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1、摄像机知识培训1前言v本文针对安防营销和支持相关人员的。2v摄像机的发展v摄像机功能介绍v镜头相关v标准v方案3CCD的发展vCCDCharge Coupled Device 70年代受磁泡存储器的启发、作为MOS技术的延伸而产生v96年以前，模拟阶段v现阶段，模拟加数字阶段，如火如荼使用中下一阶段，数字阶段v未来：一定时间内半壁江山4CCD特性v了解摄像机特性的意义：在闭路电视监控工程设计与施工中，根据监视现场的实际情况来正确正确选配摄像机是非常重要的一环，只有充分了解CCD图象传感器的特性，才能针对监控现场的具体情况及用户实际需求正确配置性价比合适的摄像机。5光谱特性vCCD图像传感器具有
2、很宽的感光光谱范围，通常可延长至红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明，使摄像机清晰成像。但这种传感器在强光照射下易出现光晕及拖影。vCMOS就可以避免。6分辨率v是衡量摄像机优劣的重要参数，指当摄像机摄取等间距排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能分辨黑白相间的条纹。测试摄像机分辨率时必须使用两倍于分辨率的黑白还原设备。v常见分辨率：420TVL，480TVL，540TVL，600TVL，650TVLv分辨率的来历7像素数v是摄像机的最大像素数，有给出水平和垂直，如：500H494V，有给乘积
3、的，如300K像素。对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则意味着每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越高v分辨率和像素数没有直接的换算关系，均为摄像机质量参数，前者突出CCD信息采集的密集程度，后者突出DSP处理能力8暗电流v所有图象传感器都受暗电流的影响，起因于热激发产生的电子空穴对。光信号电荷的积累时间越长，影响越大。暗电流限制了CCD的灵敏度和动态范围，与温度的关系极为密切，每降低10，暗电流约减少50。v0 时效果最佳9灵敏度v一般用最低照度来表示，所谓灵敏度高是要求在很低的照度下也能输出较为清晰的图象。照度是反映光照强度的单位，物理意义是照射到单位面积上的光通量
4、。单位是每平方米的流明数，也叫勒克斯LUXv1lm/m2 =1luxv数值越小，表示需要的光线越少，摄像机也越灵敏。10动态范围v是要求具有把最小光量到最大光量产生的信号电荷成比例的收集到势阱内的能力，取决于势阱能收集的最大电荷量与由噪声确定的最小电荷量之差11信噪比（S/N）vSignal-to-Noise Ratio信号杂讯比，信噪比是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，信噪比的单位用DB来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高
5、。信噪比的典型值为4555db，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。12v摄像机的发展v摄像机功能介绍v镜头相关v标准v方案13CCD摄像机工作原理v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子输出一个标准的复合视频信号。14电子快门vES(Electronic Shutter)电子快门是相对于机械快门而言的，控制CCD摄像机传感器的曝光时间。摄像机的快门时间一般为1/50s-1/100000s，是连续变化的，摄像
6、机后板有开关，OFF时则把快门固定在1/50s。v工程上的简单测试方法：摄像机对着50LUX以下的场景（比如桌子底下），这时拨动开关，摄像机应该没有亮度变化15电子快门-续vLow-speed shutter：为了在低照度环境也能成清晰的图像，采用多场积累电子快门的方式，叫慢快门low-speed shutter或帧累积DSS。使CCD的电荷暂存，对场景进行多场曝光后再电荷转移，输出信号幅度得以提高，相当于提高了摄像机灵敏度。慢快门仅适用于非运动场景。为了防止快速运动物体的拖影现象，摄像机就应工作在很低的快门时间，但曝光时间短，输出信号低，图像变暗，则应增加镜头光通量。16背光补偿vBLC（B
7、ack-light Compensation)背光补偿功能应用场景：有一个很亮的背景区域，而要观察的主体处于亮场的包围中，画面一片昏暗，无层次。而摄像机检测到的信号平均电平并不低，AGC和ES都无法改进画面主体明暗度。是对某区域进行检测，通过求该区域的平均信号电平来确定AGC和ES的工作点。由于子区域的平均电平低，会调整AGC和ES使图像幅度提高，主体画面明朗。此时背景画面会更加明亮，但与主体画面的主观亮度差会大大降低，可视性得到改善。17宽动态功能vWDR(Wide Dynamic Range)宽动态功能：把画面平均分成若干个方形区域，并对每一个区域的平均亮度进行检测，如果这些区域的平均亮度
