摄像机知识

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1、摄像机基础知识在闭路监控系统中，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。摄像头的主要传感部件是CCD,它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗 磁场、体积小、无残影等特点，CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称, 它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发

2、生变 化，因此是理想的摄像元件。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，通过摄像头的输出端口输出一个标准的复合视频信号。这 个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以 也可以录像或接到电视机上观看。CCD 摄像机的选择和分类 CCD 芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。目前市 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。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

3、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420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。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。1/3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

4、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），220VAC, 24VAC。12VDC 或9VDC （微型摄像机多属此类）。6、按同步方式划分 内同步：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：（很少用）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

5、.01LUX 以下 红外型 采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像8、按外观分：有机板型、针孔型、半球型。CCD彩色摄像机的主要技术指标(1) CCD 尺寸 亦即摄像机靶面。现在以1/3 英寸，1/4英寸为主(2) 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。简单的说，我们通常所说的像素，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

6、以后，在输出的照片上就形成一个点，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”(Pixel)。有效像素(Number of effective pixels)就是CCD总的像素中除去边框光学黑体部 分的像素。例如目前为主流的1/3 , 1/4 的CCD芯片，对PAL制来说，480TV Lines 即有效像素 752 (H)X582 (V)(约 44 万像素)和 420TV Lines 500 (H)X582 (V) (约 29 万像素).(3) 水平分辨率彩色摄像机的典型分辨率是在 320到550电视线之间，主要有3

7、80线、420 线、480 线、520线、540线等不同档次。 分辨率是用电视线(简称线TV LINES)来表示的， 彩色摄像机的分辨率在320550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。分辨率或称分解率，指的是单位长度中，所表达或撷取的像素数目，关系图像清晰 的程度，严格来说，在监视器上观察的图像效果，是与整个系统有关的综合结果。镜 头的性能，传输通路包括其他中转设备的影响，监视器(电视机)的好坏，都将对最 后显示的图像效果起作用。分辨率的衡量，按现行的国际，国内标准

8、，是以电视线(TVL)的多少来表示的。垂 直分辨率是指在垂直方向上满屏的范围内，能分清的水平黑白条纹总数，称为垂直电 视线(VTVL)数。在水平方向上与屏幕垂直方向尺寸相等的范围内，能分清的垂直黑 白条纹总数，称为水平电视线(HTVL)数，表示水平分辨率(Horizontal Resolution)。人们常常关心的是水平分辨率的高低，因为同一电视制式下，CCD的档次虽有高低， 但垂直(V)方向像素数却相同，例如有效像素752 (H) x582 (V)与500 (H) x582 (V)， 垂直分辨力因而就是基本上相同的，都是582。而水平方向像素数却会有较大的不同(500，752或其他)。显然，

9、分辨率越高，也就是水平电视线数越多，这是与CCD在水 平方向上的像素数的多少直接相关的。(4)最小(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，23lux属一般照度，现在也有低于1lux的普通摄像机.最低照度是人们评价摄像机对亮度灵敏程度的一个指标。该数字越低，说明摄像机灵 敏度越高，性能越好。但最低照度值是在一定的条件下测定的，必须结合相应的测量 条件和标准来比较和衡量，仅凭给出的最低照度值，不能简单的得出两种摄像

10、机亮度 灵敏度谁优谁劣的结论。最低照度定义为：“摄像机输出端之视频信号幅度降至某一规 定值时，在特定景物上的照度。”测量方法是用色温*为2856度K的光源（相当100W钨 丝灯）照明，特定的景物即GB6996.12灰度测试图，所用镜头光圈（有效孔径）处于最 大位置,调节光源照度，用示波器监视输出的视频信号幅度。当黑电平至白电平的幅度 降至70mv （正常标准幅度的10%）时光源在测试图上的照度即为最低照度。（5）伽马（丫）校正 电视系统中，为补偿接收端阴极射线管显示器亮度的非线性特性，在摄像机电路中所做的一种预先校正，称为伽马校正。电视显示用阴极射线管的特性为指数函数，即 气二AV Y，其指数

11、丫约为2.22.5（各国不同型号的显像管不完全相同），这种非线性 由摄像机的伽马校正来补偿 电视系统经伽马校正后如实的反映了景物的亮度信息，黑白层次及颜色深浅上不会有 大的失真.在摄像机的技术参数中，伽马校正往往以1/丫的数值给出，如伽马校正指数为0.45, 实则为Y =2.2（6）扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。制式，是指一定的技术规格或标准。在电视系统中，不同制式的主要差别在扫描方 式PAL （Phase Altermation by Line正交平衡调幅、逐行倒相制式）是用50Hz交流电的国 家采用的一种彩色电视视频标准。此标准用于大多数欧洲国家、澳大利亚、中美、新 加坡、中国大陆

12、、香港、新西兰和南美部分地区。PAL格式为，每秒25帧（25 Hz）、 分辨率为 625 扫描线（行）。NTSC 正交平衡调幅制式，由美国国家电视系统委员会制定（ National Television Systems Committee ），简称NTSC制。NTSC也是一种视频标准，广泛用于美国、加拿 大、日本以及中美和南美部分地区。NTSC格式为每秒三十帧（30 Hz）、分辨率为525 扫描线（行）。（7）摄像机电源。交流有220V、110V、24V,直流为12V或9V。（8）信噪比。典型值为48db，若为50db,贝溜像有少量噪声，但图像质量良好；若 为60db，则图像质量优良，不出现噪

13、声。信噪比一S/N Ratio是在电视信号基带频率（不是载波频率）上，不包括同步信 号在内的总亮度信号与在电视信号带宽内的噪声均方根电压之比。即S/N=20Log电 视信号幅度（伏）/噪声电压均方根值（伏）分贝（dB） 电视信号幅度按标准白亮度电平700毫伏计算，因而得出S/N=20Log700mv/VN rms mv （dB）摄像机的视频信号，S/N大于等于45dB，其图像在监视器上观察都有相当满意的效 果。(9)视频输出。多为1Vp-p、75Q，均采用BNC接头。2、CCD彩色摄像机的可调整功能(1) 自动增益控制 所有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

14、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。(2) 背景光补偿 通常，摄像机的 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

15、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。(3) 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

16、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。(4) 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.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