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1、深圳迪芬德电子科技有限公司,模拟监控基础认证培训教材（初级） 1V 1.00,Defender Electronic Of Hainans Office2011年7月,典型的模拟监控系统结构,典型的模拟监控系统结构,电视成像原理,闭路电视,什么是闭路电视？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,CCD与CMOS,CCD： Charged Coupled Device电荷耦合器CMOS： Complementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体,感光元器件,
2、CCD传感器（概念）,CCD基本概念 CCD是什么？ CCD（Charge Coupled Device）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。,CCD传感器(分类),CCD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。,CCD摄像机结构图,CCD摄像机结构图,CCD摄像
3、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： Digital Signal Processor；数字信号处理器 DSP里头包含了一颗 Decoder (A
4、/D Converter，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,CCD的种类,隔行传输式： Interline Transfer全转： Full Transfer,CCD种类,CCD的种类,CCD种类,隔行传输式（Interline Transfer） -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
5、制的电子快门工作动态范围小,CCD种类,全转（Full Transfer） -综合Full Frame和Interline Transfer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,监控系统常用CCD品牌,Sony CCD-中间少了门牙,Panasonic CCD-没有少门牙-金属线条比Sharp的粗,Sharp CCD-没有少门牙-金属线条比的Panasonic细,常用的CCD,Sony CCD的历史沿革,Total Area Liner,70,92,93,91,90,89,88,87,86,85,94,95,96,9
6、7,98,99,00,01,0,02,生 产 数 量,03,04,电荷耦合器件（Charge Coupled Device）,2004年 SuperExwave CCD,Sony CCD发展历史,Sony CCD,普通CCD,超级CCD,Sony CCD,Super CCD 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。,CCD技术,Sony的CCD,CCD技术,CCD传感器(SUPER HAD),Super HAD CCD是SONY公司开发的一种CC
7、D。HAD(HOLE-ACCUMULATION DIODE)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
8、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 SUPER HAD CCD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。,Exwave HAD,波长 nm,相对感光度,前代CCD和Exwave HAD光谱感光度比较,CCD与CMOS简单介绍,CCD传感器(EXVIEW HAD CCD),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“EXVIEW HAD
9、CCD”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“EXVIEW HAD CCD”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。,Exwave HAD,Exview HAD,Exview HAD CCD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，“EXVIEW HAD CCD”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
10、也可得到高亮度的照片。,超级 Exwave CCD,CCD与CMOS简单介绍,CMOS,互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor）-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,CMOS与CCD的区别,CCD与CMOS简单介绍,CCD传感器(与CMOS传感器的区别),1.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
11、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 2.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） 3.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
12、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,CMOS与CCD的区别,CCD与CMOS简单介绍,CCD与CMOS的区别,CCD与CMOS简单介绍,名词解释,CCD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。
13、总象素：795596（47万象素） 有效象素： 752582（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。,分辨率,分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的。彩色摄象机的典型分辨率是在420到600电视线之间，主要有420线、480线、540线、600线等不同档。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
14、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。,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：640480 SVGA：800600 XGA：1024768 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”的象素多少来表示水平清晰度，并称之为“电视线”。水平清晰度（电视线）的定义：在和屏幕高度相等的水平方向上可以显示的象素。在这种定义下，得到的清晰度就叫做“电视线”。,CCD摄像机的分辨率,CCD摄像机包含了信号源和处理电路
15、两部分。 在安防行业内，我们常把摄像机的CCD分辨率称之为解析度，比如我们常说的高解析度摄像机一般指的是752582象素 的CCD器件，也就是所谓的44万像素的CCD。 而往往对于安防行业使用的摄像机产品，其水平分辨率标称为TVL（电视线），这里实际上是在使用水平清晰度指标来衡量摄像机的参数。因为垂直清晰度（分辨率）由电视制式（PAL NTSC)决定，并不表示摄像机的性能。 我们往往使用专门的测试卡来测试摄像机的极限分辨率。但这是不客观和不科学的。,分辨率（测试方法）,分辨率的测试通常是用摄像机去拍摄分辨率测试卡，并通过波形监视器来读取数据的。具体方法如下：1）将分辨率测试卡置于标准测试灯光盒
16、上，距摄像机3m远。摄像机的视频输出端接示波器。2）景物照度设定为2000lx，光源色温设定为3200K和5600K。3）调节镜头焦距（或选配合适的定焦镜头并前后稍稍移动摄像机）使分辨率卡的图像充满监视器屏幕，并通过精确对焦使图像最清晰。,标准测试灯光盒,分辨率测试卡,3m,摄像机,75欧姆视频电缆,示波器,监视器,分辨率（分辨率测试卡）,中心水平分辨率,中心垂直分辨率,高线数摄像机的发展,CCD摄像机的分辨率除了与镜头的分辨率有关外，还和视频信号带宽（6MHz）、图像传感器的像素数 以及CCD的时钟频率和采样频率等等很多参数有关。我们可以使用像素数更多的CCD器件来获得更高的分辨率。 例如：某工厂提供处理带宽达到7Mhz以上的高效带通滤波器，可以提升摄像机的水平分辨率达到520线以上。,
