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1、第五章第五章 摄像机的选择与调试摄像机的选择与调试 第一节第一节 摄像机基础知识摄像机基础知识第二节第二节 摄像机的主要技术指标摄像机的主要技术指标第三节第三节 摄像机的选择摄像机的选择第四节第四节 摄像机的安装调试摄像机的安装调试 一、诞生一、诞生 俄裔美国科学家兹沃雷金早在俄裔美国科学家兹沃雷金早在19121912年，他就开始研究年，他就开始研究电子摄像技术。电子摄像技术。19231923年发明电子电视摄像管年发明电子电视摄像管,1931,1931年兹沃雷年兹沃雷金终于制造出了令人比较满意的摄像机显像管。金终于制造出了令人比较满意的摄像机显像管。第一节第一节摄像机基础知识摄像机基础知识二、
2、发展历程二、发展历程大致经历了四个时期大致经历了四个时期1 1、2020世纪世纪30306060年代初，电子管时期年代初，电子管时期 特点：摄像机全部采用电子管电路，体积庞大，耗电多，笨重，绝大特点：摄像机全部采用电子管电路，体积庞大，耗电多，笨重，绝大多数为黑白摄像机机，图像质量不高多数为黑白摄像机机，图像质量不高多用于演播室。多用于演播室。 19361936年佐尔金的年佐尔金的“电视大炮电视大炮”2 2、2020世纪世纪6060年代初年代初7070年代末，晶体管和集成电路时期年代末，晶体管和集成电路时期 由于晶体管和集成电路技术的发展，由于晶体管和集成电路技术的发展， 摄像机的体积、重量和
3、各项电性能摄像机的体积、重量和各项电性能 指标取得了突破性进展指标取得了突破性进展节目范围节目范围 扩大。扩大。3 3、2020世纪世纪8080年代初年代初2020世纪世纪8080年代末年代末 大规模集成电路时期大规模集成电路时期. .这个时期由于大规模集成电路和微处这个时期由于大规模集成电路和微处理机控制技术的发展，使得摄像机的调整和控制基本实现理机控制技术的发展，使得摄像机的调整和控制基本实现了自动化。摄像机的功能和画面质量产生了新飞跃，并向了自动化。摄像机的功能和画面质量产生了新飞跃，并向数字化和固体化发展。数字化和固体化发展。4 4、2020世纪世纪9090年代以后年代以后 数字和数字
4、和CCDCCD摄像机时期这一时期广播级、专业级和家庭领域摄像机时期这一时期广播级、专业级和家庭领域的摄像机已全面实现数字化。的摄像机已全面实现数字化。CCDCCD摄像机完全淘汰了真空管摄像机完全淘汰了真空管摄像机，成为广播用摄像机的主流。摄像机，成为广播用摄像机的主流。三、彩色摄像机的基本工作原理三、彩色摄像机的基本工作原理利用三基色原理，将景物的光像分解为三副单色光像，利用三基色原理，将景物的光像分解为三副单色光像，然后由摄像器件完成光电转换，并经过视频通道进然后由摄像器件完成光电转换，并经过视频通道进行处理、校正和编码后形成所需要的复合电信号、行处理、校正和编码后形成所需要的复合电信号、分
5、量信号等。分量信号等。四、彩色摄像机的分类四、彩色摄像机的分类1 1、按照摄像机的用途分、按照摄像机的用途分 a a、广播用摄像机：主要用于广播电视系统，其技术指标高、广播用摄像机：主要用于广播电视系统，其技术指标高、图像质量好，价格昂贵，目前一般为三片图像质量好，价格昂贵，目前一般为三片2/3inCCD2/3inCCD摄像机。摄像机。 b b、专业用摄像机：主要用于电化教育、工业、医疗交通等、专业用摄像机：主要用于电化教育、工业、医疗交通等非广播领域。其体积小、重量轻，价格比较便宜，但图像非广播领域。其体积小、重量轻，价格比较便宜，但图像质量不高，现一般为质量不高，现一般为3 3片片1/2i
