攝像機基本參數(shù)及技術應用.ppt

攝像機基礎知識,2,模擬攝象機基本參數(shù)概述目錄,圖像傳感器CCD 鏡頭 圖像參數(shù) 電視信號 攝像機主要參數(shù) 攝像機的功能 鏡頭焦距的計算,3,圖像傳感器CCD,被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦在圖像傳感器CCD上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。CCD的尺寸用對角線長度表示，通常以像素為單位。,4,圖像傳感器CCD,CCD定義及尺寸,6,4.8,3.6,1/3,例如，Sony FCB-EX45C使用1/4inch Super HAD CCD，F(xiàn)CB-EX48CP使用1/4inch EXview HAD CCD，SUPER HAD CCD是高感光度CCD，EXVIEW HAD CCD是超高感光度CCD，可以有效利用普通CCD未能使用的近紅外線光（800900納米），使得可視光范圍擴充到紅外線，讓感亮度能大幅提高，它的感光效率比優(yōu)質的“super had高出了2倍。,5,圖像傳感器CCD,有效像素(Effective Pixels) 最高像素的數(shù)值是CCD的真實像素，通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是CCD實際能使用的像素值。如日立VK-S274ER,總像素為47萬，有效像素為44萬，CCD有一部分沒有參與成像。,6,鏡頭,鏡頭尺寸 鏡頭的成像尺寸與攝像機的靶面尺寸大小要一致。,7,鏡頭,焦距f 焦距決定了攝取圖像的大小，用不同焦距的鏡頭對同一位置的某物體攝像時，配長焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物占屏幕顯示的像素較大，反之，配短焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物占屏幕顯示的像素較小。Sony的FCB-EX45CP， f=4.1mm(WIDE)至73.8mm(TELE)；FCB-EX980P ，f=3.5mm(WIDE)至91.0mm(TELE),F1.6至F3.8。,8,鏡頭,光圈 F=f/D F代表光圈，f為焦距，D為鏡頭實際的有效孔徑，F(xiàn)標注在鏡頭光圈調整圈上，標稱值為F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64等序列值。F值越小，光圈越大，到達攝像機靶面的光通量就越大。比如，Sony的FCB-EX45CP光圈值為 F1.4至F3.0，F(xiàn)CB-EX980P 為F1.6至F3.8。,9,鏡頭,視場角 鏡頭的視野范圍，分為水平和垂直視場角。焦距影響視場角，焦距越大視場角越小，焦距越小，視場角越大。例如三洋攝像機VCC-MD800P，水平視場角57.8(近端) 1.7(遠端)，垂直視場角43.7(近端) 1.3(遠端)，近端視場角要遠大于遠端視場角。 最小工作距離 最小工作距離是景物距離鏡頭至少多遠能夠聚焦清楚物體，分為廣角端和遠端最小工作距離。例如FCB-EX980SP的最小工作距離為320mm(廣角端)至1500mm(遠端)。,10,圖像參數(shù),亮度 亮度是畫面總體的明亮程度，其值越大，畫面越明亮。通常使用從0%（黑色）至100%（白色）的百分比來度量。 銳度 銳度又叫“清晰度”，它是反映圖像平面清晰度和圖像邊緣銳利程度的一個指標。 對比度 畫面最亮的部分和最暗部分的比，其值越大，明暗對比越強（配合亮度調整，確保畫面整體層次豐富、清晰）。 色度 顏色的鮮艷程度，其值越大，色彩越鮮艷。,11,圖像參數(shù),灰度 灰度也可認為是亮度，簡單的說就是色彩的深淺程度?；叶葓D像而言，每個像素的亮度用一個數(shù)值（即灰度值）來表示，通常數(shù)值范圍在0到255之間，即可用一個字節(jié)來表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度級別。 色調 是對一幅畫面的整體顏色評價。一幅畫雖然用了多種顏色，但總體有一種傾向，是偏蘭或偏紅，是偏暖或偏冷等等。這種顏色上的傾向就是一副畫的色調。如右圖為紅色調、暖色調。 分辨率 圖像分辨率是指數(shù)字化圖像的大小,以水平和垂直的像素點表示。常見的圖像分辨率有640*480,800*600,1024*768。,12,圖像參數(shù),對比度設定：,對比度-弱,對比度-標準,對比度-強,銳度設定：,銳度-柔和,銳度-標準,銳度-銳化,色度設定：,色度-淡,色度-標準,色度-柔濃,13,電視信號,視頻信號分類 Y/C信號 Y/C信號即S-Video（Separate Video），就是將色度信號C 和亮度信號Y進行分離，再分別以不同的通道進行傳輸，極大地提高了圖像的清晰度。