1、摄像机基础与应用,彩色摄象机原理方法框图,电荷耦合器件 CCD（ Charge Coupling Device ）原理,光电转换功能，, 电荷存储功能；, 电荷转移功能。,CCD 的性能特征：,CCD规格：,CCD摄象机的主要技术 参数,人们常常关心的是水平分辨力的高低，因为在同一电视制式 下， CCD 的档次虽有高低，但垂直 （ V ）方向像质数却相同， 而水平方向像素数却会有较大的不同。显然分辨力越高，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。 有三个主要特性决定摄像机的性能。第一是分辨率/清晰度， 第二是低光线灵敏度，第三是动态范围。,还有一个主要原因
2、素决定画面的清晰度，就是光栅增强信号， +/- 信号被加在视频信号的边缘，从而使画面的轮廓更加清晰。摄 面的清晰度最终取决于MTF（调制传递函数）调制深度，CCD摄 像机的画面轮廓看上去比视像管摄像机更清晰,是因为CCD摄像机 通过光栅增强进行了深度调制。,1、分辨率：,(水平像素数) x 75% = 分辨率近似值 示例 510 x 0.75 = 382.5 = 约合380线 670 x 0.75 = 502.5 = 约合500线 768 x 0.75 = 576 = 约合570线,水平分辨率取决于CCD的水平像素数,分辨率及清晰度黑白摄像机的水平分辨率,(水平像素数) x 75% = 分辨率
3、近似值,示例：510 x 0.75 = 382.5 = 约合380线,分辨率及清晰度彩色摄像机的水平分辨率,(水平像素数) x 75% x 85% = 分辨率近似值,示例 ： 768 x 0.75 x 0.85 = 489.6 = 约合480线,*注-1：彩色CCD摄像机需在CCD芯片的前面安装光学（晶体）低通滤光器， 以便最大程度地降低被摄物体的混叠。该滤光器会使水平分辨率降低大约15%,测量方法：,1、分辨率检测板+人眼观测 2、分辨率检测板+分析仪,2、信噪比及加权信噪比-S/N,是指信号基带频率上的总亮度信号与信号带宽内全部 噪声之比。彩色CCD摄象机S/N（加权的）大于48db，黑白
4、CCD摄象机S/N（加权的）大于50db，应属质量上乘的产品。,测量方法：1、使用带均方根电压指示的噪声测量仪。2、先进的视频仪器直接测量，显示屏显示测量结果。,3、最低照度,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,国家标准对彩色摄像机亮度灵敏度的特性说明为：“摄 像机产生的亮度输出电平为额定电平的一半时，物体的最小 照度。”拍摄条件规定相关色温为3100100K（卤钨灯照明） ，白平衡应手动或自动置于3200K，照度为2000lx5% 。,测（衡）量方法：测试是相当复杂的，涉及照明光源、照度计、色温计等光学测量，用户不可能进行准确的计量
5、。在选择摄像机时需弄清厂家的规定才能对给出的最低照度值有所比较。在不改变被观察的光的相关色温的情况下模拟物体照度的下降，可在摄像机镜头前加中性密度滤光片。增加中性滤光片的密度（D），直到视频输出电平减小到额定输出电平的一半（350mv）为止。,4、白平衡与色还原性,色还原性，即彩色图像与景物的原有色彩对人眼观 察的感觉是否一致,同样的景物，处在同样色温的光源的照射下，彩色摄像机在分色处理过程中，又能对彩色信号的亮度,最低照度取决于：CCD、DSP、镜头,这种调整的实质，是调节红绿蓝三路的增益， 保持摄像机拍摄白色（白纸白墙）景物时，三基色信 号电压幅度一致。,光照下人眼已有的习惯感觉，这种功能
