CCD攝像機與鏡頭的選用及配合

1、1 CCD攝像機與鏡頭CCD是電荷藕合器件（Charge Couple Device的簡稱，它能夠?qū)z入光線轉(zhuǎn) 變?yōu)殡姾刹⑵鋬Υ妗⑥D(zhuǎn)移，把成像的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，完成光電轉(zhuǎn) 移功能，因此是理想的攝像元件。CCD攝像機就是以其構成的一和中微型圖像傳感器。1.1 CCD攝像機的特點CCD攝像機具有體積小、重量輕、靈敏度高、壽命長、抗振動及不受電磁 干擾等特點。這也正是CCD攝像機比以前的攝像管式攝像機具有的最大優(yōu)點。衡量CCD攝像機性能的技術指標主要有以下幾個方面：（ 1）清晰度：一般多指水平清晰度。電視監(jiān)控系統(tǒng)水平清晰度要求彩色攝 像機在 300 線以上，黑白攝像機在 350線以上。（2

2、）靈敏度（也稱最低照度）:靈敏度用 勒克斯',（Lx）表示。如某一攝像機的最 低照度為0.1lx,其靈敏度一般0.1lx以上的攝像機為普通型；0.1lxi以下的攝像機為 星、月光級高靈敏度型 ,也稱作電子增感攝像機或夜視型攝像機。（3）信噪比:攝像機的圖象信號與它的噪聲信號之比，用 S/N表示。S表示攝 像機在假設元噪聲時的圖像信號值， N 表示攝像機本身產(chǎn)生的噪聲值 （比如熱噪 聲），二者之比即為信噪比，用分貝（dB）表示。信噪比越高越好，典型值為 46dB。（4）視頻輸出：一般用輸出信號電壓的峰一峰值表示，多為 1Vp-p 1.2Vp-p,即 1V1.2V峰-峰值負極性輸出，且為7

3、50復合視頻信號，采用BNC接頭（同步頭朝 下）。（5）CCD靶面尺寸：常見的CCD攝像機靶面大小分為：1英寸-靶面尺寸為寬12.7mmx高9.6mm,對角線16mm。2/3英寸-靶面尺寸為寬8.8mmx高6.6mm,對角線11mm。1/2英寸-靶面尺寸為寬6.4mmx高4.8mm,對角線8mm。1/3英寸-靶面尺寸為寬4.8mmx高3.6mm,對角線6mm1/4英寸-靶面尺寸為寬3.2mmx高2.4mm,對角線4mm。CCD攝像機靶面小，將能降低成本，因此1/3英寸及以下的攝像機將占據(jù)越來 越大的市場份額。除了上述幾種技術指標外 ,攝像機的供電電源分為直流和交流兩種供電型 式，常見的交流供電

4、電壓有,110V和24V,直流供電電壓有24V,12V和9V。攝像 機與鏡頭接口形式有C/CS型之分。掃描制式基本有兩種：PAL-B和NTSC另一個值得重視的指標是同步方式?，F(xiàn)代的CCD攝像機，大多采用相位可調(diào)線路鎖定的同步方式，即以交流電源頻率（50Hz作為用于垂直同步的參考值而代 替了攝像機的內(nèi)同步發(fā)生器。在切換攝像機輸出時 ,圖像元滾動 ,不會造成畫面失 真。此外還有一個外部調(diào)整的相位控制 （±90 ）,所以可獲得非常精確的同步。 1.2 攝像機鏡頭的分類和技術特性1.2.1 以鏡頭安裝方式分類與普通照相機所用卡口鏡頭不同，所有攝像機的鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像 機的鏡頭安裝

5、有兩種工業(yè)標準，即C安裝座和Cs安裝座。兩者之螺紋部分相同， 都是1英寸32牙螺紋座，直徑均為25.4mm。不同之處在于C安裝座從鏡頭安裝 基準面到焦點的距離是17.526mm;Cs安裝從鏡頭安裝基準面到焦點的距離則為 12.5mm。如果要將一個C安裝座鏡頭裝到一個CS安裝座攝像機上時，則需要使 用鏡頭轉(zhuǎn)換器，即C/CS調(diào)節(jié)圈。1.2.2 以鏡頭視場大小分類標準鏡頭 ：視角 300 左右,當鏡頭焦距近似等于攝像靶面對角線長度時 ,則定為 該機的標準鏡頭。在2/3英寸CCD攝像機中，標準鏡頭焦距定為16mm,在1/2英 寸CCD攝像機中，標準鏡頭焦距定為12mm,在1/3英寸CCD攝像機中，標準