8、差别过大，则数字动态电路工作，有效缩小这些区域的亮度差，使过暗的景物能够清晰重现而又不致于使亮区域出现过载。v简单理解即加强型BLC18白平衡vAWB（Auto White Balance)自动白平衡就是使RGB三基色电压幅度相等。白平衡的调整是在一定范围内（2200K-9600K）进行，当光源色温变化很大时，无法满足，会出现些许偏色。如黄昏的夕阳，白织灯。vATW（Auto Tracing White Balance)自动跟踪白平衡技术能够明显改善彩色图像的重现效果。原理就是把画面分成相等的小方区域，并检测这些区域是否有白色，即使画面上有很小的一块白色，摄像机就能够自动跟踪并以它为基准对系统
9、的白平衡进行调整。它也有范围（3200K-9000K）。该模式不适用于环境光线复杂的场所，如DISCO厅19防色滚动vACR(Anti-color Rolling)防色滚动即是在人造光源的环境中，由于照明设备的工作频率，与摄像机的输出的频率不合拍而产生固定的差拍，表现的监视画面上会出现明暗变化的颜色整体漂移，这样使监视的人员容易引起视觉疲劳。原理就是把画面分成相等的小方区域，画面中如果有很小的一块白色，即以它为基准，并实时检测这些区域是否为白色，如果出现着色现象，则摄像机会调整输出频率，以达到与发光设备一致。20自动增益控制vAGC(Auto Gain Control)自动增益控制就是为了在不
10、同的景物照度下保证输出1Vp-p标准视频信号。在低照度时的灵敏度有所提高，但由于增益有所增大，噪声也会随着放大，所以这时画面上噪点也会比较明显。因此现在的摄像机灵敏度不会超过42dB。超过则画面被噪点覆盖，失去监控的意义了21负片vNegative 负片该功能是摄像机的一个附属功能，不能用于监控，是用于教学的，由于光学影印资料是负片，如相片底片，X光片，这样再经过摄像机还原则得到正常的图片。22镜像vMirror 镜像就是将监控到图像画面进行左右倒转，而非旋转。镜像是以中轴线为参考，进行左右对调。旋转是以画面中心为原点进行180翻转。有些摄像机还有上下倒转。镜像功能一般用于汽车倒车。23线性锁
11、定vLL(Line Lock)线性锁定就是给摄像机一个外部的电网频率，PAL为50Hz，NTSC为60Hz，使摄像机的工作场频与电网一致。从而达到视频输出与环境光源的工作频率同步来消除屏闪和颜色漂移。工作原理就是以环境电网频率为基准来调节摄像机的工作频率，电网频率与摄像机内的LC振荡电路形成负反馈。24遮蔽vPrivacy 遮蔽就是把画面分成若干个小区域，然后在预设的区域加上一幅不透明的小画面或打上马赛克来保护别人的隐私。25移动侦测vMD（Motion Detection）移动侦测工作原理就是把画面分成若干个小区域，每个小区域的前后两帧图像举行亮度信号的对比，如果亮度信号的变化量达到或超过预
12、先设置的灵敏度值，则摄像机输出ARLAM信号来控制外围报警设备。26电子放大vE-ZOOM 电子放大就是依据放大倍数在原始像素间作相应的扩充以及在两像素间填充对应的插补信号，这时摄像机的清晰度会有一定程度的下降。v电子放大后可以在对应的放大区域内实现电子云台，即水平和垂直移动取景。v对应有光学放大：光学放大：是依靠光学镜头结构来实现变焦，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远27伽玛校正伽玛校正v在电视和图形监视器中，显像管发生的电子束及其生成的图像亮度并不是随显像管的输入电压线性变化，电子流与输入电压相比是按照指数曲线变化的，输入电压的指数要大于电子束的指数。这说明暗区的信号要比实际情况更暗，
13、而亮区要比实际情况更高。所以，要重现摄像机拍摄的画面，电视和监视器必须进行伽玛补偿。这种伽玛校正也可以由摄像机完成。我们对整个电视系统进行伽玛补偿的目的，是使摄像机根据入射光亮度与显像管的亮度对称而产生的输出信号，所以应对图像信号引入一个相反的非线性失真，即与电视系统的伽玛曲线对应的摄像机伽码曲线，它的值应为1/r，我们称为摄像机的伽玛值。电视系统的伽玛值约为2.2，所以电视系统的摄像机非线性补偿伽玛值为0.4528数字降噪vDNR（Digital Noise Reduction ），数字降噪功能能够降低弱信号图像的噪波干扰。由于图像噪波的出现是随机的，因此每一帧图像出现的噪波是不相同的。数字
14、降噪通过对比相邻的几帧图像，将不重叠的信息（即噪波）自动滤出，从而显示出比较纯净细腻的画面。DNR手法，它从视频信号中将亮度信号(Y)和颜色信号(C)分离(Y/C分离)，分别对它们施与数字处理,将亮度信号中的杂质(飘飞粗涩)及颜色信号中的杂质(多余的颜色信息)去除。29数字降噪-续v另外，还有从每个影像的框架中的不同查出并除去杂质的3维数字降噪(3D-DNR)等手法。现在销售的产品一般是进行了Y/C分离之后，分别对Y信号，C信号进行3D-DNR的手法。v采用DNR功能的摄像机特点：v1、大幅提升灵敏度且在低照度时具有卓越 的图像效果v2、完全没有阴影效果v3、节约大量的存储空间30日夜功能vD