6、n1/2in或或1/3inCCD1/3inCCD摄像机。摄像机。 c c、家用摄像机：小巧灵活，价格低廉且多为摄录一体机，、家用摄像机：小巧灵活，价格低廉且多为摄录一体机，图像质量一般。图像质量一般。d d、特殊用途摄像机：主要用于航天探测、安防监视，视频、特殊用途摄像机：主要用于航天探测、安防监视，视频会议领域。会议领域。2.2.按照制作方式分类按照制作方式分类A A、ESPESP用摄像机用摄像机B B、EFPEFP用摄像机用摄像机C C、ENGENG用摄像机用摄像机3.3.按照摄像器件分类按照摄像器件分类A、摄像管摄像机、摄像管摄像机B、CCD摄像机摄像机C、COMS摄像机摄像机4.4.按
7、照信号方式分类按照信号方式分类A A、模拟摄像机、模拟摄像机B B、数字摄像机、数字摄像机五、摄像机的组成五、摄像机的组成五、摄像机的组成五、摄像机的组成1.1.光学系统：光学系统：分为摄像镜头、滤色片和分光棱镜分为摄像镜头、滤色片和分光棱镜 a.a.摄像镜头的作用是将摄取的景物光像成像于摄像器件的光摄像镜头的作用是将摄取的景物光像成像于摄像器件的光敏靶面上。（包含透镜敏靶面上。（包含透镜+ +遮光片）遮光片） b.b.将景物的入射光分解将景物的入射光分解 c.c.使进入摄像管彩色光的强度和光谱特性符合电视系统的要使进入摄像管彩色光的强度和光谱特性符合电视系统的要求。（中性滤色片、色温滤色片、
8、色彩矫正片）求。（中性滤色片、色温滤色片、色彩矫正片） 注意：不要直接拍摄太阳，要配备专门的滤色镜注意：不要直接拍摄太阳，要配备专门的滤色镜2 2、摄像管、摄像管CCDCCD（电荷耦合器）（电荷耦合器）摄像管摄像管CCDCCD是大规模集成电路制造的光电转换器件，摄像机的清晰是大规模集成电路制造的光电转换器件，摄像机的清晰度主要取决于度主要取决于CCDCCD像素的数目。像素的数目。CCD CCD 的组成主要是由一个的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。矩阵所组成。单单 CCDCCD摄像机的每个感光点上都要
9、加上红、绿、摄像机的每个感光点上都要加上红、绿、蓝三原色中其中一种色彩的滤镜，然后将每个感光点蓝三原色中其中一种色彩的滤镜，然后将每个感光点感测到的单一色彩讯号与邻近感光点的色彩讯号混合，例感测到的单一色彩讯号与邻近感光点的色彩讯号混合，例如红色感光点讯号混合邻近的蓝色及绿色感光点讯号，以如红色感光点讯号混合邻近的蓝色及绿色感光点讯号，以估计出原来的色彩。估计出原来的色彩。3 CCD3 CCD摄像机，就是以棱镜将三原色分别折射到三块摄像机，就是以棱镜将三原色分别折射到三块 CCDCCD上，上，三块三块 CCDCCD分别接收红、绿、蓝三色讯号，再将各分别接收红、绿、蓝三色讯号，再将各 CCDCC
10、D相同相同位置的感光点讯号混合而得出原有色彩。颜色当然准确自位置的感光点讯号混合而得出原有色彩。颜色当然准确自然得多然得多3.3.视频处理系统视频处理系统 将将RGBRGB三路基色信号按照所采用的制式，通过混合矩阵和三路基色信号按照所采用的制式，通过混合矩阵和平衡调制等电路处理，得到合乎标准的输出信号。平衡调制等电路处理，得到合乎标准的输出信号。4.4.寻像器与监视器寻像器与监视器 （1 1）作用快捷进行聚焦、变焦、选择光圈等工作；）作用快捷进行聚焦、变焦、选择光圈等工作； 便于选择合适的景物及场面、优化构图；便于选择合适的景物及场面、优化构图； 及时察看正在拍摄和已经拍摄的画面；及时察看正在