6、鏡頭 焦距定為 8mm。廣角鏡頭 ：視角 550 以上,焦距可小到幾毫米 ,能提供較寬廣的視景。遠攝鏡頭 :視角 200 以內(nèi) ,焦距可達幾十厘米、幾十分米 ,這種鏡頭可在遠距離 情況下將拍攝的物體影像放大 ,但觀察范圍將縮小。變焦鏡頭 :又稱伸縮鏡頭 ,有手動變焦和電動變焦兩類 ,可對所監(jiān)視場景的視場 角及目標物進行變焦距攝取圖像 ,適合長距離變化觀察和攝取目標。變焦鏡頭的 特點是 :在成像清晰的情況下 ,通過鏡頭焦距的變化來改變圖像大小與視場大小。針孔鏡頭 :鏡頭端頭直徑僅幾毫米 ,可隱蔽安裝。針孔鏡頭或棱鏡鏡頭適用于 有遮蓋物或有特殊要求的環(huán)境中 ,此時標準鏡頭或容易受損、或容易被發(fā)現(xiàn)

7、,采用 針孔鏡頭或棱鏡鏡頭可滿足類似特殊要求 ,比如在工業(yè)窯爐及精神病院等場所。1.2.3 以鏡頭光圈分類鏡頭有手動光圈和自動光圈之分 ,手動光圈鏡頭適合于亮度變化較小場所 ,自 動光圈鏡頭因光照度發(fā)生大幅度變化時 ,其光圈亦作自動調(diào)整 ,可提供必要的動態(tài) 范圍 ,使攝像機產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的視頻信號 ,故適合于亮度變化較大場所。自動光圈有兩 類:一類是通過視頻信號控制鏡頭光圈 ,稱為視頻輸入型 ,另一類是利用機上直流電 壓直接控制光圈，稱為DC輸入型。1.2.4 從鏡頭焦距上分類短焦距鏡頭 :因入射角較寬 ,故可提供一個較寬闊的視景。中焦距鏡頭：即標準鏡頭，焦距的長度視CCD靶面的尺寸而定。長焦距鏡頭

8、 :因人射角較窄 ,故僅能提供一個狹窄的視景 ,適用于遠距離監(jiān)視。1.2.5 焦距和視場角焦距是從透鏡中心到一個平面的距離 ,在此平面可產(chǎn)生一個目標物之清晰影 像,通常用焦距值f表示。鏡頭焦距f、鏡頭到目標物的距離d、視野HXV之間的 關系如圖 1 所示。由此可知 ,鏡頭的焦距與視場角的大小成反比 ,即焦距越長 ,視場角越小 ;焦距 越短,視場角越大。 相對孔徑和光圈鏡頭的相對孔徑是鏡頭的人射膛 D與焦距f之比，它是決定鏡頭通光能力的 重要指標。式F=f/D表示，即光圈數(shù)。F值越小，頭上均標有其最大的F值，如 6mm/F1.距f為6mm,最大孔徑為4.29mm。對孔徑的平方成正比，對孔徑就應是

9、原來的在倍，倍。在鏡頭的標 環(huán)上常標有 1.4、2、2.8、4、5.16、22等檔。另一個值得注意的是景深問題 ,像機通過鏡頭 ,除了能把一還使該景物前后一 面上,這段范圍叫做景深。物距有關 ,焦距越短景深越大 ,距越近,景深越小。2 CCD攝像機與鏡頭的選配原則2.1 CCD攝像機的選用原則CCD攝像機與鏡頭的選用原則是根據(jù)使用場合、監(jiān)視對象、目標距離、安 裝環(huán)境及監(jiān)視目的來選擇所需的攝像機。一般來講 ,在保證攝像系統(tǒng)可靠性及基本質(zhì)量的前提下盡可能采用中低檔次 的攝像機和鏡頭 ,這一方面可以節(jié)省投資 ,另一方面 ,通常檔次越高的設備由于其造 價高產(chǎn)量必然較少，故相對來說可靠性指標比之中低檔次