6、称为白平衡。它有手调和自动两种方式。,测量方法：彩色摄像机色还原性测试往往利用彩条卡和肤色卡，肤色卡的人头像比彩条卡更能显现颜色的细微变化。对于用户来说，用摄像机实拍人像，是对其色还原性最方便的检验 。,自动跟踪白平衡：它能自动跟踪画面上小块的白色，作为白平衡的基准，只是要求这白色的小块能覆盖画面检测时划分的小方块就行（窗口）,色调（彩色类别）饱和度（颜色的纯度）施加影 响，改变一定色温光照下的色度，使其更加接近自然,CCD摄象机的主要附属功能,1、同步方式：,在每台摄像机内部都有自己的振荡器频率标准且按此频率标准产生同步定时信号，为各个部分电路提供同步的控制和驱动信号，这就是工作在“内同步”
7、状态。,如果多台摄像机同时工作，而要求图像同步切换，后接设备又没有同步跟综能力，就会出现显示画面不同步的现象，这就要求从同步信号发生器或相关设备的“SYNC OUT”接口端接入统一的同步信号到摄像机的“SYNC IN”。接“SYNC IN”端口的信号，是一个合成的同步信号，含有奇数场和偶数场的同步信息以及行同步信息，常常是0V5V的信号电平。,由于现在的多画面分割器多工产品都采用了有较强的同步能力的锁相跟踪电路技术，所以不会出现画面失步现象。,LL（电源锁定）功能：也就是说，只要把这些设备都用同一个交流电源供电，就可以实现同步的要求。,注：对大型矩阵系统，如果设备多杂，同步不可小视。,2、自动
8、增益控制（AGC）Auto Gain Control,为了在监视器观看时，尽可能保持在一定的亮度范围内，因此对亮度信号的处理就要用一个放大器，根据情况随时自动控制放大量，这就是所谓的自动增益控制（AGC）。,3、电子光圈、电子快门,AGC可控制的范围远不能满足环境照度动态变化范围的需要，还要从另外两条途径去加以解决： 调整CCD像素积累感生电荷的时间，从而控制电荷量，相当于照相机的底片以快门时间控制曝光量；（电子快门） 调整镜头的光圈，改变相对孔径，控制CCD感光面上光通量的大小这种调整可由摄像机对带自动光圈的镜头进行控制来完成（电子光圈）,ALC（自动光线控制）和AGC（自动增益控制）：为了
9、使视频信号保持在100 IRE，闭路监控摄像机采用了ALC（自动光线控制）和AGC（自动增益控制） 。,首先，当亮度达到F1.4，镜头光圈为最大口径时，使用ALC（自动光线控制）功能。当镜头光圈完全打开后，AGC（自动增益控制）就会发挥作用以保持100 IRE的视频信号 。,ELC（电子光线控制）和AGC（自动增益控制）： ELC（电子光线控制）是一种连续性快门。摄入的光线越亮，快门速度越快。最低快门速度为1/60，取决于NTSC制式。一旦快门速度达到1/60，AGC（自动增益控制）就会发挥作用以保持100 IRE，就像ALC（自动光线控制）一样。,4、背光补偿（BLC）Back Light
10、Control,所谓BLC：实质为根据图像的亮度，恰当的调整摄像机的增益和CCD的电荷积累时间（同电子光圈的作用）。不过这时所测的亮度，不是整幅图像的平均亮度，而是选定的某些部分（“窗口”）的亮度。,注：背光补偿功能与视频移动检测功能不可同兼,数字运动图像检测（DMD）：这一功能可以发现对比鲜明、有一定运动速度和几何尺寸的运动物体，并将这一功能用于视频报警中。,松下特色,一、Panasonic所研制的VD2Panasonic研制的VD2同步系统。VD2信号在纵向消隐,上进行多工，并与视频信号一起通过单同轴电缆传送到摄像机，从而使系统中的所有摄像机达到同步。,Panasonic 二、超级动态范围