11、拍摄和已经拍摄的画面； 摄像机的工作状态在寻像器中显示，如：电子快门速度、摄像机的工作状态在寻像器中显示，如：电子快门速度、自动光圈补偿、场景照度显示、磁带、电池状况等。自动光圈补偿、场景照度显示、磁带、电池状况等。 （2 2）尺寸：便携式对角线为）尺寸：便携式对角线为1.51.5英寸，演播室或英寸，演播室或EFPEFP摄像摄像机的为机的为4-64-6英寸，家用的为英寸，家用的为0.70.7英寸左右。英寸左右。 （3 3）使用：信号耗损）使用：信号耗损（10%-15%10%-15%），因此导致的安全框，因此导致的安全框问题；耗电问题；亮度与对比度操作。问题；耗电问题；亮度与对比度操作。 （4
12、4）注意不要让阳光直射寻像器）注意不要让阳光直射寻像器 摄像机的性能指标是评价其质量的重要依据，也摄像机的性能指标是评价其质量的重要依据，也是选型购买的重要技术指标。是选型购买的重要技术指标。1 1、摄像机灵敏度、摄像机灵敏度反映摄像机对光线的灵敏程度反映摄像机对光线的灵敏程度表述一：通常指在一种标准的摄像状态下，摄像机所表述一：通常指在一种标准的摄像状态下，摄像机所得到额定输出（得到额定输出（700700毫伏）的光圈数值表示。毫伏）的光圈数值表示。表述二：在表述二：在2000Lux2000Lux照度条件下，得到额定输出（照度条件下，得到额定输出（700700毫伏）毫伏）摄像机的光圈值。摄像机
13、的光圈值。表述三：用最低照度来表示，即表述三：用最低照度来表示，即XX LuxXX Lux。第二节第二节摄像机的主要技术指标摄像机的主要技术指标请思考请思考1：有两台摄像机，同样处在标准状态下，一：有两台摄像机，同样处在标准状态下，一个光圈值是个光圈值是F5.6,另一个是另一个是F8.0，请问那台摄像机灵，请问那台摄像机灵敏度高？敏度高？请思考请思考2：有两台摄像机，同样处在：有两台摄像机，同样处在2000Lux照度下，照度下，一个光圈值是一个光圈值是F5.6，另一个是，另一个是F8.0，请问那台摄像机，请问那台摄像机灵敏度高？灵敏度高？2 2、摄像机、摄像机信噪比信噪比S/N指视频信号电平与
14、噪声电平之比指视频信号电平与噪声电平之比信噪比是区分不同档次摄像机的主要指标信噪比是区分不同档次摄像机的主要指标广播级一般在广播级一般在62dB以上；以上；专业级多在专业级多在56dB-60dB之间；之间；一般常见的在一般常见的在45dB-55dB之间之间注意：注意：此值一定要标明是在此值一定要标明是在AGC（自动增益控制）关（自动增益控制）关闭时的值。因为，当闭时的值。因为，当AGC打开时，会对小信号提升，打开时，会对小信号提升，使得噪声电平也直接提高。使得噪声电平也直接提高。3 3、摄像机分辨率、摄像机分辨率（分解力）（分解力）指摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，指摄像机摄取等间隔排列
15、的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线条数。在监视器上能够看到的最多线条数。4 4、摄像镜头的光圈、摄像镜头的光圈作用：控制镜头进光量的多少作用：控制镜头进光量的多少 关于光圈：关于光圈：（1 1）刻度：）刻度： 1.41.4、2 2、2.82.8、4 4、5.65.61616、2222相邻两档的光圈进光量相差一倍相邻两档的光圈进光量相差一倍光圈值越大，进光量越少（光圈值越大，进光量越少（ f5.6_f8 f5.6_f8 ）使用时可设置手动，也可以设置自动使用时可设置手动，也可以设置自动5 5 5 5、摄像机感光器件的尺寸、摄像机感光器件的尺寸、摄像机感光器件的尺寸、摄像机感光器件的尺寸
