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1、光学影像转化为数字信号光学影像转化为数字信号charge coupled device （ccd） 电荷耦合器件。ccd 是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。 ccd 上植入的微小光敏物质称作像素（pixel） 。一块 ccd 上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。ccd 的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。ccd 在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵 ccd，即包括 x、y 两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性 ccd，它只有 x 一个方向，y 方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。ccd 它使用一种高感光度的半导体材
2、料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。ccd 由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当ccd 表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。，是英文 charge coupled device 即电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素。在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，
3、类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。衡量好坏的指标很多，有像素数量，ccd 尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及尺寸是重要的指标。像素数是指上感光元件的数量。摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响，因此，理论上的像素数量应该越多越好。但像素数的增加会使制造成本以及成品率下降，而且在现行电视标准下，像素数增加到某一数量后，再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显，因此，一般一百万左右的像素数对一般的使用已经足够了。单摄像机是指摄像机里只有一片并用其进行
4、亮度信号以及彩色信号的光电转换，其中色度信号是用上的一些特定的彩色遮罩装置并结合后面的电路完成的。由于一片同时完成亮度信号和色度信号的转换，因此难免两全，使得拍摄出来的图像在彩色还原上达不到专业水平很的要求。为了解决这个问题，便出现了摄像机。，顾名思义，就是一台摄像机使用了片。我们知道，光线如果通过一种特殊的棱镜后，会被分为红，绿，蓝三种颜色，而这三种颜色就是我们电视使用的三基色，通过这三基色，就可以产生包括亮度信号在内的所有电视信号。如果分别用一片接受每一种颜色并转换为电信号，然后经过电路处理后产生图像信号，这样，就构成了一个系统。和单相比，由于分别用个转换红，绿，蓝信号，拍摄出来的图像从彩
5、色还原上要比单来的自然，亮度以及清晰度也比单好。但由于使用了三片，摄像机的价格要比单贵很多。数码相机规格表中的 ccd 一栏经常写着“1/2.7 英寸 ccd”等。这里的“1/2.7 英寸”就是 ccd 的尺寸，实际上就是 ccd 对角线的长度。现有的数码相机一般采用 1/2.7 英寸、1/2.5 英寸和 1/1.8 英寸等尺寸的 ccd。ccd 是受光元件(像素)的集合体，接收透过镜头的光并将其转换为电信号。在像素数一样的情况下，ccd 尺寸越大单位像素就越大。这样，单位像素可以收集更多的光线，因此，理论上可以说有利于提高画质。但是，数码相机画质的好坏不仅是由 ccd 决定的。镜头以及通过c
6、cd 输出的电信号形成图像的电路的性能等也能够影响到相机的画质。所谓的“大尺寸 ccd高画质”是不正确的。例如，虽然 1/2.7英寸比 1/1.8 英寸尺寸小，但配备 1/2.7 英寸 ccd 的数码相机并没有受到画质不好的批评。现在，袖珍数码相机日趋小巧轻便，出于设计上的考虑，其中大多采用 1/2.7 英寸的小型 ccd。顺便说一句，1/2.7 英寸的“型”有时也写作“inch” ，不过，在这里不是普通的“1 英寸25.4mm” 。由于结合了 ccd 亮相前摄像机上使用的摄像管和显示方式，因此，习惯上采用比较特殊的尺寸。1/2.7英寸为 6.6mm，1/1.8 英寸约为 9mm。 ccd 摄
7、像机的选择和分类ccd 结构及工作原理来源于中国仪器超市（）的资料：ccd 结构包含感光二极管、并行信号寄存器、并行信号寄存器、信号放大器、数摸转换器等项目，将分别叙述如下；1. 感光二极管（photodiode）2. 并行信号寄存器（shift register）：用于暂时储存感光后产生的电荷。3. 并行信号寄存器（transfer register）：用于暂时储存并行积存器的模拟信号并将电荷转移放大。4. 信号放大器：用于放大微弱电信号。5. 数摸转换器：将放大的电信号转换成数字信号。ccd 的工作原理由微型镜头、分色滤色片、感光层等三层，将分别叙述如下；1. 微型镜头微型镜头为 ccd
8、的第一层，我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展 ccd 的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。2. 分色滤色片分色滤色片为 ccd 的第二层，目前有两种分色方式，一是 rgb原色分色法，另一个则是 cmyk 补色分色法这两种方法各有优缺点。首先，我们先了解一下两种分色法的概念，rgb 即三原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而 rgb 三个字母分别就是 red, green 和 bl
9、ue，这说明 rgb 分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说 cmyk，这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（c） 、洋红(m)、黄(y)、黑(k)。在印刷业中，cmyk 更为适用，但其调节出来的颜色不及 rgb 的多。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，大家可以注意，一般采用原色 ccd 的数码相机，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，但却牺牲了部分影像的分辨率，而在 iso 值上，补色 ccd 可以容忍较高的感光度，一般都可设定在800 以上3. 感光层感光层为 ccd
10、的第三层，这层主要是负责将穿过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。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
11、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，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。 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
12、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 6.4
13、mm*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、依供电电源划分 110vac（ntsc 制式多属此类） ；220vac24vac12vdc9vdc（微型摄像机多属此类） 。 6、按同步方式划分 内同步：用摄像机
14、内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。外同步：使用一个外同步信号发生器，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。 7、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
15、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 ccd 彩色摄像机的主要技术指标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。 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。 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
16、、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。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，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