10、產(chǎn)品要低，而維護使 用的費用及技術水平卻要求較高。作為電視監(jiān)控系統(tǒng)不能像電視臺那樣配備水 平較高的專業(yè)技術人員，因操作的限制，高檔次設備得不到高質(zhì)量畫面的例子 屢見不鮮的。彩色攝像機能辨別出景物或衣著的顏色，適合觀察和辨認目標細 節(jié),但造價較高 ,清晰度較低，若進行宏觀監(jiān)視 ,目標場景色彩又較為豐富 ,此時最 好采用彩色攝像機。從技術發(fā)展來看，彩色攝像機應用比重越來越大。黑白攝像機清晰度較高，靈敏度也高于彩色攝像機，但沒有色彩體現(xiàn)，所 以在照度不高 ,目標沒有明顯的色彩標志和差異，同時又希望較清晰地反映出目 標下,應選用黑白攝像機。球形攝像機，是科學技術發(fā)展?jié)B透到安全防范領域的代表之一，它是集

11、CCDS 像機、變焦鏡頭、全方位去臺及解碼驅(qū)動器于一體的新型攝像系統(tǒng),其在性能方面已實現(xiàn)了云臺的高速及無級變速運動、鏡頭變焦及光圈的精確預置、程序式的多預置設定 ,甚至運動過程中的焦功能，從而使攝像系統(tǒng)具備自動巡視和部分 自動跟蹤功能，從單純的功能型向智能型轉(zhuǎn)變。球形攝像機近年來被廣泛地應用在賓館、醫(yī)院、娛樂場所、營業(yè)場所及室 外等領域 ,尤其是行為與場景需要特別關注之處。帶視頻移動檢測報警功能的攝像機應用在銀行、博物館、軍事重地等領域 , 具有更有效、更完美的優(yōu)勢。2.2 CCD攝像機與鏡頭的配合原則在選擇CCD攝像機與鏡頭的配合時，首先要明確機械接口是否一致，盡量選用 同一種工業(yè)標準的接口

12、 ,以免給安裝帶來麻煩 ,其次要求鏡頭成像規(guī)格與攝像機 CCD靶面規(guī)格一致，即鏡頭標明的為1/3英寸,則選用攝像機的規(guī)格也應為1/3英 寸。否則不能相互配合。例如 :使用 1/3 英寸攝像機 ,還勉強可以裝備 1/2 英寸鏡 頭,此時攝像系統(tǒng)顯現(xiàn)的視場角要比鏡頭標明的視角小很多;但反過來把 1/2 英寸鏡頭用于 2/3 英寸攝像機時 ,則圖像就不能充滿屏幕 ,圖像邊緣不是發(fā)黑就是發(fā) 虛。當確定了攝像點位置后 ,就可根據(jù)監(jiān)視目標選擇合適的鏡頭了。選擇的依據(jù) 是監(jiān)視的視野和亮度變化的范圍，同時兼顧所選攝像機CCD靶面尺寸。視野決定 使用定焦鏡頭還是變焦鏡頭 ,變焦選擇倍數(shù)范圍。亮度變化范圍決定是否使用自 動光圈鏡頭。無論選用定焦鏡頭還是變焦鏡頭都要確定焦距 ,為了獲得最佳的監(jiān)視效果 ,一 般都應根據(jù)工程條件進行計算 ,根據(jù)計算結果選用標稱焦距的鏡頭 ,當標稱焦距鏡 頭的焦距與計算結果相差較大時 ,應調(diào)查攝像機的安裝位置 ,再核算直至滿意為 止。攝像機與被監(jiān)視目標有公式 (1)。f=v x d/V(1)式中 f 為計算焦距 ;V 為視場高 ;v為像場高(即 CCD靶面高);d 為物距。例如:某CCD攝像機采用1/3英寸靶面，用以監(jiān)視商場收銀臺，有效范圍為2mx 2m攝像機安裝于距收銀臺7m處,該攝像機需配多大焦距鏡頭？利用式（1）有:v=3.6mmV=2md=7m因止匕:f=3.6