傳輸介質是4芯傳輸線。N制還是P制,14,電視信號,復合視頻（CVBS） CVBS是一種亮度/色度(Y/C)混合的視頻信號，傳輸介質為單根帶屏蔽的同軸電纜，終端電阻為75歐姆，常用的接頭為BNC接頭，蓮花（RCA接頭）。,15,電視信號,電視制式 目前世界上彩色電視主要有三種制式，即NTSC、PAL和SECAM制式。 NTSC制 NTSC制式, 即正交平衡調幅制式，美國、加拿大等大部分西半球國家以及中國的臺灣、日本、韓國、菲律賓等均采用這種制式。 PAL制 它采用逐行倒相正交平衡調幅的技術方法，西德、英國等一些西歐國家，新加坡、中國大陸及香港，澳大利亞、新西蘭等國家采用這種制式。PAL制式中根據不同的參數(shù)細節(jié)，又可以進一步劃分為G、I、D等制式，其中PALD制是我國大陸采用的制式。 SECAM制 又稱塞康制，順序傳送與存儲彩色電視系統(tǒng)，也稱行輪換調頻制式，主要應用于俄羅斯,前蘇聯(lián)和東歐國家以及部分非洲國家。,16,電視信號,TV制式 NTSCM PALD SECAM 幀頻（Hz） 30 25 25 行 / 幀 525 625 625 亮度帶寬（MHz） 6.0 4.2 6.0 彩色幅載波（MHz） 3.58 4.43 4.25 色度帶寬（MHz） 1.3(I)，0.6(Q) 1.3(U)，1.3(V) 1.0(U)，1.0(V),17,攝像機主要參數(shù),分辨率 分辨率指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器（應比攝像機的分辨率高）上能夠看到的最多線數(shù)，數(shù)值越大圖像越清晰。用電視線來表示，例如三洋攝像機VCC-MD800P的分辨率為540TV線。 信噪比 信噪比表示了信號與噪聲的比值，用S/N來表示，單位用dB表示 如果圖像的信噪比大，圖像的畫面就干凈，就看不到什么噪波的干擾（主要畫面中有雪花狀），人們看起來就很舒服；如圖像的信噪比小，則在畫面中會滿是雪花狀，就會影響正常的收看效果。目前攝像機的信噪比在50dB左右，例如Sony 的FCB-EX980SP信噪比為50dB.,18,攝像機主要參數(shù),最低照度 最低照度是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到標準值為0.7Vp-p的1/3到1/2時景物光亮度值。最低照度的測定值要在一定光圈系數(shù)的前提下，考慮電子快門的速度和其他條件進行測定。例如FCB-EX980SP，最低照度在四種情況下進行測定：2.0Lux (F1.6,1/50秒)，0.14Lux (F1.6,1/3秒)，0.7Lux (ICR-ON，F(xiàn)1.6,1/50秒)，0.05Lux (ICR-ON，F(xiàn)1.6,1/3秒 )。 同步方式 攝像機的同步方式一般有內同步、電源同步和外同步。 內同步（INT）是利用攝象機內部的晶體振蕩電路產生同步信號來完成操作。 電源同步（LL，Line Locked），也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝象機的交流電源來完成垂直推動同步，即攝象機和電源零線同步。 外同步（EXT）利用一個外同步信號發(fā)生器產生的同步信號送到攝象機的外同步輸入端來實現(xiàn)同步。,19,攝像機的功能,光學變倍Optical Zoom 通過鏡片的移動來實現(xiàn)景物的放大與縮小。例如FCB-EX980SP光學變倍36倍。,20,攝像機的功能,數(shù)字變倍 數(shù)字變倍是攝像機內部的處理器通過算法放大一部分像素的面積，而使圖像放大。數(shù)字變倍會損失圖像的信息，圖像清晰度下降，如果數(shù)字變倍過大，會出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。Sony攝像機的數(shù)字變倍為12倍。,21,攝像機的功能,電子快門 電子快門（ Electronic Shutter ）是控制 CCD 圖像傳感器的感光時間。電子快門速度越低感光時間越長，圖像的靈敏度高，但會出現(xiàn)慢動作和拖尾現(xiàn)象；電子快門速度增加，降低攝像機的靈敏度，但會增加拍攝移動物體的動態(tài)分辨率。例如FCB-EX980SP電子快門速度為1/3 1/10,000秒，20檔。 曝光模式（Exposure） 曝光量影響圖像的質量，曝光量與快門速度（決定感光時間）與光圈大?。Q定感光面積）有關。曝光模式就是攝像機采用光源的方式，分為快門優(yōu)先、光圈優(yōu)先、手動曝光和自動曝光。例如Sony攝像機的曝光模式分為自動、手動、優(yōu)先模式。 快門優(yōu)先模式 手動設定快門速度，由攝像機根據設定的快門速度自動選定光圈大小。 