CMOS简单介绍25Honeywell-SecurityCMOS•互补金属氧化物半导体（CMOS，ComplementaryMetalOxideSemiconductor）•-核心元件：感光二极管（Photodiode）•-同一像点当中包含放大器和数模转换电路（一个感光二极管和三颗晶体管）•-开口率底（开口率：有效感光区与整个感光元件面积比值）•-灵敏度底、噪声明显•-数模转换无法保证严格一致CCD与CMOS简单介绍26Honeywell-SecurityCMOS与CCD的区别CCD与CMOS简单介绍27Honeywell-SecurityCCD传感器(与CMOS传感器的区别)•CCD图象传感器通常需要3组以上的高压电源,而CMOS传感器只要与CMOS逻辑相同的单一低压电源(5V或3.3V)即可.因此,其制造成本、消耗功率以及尺寸大小等都比CCD有优势，特别是功率及尺寸大小对便携型终端产品（例如PDA、数字相机、移动电话、笔记本电脑）来说十分重要•CMOS图象传感器的生产工艺可以在现有CMOS逻辑器件或是DRAM存器件的生产线基础上稍加改进，因而生产工艺简单，系统成本更低，还可以方便地将时序控制与图象处理等功能模块集成于一体，因而很容易制成单片摄象机（传感器和周边电路都集成在同一个芯片上）•CCD图象传感器的电荷传送路径一致，且使用同一个信号放大器，因而画面的整体均匀度、信噪比和灵敏度等指标均较高。而CMOS图象传感器则通常会因构成象素的光敏二极管的漏电流及信号放大器等所产生的杂波过大而影响到输出信号的信噪比和灵敏度28Honeywell-SecurityCMOS与CCD的区别CCD与CMOS简单介绍29Honeywell-SecurityCCD与CMOS的区别灵敏度分辨率噪声功耗成本反应速度CCD高高小大高慢CMOS低低大小低快CCD与CMOS简单介绍名词解释31Honeywell-SecurityCCD像素•CCD像素是CCD的主要性能指标。简单的说，所谓的像素，就是CCD上光电感应元件的数量，一个感光元件经过感光，光电信号转换，A/D转换等步骤以后，在输出的监视器上就形成一个点，我们如果把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”。像素数越多则意味着每一个像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。•总象素：795×596（47万象素）•有效象素：752×582（44万象素）有效象素周围的其他象素负责另外的工作，如决定“黑色是什么”。很多时候，并不是所有感应器上的象素都能被运用。32Honeywell-Security分辨率分辨率是用电视线（简称线TVLINES）来表示的。彩色摄象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。分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，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。33Honeywell-Security水平清晰度（电视线）•计算机领域：在计算机行业中经常使用组成图像的象素的多少来表示分辨率：水平象素数×垂直象素数。比如：VGA：640×480SVGA：800×600XGA：1024×768•视频领域：在视频领域，我们的习惯表示方法则不同，更习惯使用“每图像高度”的象素