16、对于相同有效像素的感光元件，一般其尺寸越大，对于相同有效像素的感光元件，一般其尺寸越大，每个像素的单位面积也越大，感光性能就越好，就能每个像素的单位面积也越大，感光性能就越好，就能记录更多的图像细节。感光元件的尺寸有两种标示方记录更多的图像细节。感光元件的尺寸有两种标示方法，即光学格式（法，即光学格式（OF，OpticalFormat）和尺寸类）和尺寸类型。型。光学格式光学格式一般用感光元件的一般用感光元件的对角线长度比例对角线长度比例来表示，来表示，即即OF=对角线长度对角线长度/1英寸英寸=对角线长度对角线长度/16mm。需要。需要注意注意的是，这里的的是，这里的1英寸英寸并不等于通常的并
17、不等于通常的25.4mm，而是而是16mm，即感光元件为，即感光元件为12.8mm9.6mm时，它时，它是是1英寸感光元件。英寸感光元件。摄像机感光器件的尺寸摄像机感光器件的尺寸摄像机感光器件的尺寸摄像机感光器件的尺寸1英寸英寸-靶面尺寸为宽靶面尺寸为宽12.7mm高高9.6mm，对角线，对角线16mm2/3英寸英寸-靶面尺寸为宽靶面尺寸为宽8.8mm高高6.6mm，对角线，对角线11mm。1/2英寸英寸-靶面尺寸为宽靶面尺寸为宽6.4mm高高4.8mm，对角线，对角线8mm。1/3英寸英寸-靶面尺寸为宽靶面尺寸为宽4.8mm高高3.6mm，对角线，对角线6mm。1/4英寸英寸-靶面尺寸为宽靶
18、面尺寸为宽3.2mm高高2.4mm，对角线，对角线4mm。当镜头焦距近似等于摄像靶面对角线长度时则定为该机的标准镜头。当镜头焦距近似等于摄像靶面对角线长度时则定为该机的标准镜头。在在2/3英寸英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为摄像机中，标准镜头焦距定为11mm,在在1/2英寸英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为摄像机中，标准镜头焦距定为8mm,在在1/3英寸英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为摄像机中，标准镜头焦距定为6mm在在1/4英寸英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为摄像机中，标准镜头焦距定为4mm。6 6 6 6、摄像机感光器件的像素数、摄像机感光器件的像素数、摄像机感光器件的像素数
19、、摄像机感光器件的像素数像素数指的是摄像机感光器件的最大像素数，像素数指的是摄像机感光器件的最大像素数，有些给的是水平及垂直方向的像素数，如有些给的是水平及垂直方向的像素数，如500HX582V，有些是给了这两者的乘积，如，有些是给了这两者的乘积，如300万万像素。像素。像素数越多，图像的分辨率越高。像素数越多，图像的分辨率越高。7 7 7 7、摄像机的最低照度、摄像机的最低照度、摄像机的最低照度、摄像机的最低照度最低照度是指被摄景物的光亮度低到一定程度最低照度是指被摄景物的光亮度低到一定程度而使得摄像机的视频信号电平低到某一规定值时的而使得摄像机的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。
20、景物光亮度值。注意，注意，测定此数值时，一定要标明测定时使用的镜测定此数值时，一定要标明测定时使用的镜头的最大孔径。即最大光圈。头的最大孔径。即最大光圈。标准的最低照度要求视频信号电平为，降低到原值标准的最低照度要求视频信号电平为，降低到原值（700mV）的二分之一（）的二分之一（350mV）。）。8 8 8 8、摄像机的自动增益控制、摄像机的自动增益控制、摄像机的自动增益控制、摄像机的自动增益控制AGCAGCAGCAGC为了能在不同的景物照度下，保证摄像机的视为了能在不同的景物照度下，保证摄像机的视频信号输出电平达到频信号输出电平达到700mV，必须是摄像机的放大，必须是摄像机的放大器的放大