光圈優(yōu)先模式 手動設定光圈大小，由攝像機根據設定的光圈大小自動選擇快門速度。 手動曝光模式 手動完成快門速度和光圈大小的調節(jié)。 自動曝光 由攝像機根據環(huán)境的照度、景物的亮度自動選擇合適的快門速度和光圈大小.,22,攝像機的功能,曝光補償 曝光補償也是一種曝光控制方式，如果環(huán)境光源偏暗，即可增加曝光值以突顯畫面的清晰度。左面為曝光補償為0時拍攝，右面為曝光補償+1時拍攝的，圖像的亮度明顯增加。,23,攝像機的功能,自動增益（AGC） 通過檢測視頻信號的平均電平，在較大范圍內調節(jié)內部電路放大器的增益，使攝像機在不同景物照度下都能夠輸出標準的視頻信號。這種電路是自動增益控制電路，這種調節(jié)為自動增益控制。 背光補償（BLC） 背光補償也稱逆光補償，它可以有效補償攝像機在逆光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。適用于很亮的背景區(qū)域和很暗的前景目標，主要有中心測光和多點測光兩種方式。如三洋攝像機VCC-MD800P有中心測光和多點測光。,24,攝像機的功能,無背光補償,普通背光補償,理想的背光補償,25,攝像機的功能,超寬動態(tài)（WDR） 超寬動態(tài)是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色。例如，下面的圖像，室內照度為100Lux，外面風景的照度是10,000Lux，對比就是10,000/100=100:1。人眼能處理1000:1的對比度，所以人眼很容易看清楚室內和室外的影像。只具有3:1動態(tài)范圍的攝像機不能同時得到室內和室外清楚的影像，而寬動態(tài)攝像機比傳統(tǒng)攝像機的對比度超出了幾十倍。當打開超寬動態(tài)時，攝像機對室內景物和室外景物分別進行完美曝光，然后疊加這兩次曝光的影像，得到清晰的圖像。日立攝像機具有超寬動態(tài)功能。,過度暴光室外影像被清除 暴光不足室內影像變黑 寬動態(tài)攝像,26,攝像機的功能,白平衡（WB） 物體顏色會因投射光線顏色產生改變，在不同光線的場合下拍攝出的照片會有不同的色溫。在鏡頭的下面有白平衡感測器，自動的感知周圍環(huán)境，從而調整色彩的平衡，對攝像機輸出的信號進行一定修正的過程就叫做白平衡（White Balance）的調整。調整的原理是通過調整藍、綠、紅的放大比例，使影像中藍、綠、紅的比例相同。例如，若景物的白色偏藍，白平衡調整就減弱藍電路的放大，增加綠和紅的比例，使所成影像依然為白。白平衡分為自動白平衡、自動跟蹤白平衡、室內模式、室外模式和手動白平衡。 自動白平衡（Auto） 攝像機根據鏡頭和白平衡感測器的光線情況，自動探測出物體的色溫值，由白平衡自動控制電路自動將白平衡調到合適的位置，色溫范圍在30007500K。 自動跟蹤白平衡（ATW） 自動跟蹤白平衡（Automatic Tracking White balance），是隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調整，范圍為200010000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是最適宜的，使色彩表現(xiàn)自然，但是會出現(xiàn)延遲。,27,攝像機的功能,室內模式（Indoor） 以3200K的色溫為白色基準進行拍攝，通常用于陰雨天和室內時選擇室內模式，白平衡功能則會加強圖像的藍色，以此來校正顏色的偏差。,28,攝像機的功能,室外模式（Outdoor） 以5800k的色溫為白色基準進行拍攝，適用于陽光明媚的室外拍攝，白平衡功能會加強圖像的黃色，以此來校正顏色的偏差。,29,攝像機的功能,手動白平衡（Manual） 手動白平衡關閉自動白平衡，通過手動調節(jié)紅色或藍色調整裝置，以改變紅色或藍色狀況，如增加或減少紅色各一個等級、增加或減少藍色各一個等級。,30,攝像機的功能,隱私遮蔽 隱私遮蔽就是將需要保密的區(qū)域（例如銀行的密碼）用遮蔽區(qū)域遮擋起來，在高速球運動的過程中，球機做水平/上下變倍控制時，遮蔽塊就能夠很好的隨著球機的移動而移動，無論攝像機處于何種傾斜角度，遮蔽塊都要很好的將目標遮住。,31,攝像機的功能,電子翻轉 對圖像進行電子翻轉，使圖像符合人眼的平視位置，正確在監(jiān)視器上顯示。例如，在球機應用中，如果一個被跟蹤的對象在球機下方移動，為獲得正確的顯示，可對圖像進行翻轉。,32,攝像機的功能,幀積累 就是把多個幀疊加為一幀，等效于加強圖像的亮度，但由于單位時間內幀數(shù)少了，必然產生動畫和拖尾現(xiàn)象，適用于靜態(tài)場景，這種功能也叫做電子慢快門（Digitial Slow Shutter,