11、摄像机技术原理,SuperDynamic,更宽的动态范围,更高的灵敏度,更好的图像质量,第二代超级动态技术原理简介,更宽的动态范围,动态范围（Panasonic的第二代超级动态）这一技术则是闭路监控领域的一项创新。Panasonic凭借其所获得的来自闭路监控市场的多方面的信息反馈，推出了第二代超级动态（SD-II）技术，引领了世界潮流。与现有的技术，包括第一代超级动态技术相比，SD-II技术带来了更为清晰卓越的图像。它不仅仅是一项技术上的进步，实际上，Panasonic开发出了一项全新的技术。和以往相比，它具有更多的特色和改进。关键性的突破主要有三点。第一是快门速度。最大快门速度从1/2000
12、提高到了1/4000，使动态范围更宽。第二是AGC（自动增益控制）。开发出了独立的AGC（自动增益控制）以及适合1/60和1/4000信号的拐点电路，从而可以再现对比度自然而柔和的画面。第三是消隐脉冲电平。通过对消隐脉冲电平进行优化补偿来降低强光饱和。SD-II采用高度先进的图像传感器，我们称之为双速CCD，以及特制的DSP芯片。该CCD传感器可以按照两种不同的速度读取图像信号的电荷。强光区有短信号，弱光区则有长信号。短信号的快门速度也从第一代超级动态技术的每秒1/2000提高了一倍，达到每秒1/4000。,摄像机镜头,镜头的类型,自动,镜头的选用,1根据摄像机CCD的尺寸，选择恰当的成像规格
13、的镜头,摄像机所使用的CCD芯片尺寸选镜头规格，最好二者一致。,1英寸大规格镜头配不同的小规格CCD摄像机时监视器显示的图像。摄像机CCD尺寸规格缩小，其分辨能力增加，即仅有中间的一部分字母被看到而且放大了。但总的场景只看到一部分，有效视场缩小了。就像质而言，是更好一些。因为所用到的是镜头的中心部分，中间部分透镜研磨加工往往更为精确些。,2所选镜头的安装接口尺寸应与CCD摄像机接口尺寸相符,CCD摄像机通常是CS接口，适用于CS接口或C接口的镜头。CCD摄像机如果限定为C接口，则只能使用C接口的镜头。,3由要求观察目标的距离和视场估算镜头的焦距f值,所选镜头的焦距等于或小于（尽可能接近）该f值
14、,f：镜头焦距；v和h：CCD靶面垂直尺寸和水平尺寸；D：镜头到目标距离；V和H：能看到的最大景物的垂直和水平尺寸,f选定之后，镜头的最恰当的观测距离和范围就决定了，此时可进一步选择比较F值，即光圈数的大小。对于F的考虑，与光照情况有关。如果光照不是很强时也希望图像较明亮，则应选用最小F数值小些的镜头。反之光照很强，则需F最大值大一些乃至光圈能完全闭合的镜头。,在使用中应注意所观察目标的景深问题。F值与景深成正比，F越大，景深越大。F又影响清晰度，F与清晰度成反比，F越大，清晰度越低。,4是否需用自动光圈镜头在自然光照下使用的CCD摄像机，其外界光照度的动态范围很大。在室内的工作场地，一般采用
15、灯光照明，即使自然采光，其照度也在200400lx范围。如果CCD摄像机是固定的，其方向不至于指向窗外的天空，仅凭其自身的电子光圈控制功能也就足够适应照度的变化了，无需采用带自动光圈或电动光圈的镜头。如它被安装在全方位云台上面，有可能指向室外天空时，照度值将会成百倍乃至成千倍的突然增加，此时就必需要使用带自动光圈控制或电动光圈控制的镜头。而在室外使用的CCD摄像机，一般都应用有自动光圈功能的镜头 。,如需要用带自动光圈功能的镜头，必须要注意控制镜头需要什么样的信号，摄像机以及系统中的镜头控制器具备什么样的自动光圈控制输出(视频信号或是DC电压)，二者必须匹配。,5是否需要变倍(变焦距)镜头在选择焦距f时，在我们计算的距离上可以看到的目标，正好在监视器屏幕上显示适当的大小。如果是活动目标，当离得很近时，就可能超过屏幕大小而看不到全貌，而离得很远时就可能在监视器上显示得太小而分不清细节。在这种需要远近都能清楚的观察目标的情况下，就必须考虑使用快速变焦距镜头。,