21、增益能够在较大的幅度范围内自动调节。器的放大增益能够在较大的幅度范围内自动调节。这就是这就是AGC的功能。的功能。9 9 9 9、摄像机的逆光补偿、摄像机的逆光补偿、摄像机的逆光补偿、摄像机的逆光补偿在逆光拍摄时，摄像机对整个视场中的某个子在逆光拍摄时，摄像机对整个视场中的某个子区域的平均信号电平进行区域的平均信号电平进行AGC控制的方法。控制的方法。数字摄像机可以将整个视场分为数字摄像机可以将整个视场分为16个图像子块，个图像子块，对每一个子块进行平均电平的检测，然后进行局部对每一个子块进行平均电平的检测，然后进行局部处理。其补偿效果好于模拟摄像机。处理。其补偿效果好于模拟摄像机。10101
22、010、摄像机的线锁定同步、摄像机的线锁定同步、摄像机的线锁定同步、摄像机的线锁定同步摄像机的线锁定同步（摄像机的线锁定同步（LineLock）是一种利用）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网纹干扰时，将此当图像出现因交流电源造成的网纹干扰时，将此开关拨到线锁定同步（开关拨到线锁定同步（L.L.）的位置，就可以消除交）的位置，就可以消除交流电源的干扰。流电源的干扰。第三节第三节摄像机的调试摄像机的调试CCD摄像机与镜头的配合原则摄像机与镜头的配合原则在选择在选择CCD摄像机与镜头的配合时首先要明确机械
23、接口摄像机与镜头的配合时首先要明确机械接口是否一致是否一致,尽量选用同一种工业标准的接口尽量选用同一种工业标准的接口,以免给安装带以免给安装带来麻烦来麻烦,其次要求镜头成像规格与摄像机其次要求镜头成像规格与摄像机CCD靶面规格一靶面规格一致致,即镜头标明的为即镜头标明的为1/3英寸英寸,则选用摄像机的规格也应为则选用摄像机的规格也应为1/3英寸。否则不能相互配合。英寸。否则不能相互配合。例如例如:使用使用1/3英寸摄像机英寸摄像机,还勉强可以装备还勉强可以装备1/2英寸镜头英寸镜头,此此时摄像系统显现的视场角要比镜头标明的视角小很多时摄像系统显现的视场角要比镜头标明的视角小很多;但但反过来把反
24、过来把1/2英寸镜头用于英寸镜头用于2/3英寸摄像机时英寸摄像机时,则图像就不则图像就不能充满屏幕能充满屏幕,图像边缘不是发黑就是发虚。图像边缘不是发黑就是发虚。当确定了摄像点位置后当确定了摄像点位置后,就可根据被拍摄的目标选择合就可根据被拍摄的目标选择合适的镜头了。选择的依据是拍摄的景物范围和亮度变适的镜头了。选择的依据是拍摄的景物范围和亮度变化的范围化的范围,同时兼顾所选摄像机同时兼顾所选摄像机CCD靶面尺寸。景物范靶面尺寸。景物范围决定使用定焦镜头还是变焦镜头围决定使用定焦镜头还是变焦镜头,变焦选择倍数多少。变焦选择倍数多少。亮度变化范围决定是否使用自动光圈镜头。亮度变化范围决定是否使用
25、自动光圈镜头。无论选用定焦镜头还是变焦镜头都要确定焦距无论选用定焦镜头还是变焦镜头都要确定焦距, ,为了获为了获得最佳的画面效果得最佳的画面效果, ,一般都应根据工程条件进行计算一般都应根据工程条件进行计算, ,根根据计算结果选用标称焦距的镜头据计算结果选用标称焦距的镜头, ,当标称焦距镜头的焦当标称焦距镜头的焦距与计算结果相差较大时距与计算结果相差较大时, ,应调查摄像机的安装位置应调查摄像机的安装位置, ,再再核算直至满意为止。核算直至满意为止。 摄像机与被拍摄目标有公式（摄像机与被拍摄目标有公式（1 1）（）（2 2 ）f=hf=hd/H d/H （1 1）式中式中f f为计算焦距为计算
