摄像机基本原理及测试方法.ppt

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1、 摄像机基本原理及测试方法系统规划部摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(一一)摄像机的基本概念 摄像机又称摄像头或CCD（Charge Coupled Device）即电荷耦合器件。严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机（头）上已经有镜头。CCD的工作原理 CCD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，经过滤波、放大处理，通

2、过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(二二)CCD的特点 CCD电荷藕合元件感测器相对于CMOS 金属氧化物半导体感测器，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。普通CCD的简单鉴别方法 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

3、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。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(三三)CCD摄像机分类 按成像色彩划分 彩色摄像机：适用于景物细节辨别，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

4、黑白摄像机。 按分辨率/灵敏度划分 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500线的产品最普遍。 影像像素在38万以上的高分辨率型 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）摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(四四) 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

5、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。 按供电电源划分 110VAC（NTSC制式多属此类）， 220VAC （PAL制式多属此类），24VAC、12VDC或9VDC（微型摄像机多属此类）摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(五五) 按同步方式划分 内同步

6、：用摄像机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。 外同步：使用外同步信号发生器，将同步信号送入摄像机的外同步输入端。 功率同步（线性锁定，line lock）：用摄像机AC电源完成垂直推动同步。 外VD同步：将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。 多台摄像机外同步：对多台摄像机固定外同步，使每一台摄像机可以在同样的条件下作业，因各摄像机同步，这样即使其中一台摄像机转换到其他景物，同步摄像机的画面亦不会失真。 按照度划分，CCD又分为： 普通型 正常工作所需照度13LUX 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

7、照明，在没有光线的情况下也可以成像 按外观分： 有枪型、机板型、针孔型、半球型、子弹型、飞碟型、钱币型、灯饰型摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(六六)CCD彩色摄像机的主要技术指标 CCD尺寸 所谓尺寸亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸，现在1/3、1/4英寸的已普及化，1/5英寸和1/6英寸也已商品化。 CCD像素 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。 水平分辨率 彩色摄像机的典型分辨率是在320到

8、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330500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。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(七七) 最低照度 最低照度也称为灵敏度，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，

9、23Lux属一般照度，现在也有低于1Lux的普通摄像机问世。 扫描制式 有PAL制和NTSC制之分。 摄像机电源 交流有220V、110V、24V，直流为12V 或9V。 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。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(八八) 视频输出 多为1Vp-p、75，均采用BNC接头。 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。 CCD彩色摄像机的可调整功能同步方式的选择 内同步-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。 外同步-利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送

10、到摄像机的外同步输入端来实现同步。 电源同步-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。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(九九)自动增益控制 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，从而使摄像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像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。背景光补偿 通常，摄

11、像机的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。当背景光补偿为开启时，摄像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。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(十十)电子快门 在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄像机，则为1/50秒。当

12、摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。白平衡 白平衡只用于彩色摄像机，其用途是实现摄像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。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(十一十一)A、自动白平衡 连续方式-此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改

13、变而连续地调整，范围为28006000K。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，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。 按钮方式-先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，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230010000K，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。B、手动白平衡 开手

14、动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节，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。除次之外，有的摄像机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次命令。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(十二十二)色彩调整 对于大多数应用而言，是不需要对摄像机作色彩调整的，如需调整则需细心调整以免影响其他色彩，可调色彩方式有：红色-黄色色彩增加，此时将红色向洋红色移动一步。红色-黄色色彩减少，此时将红色向黄色移动一步。兰色-黄色色彩增加，此时将兰色向青兰色移动一步。兰色-黄色色彩减少，此时将兰色向洋红色移动一步。低照度摄像机的正确认

15、识低照度摄像机的正确认识 何谓照度？照度（LUX）数值达到多少为低照度？多少数值能适应摄取影像的周围环境？ 照度为一亮度单位，顾名思义，是指摄像机在摄取影像时，对周围环境照明亮度的需求，1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数规格中常见的最低照度（MINIMUM.ILLUMINATION），表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。摄像机及镜头知识摄像机及镜头知识(十三十三) 一般情况：夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000L

16、UX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM远处）1015LUX。 目前市场上标榜的低照度摄像机无论是厂商或是进口商，对低照度的定义众说纷纭，莫衷一是，彩色摄像机从0.0004LUX1LUX，黑白摄像机从0.00030.1LUX均有，（若搭配红外线，则均可达0LUX），这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准，而产生各说各话的情况。 行业内人士强调，照度能低到多少，不仅要看镜头的光圈大小（F值），更要看是在什麽条件限制下才能出现所标示的LUX值，否则只是流于数字的游戏罢了！以光圈大小（F值）而言，光圈愈大则其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外电子灵敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）是否提高，单一画面累积帧数为多少？红外线是ON还是OFF？等都应了解清楚，才不致被规格所标示的照度数值所混淆。低照度摄像机在中国市场的演进过程 低照度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快门（SLOW/SH