15、AY/NIGHT 日夜功能：目前行业有两种做法，1、用双波滤光片替换IR CUT滤光片，就是让850nm附近光线也能够进入传感器进行成像，从而提高灵敏度，2、使用机械的方式在光线弱时把IR CUT滤光片移除，采用MOVING FILTER从而使更多的光线进入摄像机成像，进一步提高灵敏度。附带的概念就是1、彩色转黑白，2、感应红外光31红外一体机vIR摄像机：由于监控的不间断性，工程上就要求摄像机能够在无光线的夜晚也较好还原场景图像，但目前传感器的灵敏度还不能满足这种要求，红外摄像机就诞生的。由于目前采用的滤光片是双波长滤光片，因此红外摄像机的使用应避免在强太阳光下使用。红外一体摄像机满足IP6
16、6。32v传感器简单介绍vCCD传感器相关v摄像机功能相关v镜头相关v标准v方案33v镜头是摄像机的第一道关口，他的作用是光信号（可见光与非可见光）成像在摄像机的CCD上34镜头分类v光圈种类：固定光圈，手动光圈，自动光圈v接口方式：C接口镜头，CS接口镜头，D接口镜头v焦距：固定焦距，手动焦距，电动焦距v驱动方式：DC镜头，VIDEO镜头v全波镜头，IR镜头，鱼眼镜头，针孔镜头，百万像素镜头等35镜头主要的参数v焦距（f值）: 从焦点到透镜中心的距离, 即焦距长度。 焦距长短与成像大小成正比 ，与视角大小成反比。 焦距长短与景深成反比 ，与透视感的强弱成反比。在这里引入一个行业里常用的术语“
17、该镜头是多少倍的”，这个倍数指的是该可变镜头最大尺寸和最小尺寸的商。如8.5-51mm的镜头，大概就是6倍。不同尺寸的镜头，最佳的成像距离。一般为镜头尺寸的1.5-2.0倍。36镜头主要的参数v光圈：用来调整摄像机的进光量，F表示镜头的孔径，较小的F值表示较大的光圈。v景深：当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都当清晰的。焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深 。37自动光圈镜头v自动光圈镜头的工作原理实际上就是根据视频信号电平的变化输出一控制电压，去驱动镜头中控制光圈的微型电动机（齿轮啮合）做正反向转动，从而调整光圈的大小，使摄像机输出的视频信
18、号保持在选定的标准电平上。有DC和VIDEO两种:VIDEO DRIVE AUTO IRIS接口使用3个针，即电源、视频、地DC DRIVE AUTO IRIS接口使用4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负即地38镜头光圈光圈的功能有： 1、控制通光量。2、控制景深。3、控制像质。39镜头镜面v球面镜片球面镜片：由图示可知镜面的中心范围为正常的成像焦距，而镜面边缘的光线折射 角度因受制于球面的形状而脱离正常的焦距轨道。所以此种镜片可接受的成像光线范围较小，F值较大，此结果将导致进入镜片的光线较小。v非球面镜片非球面镜片：透过镜面的中心与边缘的范围而进入摄影机的光线皆是一样的焦距，这将使得镜片
19、可接受的成像光线范围较大，F值较小，所以进入摄影机的光线较多。此结果将增加整体的感光度。40非球形镜片的优点：非球形镜片的优点：v1、消除球面差，提高成像质量 ；v2、获得更大通光量；v3、使镜头体积小、重量轻，并增强透光率；v4、改善镜片边缘部分光的折射率，消除光在镜头外缘过多折射引起的桶形失真。41v传感器简单介绍vCCD传感器相关v摄像机功能相关v镜头相关v标准v方案42欧洲工业产品防尘防水等级：IPXX防尘等级防尘等级(第一个第一个X表示表示)， 防水等级防水等级(第二个第二个X表示表示)0：没有保护 0：没有保护1：防止大的固体侵入 1：水滴滴入到外壳无影响2：防止中等大小的固体侵入
20、 2：当外壳倾斜到15度时，水滴滴入到外壳无影响3：防止小固体进入侵入 3：水或雨水从60度角落到外壳上无影响4：防止大于1mm的固体进入 4：液体由任何方向泼到外壳没有伤害影响5：防止有害的粉尘堆积 5：用水冲洗无任何伤害6：完全防止粉尘进入 6：可用于船舱内的环境 7：可于短时间内耐浸水（1m） 8：于一定压力下长时间浸水43v传感器简单介绍vCCD相关v摄像机功能相关v镜头相关v标准v方案44方案SS-11R:330TVLSS-1:330TVLSS-11X:480TVLSS-HQ1:520TVLSS-2WDR:480TVLSS-3WDR:520TVLEFFIO-E:650TVL45SS-11RH1、H2、RGV1-4、SUBVIDEO15V -7.5V 3.3V 5V46SS-11XH1、H2、RGV1-4、SUBVIDEO15V -7.5V 3.3V 5V 1.8V3.3V-5V47SS-HQ1H1、H2、RGV1-4、SUBVIDEO15V -7.5V 3.3V 5VCONTROL48SS-3WD+V1-4、SUBVIDEO15V -7.5V 3.3V 5V 2.5V 1.8VCONTROLH1-2 49EFFIO-EH1、H2、RGV1-4、SUBVIDEO15V -7.5V 3.3V 5VCONTROL50