26、焦距; ;H H为视场高；为视场高；h h为像场高（即为像场高（即CCDCCD靶面高）；靶面高）；d d为物距。为物距。f=wf=wd/W d/W （2 2） 式中式中W W为视场宽；为视场宽；w w为像场宽为像场宽( (即即CCDCCD靶面宽）。靶面宽）。例如例如: :某某CCDCCD摄像机采用摄像机采用1/31/3英寸靶面英寸靶面, ,用以拍摄有效范围为用以拍摄有效范围为2m2m2m2m的场景。的场景。摄像机安装于距被摄物体摄像机安装于距被摄物体7m7m处处, ,该摄像机需配多大焦该摄像机需配多大焦距镜头距镜头? ? 利用式利用式(1)(1)有有:h=3.6mm:h=3.6mmH=2mH=
27、2md=7md=7m因此因此:f=3.6:f=3.67/2=12.6mm7/2=12.6mm故可采用标称焦距为故可采用标称焦距为12mm12mm的定焦镜头。变焦镜头焦距的定焦镜头。变焦镜头焦距的计算与定焦镜头一样的计算与定焦镜头一样, ,只要最大和最小焦距能满足只要最大和最小焦距能满足视野要求即可。视野要求即可。当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择比计算值小的，这样视角还会大一些。比计算值小的，这样视角还会大一些。摄像机白平衡调整摄像机白平
28、衡调整在当前照明环境下，选择一标准白物体顺光在当前照明环境下，选择一标准白物体顺光放置在距离摄像机放置在距离摄像机3 3米左右处，调整摄像机镜米左右处，调整摄像机镜 头对准白色物体，通过推拉镜头使白色物体头对准白色物体，通过推拉镜头使白色物体充满画面，长按充满画面，长按W.TW.T钮，直到寻像器里提示钮，直到寻像器里提示OK,OK,调整完毕。调整完毕。 未经调校白平衡拍摄的画面未经调校白平衡拍摄的画面经调校白平衡拍摄的画面经调校白平衡拍摄的画面 调校白平衡的注意事项：调校白平衡的注意事项： a a 观察被摄体的光线条件（混合色光）观察被摄体的光线条件（混合色光） b b 特殊情况下，白墙、白衣
29、、镜头盖等都可以特殊情况下，白墙、白衣、镜头盖等都可以 当作标准白当作标准白 c c 拍摄现场光源色温一旦发生变化，白平衡拍摄现场光源色温一旦发生变化，白平衡 必须重新调整必须重新调整第四节第四节摄像机的安装调试摄像机的安装调试安装镜头安装镜头连接电源和信号线连接电源和信号线调整镜头光圈与对焦调整镜头光圈与对焦安装镜头安装镜头按照前面所述，选择符合视场要求的镜头，按照前面所述，选择符合视场要求的镜头，要注意的是镜头与摄像机的接口，是要注意的是镜头与摄像机的接口，是C C型接型接口，还是口，还是CSCS型接口。型接口。调整镜头光圈与对焦调整镜头光圈与对焦关闭摄像机上的电子快门及逆光补偿等开关，调整光圈关闭摄像机上的电子快门及逆光补偿等开关，调整光圈与对焦环。与对焦环。如果在光照度变化比较大的情况下，最好配接自动光圈如果在光照度变化比较大的情况下，最好配接自动光圈镜头，并使摄像机的电子快门置于镜头，并使摄像机的电子快门置于OFF;OFF;若是选用了手动光圈镜头，则将摄像机的电子快门置于若是选用了手动光圈镜头，则将摄像机的电子快门置于ONON，并在应用现场最为明亮（环境光照度最大）时，将，并在应用现场最为明亮（环境光照度最大）时，将镜头光圈尽可能开大并仍使得画面最佳（不过曝光）。镜头光圈尽可能开大并仍使得画面最佳（不过曝光）。结束：结束： 再见再见
