攝像機基礎培訓Word版

1、攝像機基礎培訓（一）一、CCTV電視監(jiān)控綜述CCTV電視監(jiān)控系統(tǒng)由：前端部分（攝像機、鏡頭、云臺、解碼器、防護罩、支架等）、傳輸部分（同軸電纜、光纖、電話線、網(wǎng)線、無線等）、中心控制部分（矩陣主機、控制鍵盤、多媒體等） 、顯示記錄部分（監(jiān)視器、畫面分割器、畫面處理器、錄像機等）四大部分組成。電視監(jiān)控用攝像機按攝像器件劃分為電真空攝像器件(即攝像管)攝像機和固體攝像器件(CCD器件、CMOS器件)攝像機兩大類。電真空攝像管開發(fā)早、種類多，但成本高，體積大。目前已被一般電視監(jiān)控系統(tǒng)選用的固體攝像器件所代替。后者是近年發(fā)展起來的一類新型攝像器件，它的優(yōu)點是：惰性小、靈敏度高、抗強光照射、幾何失真小、

2、均勻性好；抗沖振，沒有微音效應；小而輕、壽命長。電視監(jiān)控用攝像機目前正朝著小型化、輕量化、廉價化，并提高圖像質(zhì)量、增加操作功能的方向發(fā)展。二、CCD 與 CMOS 比較固體攝像器件攝像機依材質(zhì)可分為下列幾種:a. CMOS : 省電，便宜，照度不好b. CCD : 主流（Charge Coupled Device ，感光耦合組件）為數(shù)字相機中可記錄光線變化的半導體 ) ，（Complementary Metal-Oxide Semico

3、nductor，互補性氧化金屬半導體）            CCD                            CMOS照度  50.001Lux  153Lux分辨率   330600&

4、#160;TV Lines  330420 TV Lines對比  較佳              較差解像度  較佳             較差顏色像位  可調(diào)整          &#

5、160;   不可調(diào)整色彩濃度  較濃(可調(diào)整)  較淡(不可調(diào)整)噪聲比   48dB                  46dB電子快門1 / 10  1/601/100,000 sec  1/601/2,000 sec消耗功率 70300mA    2050mA1、CMOS攝像機CMOS傳感器的感光度一般在6到1

6、5Lux的范圍內(nèi)，CMOS傳感器有固定比CCD傳感器高10倍的噪音，固定的圖案噪音始終停留在屏幕上好像那就是一個圖案，因為CMOS傳感器在10Lux以下基本沒用，因此大量應用的所有攝像機都是用了CCD傳感器，CMOS傳感器一般用于非常低端的家庭安全方面。但有2個例外，CMOS傳感器可以做得非常大并有和CCD傳感器同樣的感光度，CMOS傳感器非?？焖伲菴CD傳感器要快10到100倍，因此非常適用于特殊應用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高幀攝像機。CMOS傳感器可以將所有邏輯和控制器都放在同一個硅芯片塊上，可以使攝像機變得簡單并易于攜帶，因此CMOS

7、攝像機可以做得非常小。CMOS攝像機盡管耗能與CCD攝像機同等或者略高，但是CMOS傳感器使用很少的芯片如CDS、TG和DSP，所以同樣尺寸的總能量消耗比CCD攝像機減少了1/2到1/4。盡管CCD表示“電荷耦合器件”，而CMOS表示“互補金屬氧化物半導體”，但是不論CCD或者CMOS對于圖像感應都沒有用，真正感應的傳感器稱做“圖像半導體”，CCD傳感器和CMOS傳感器（暫且如此稱呼）實際使用的都是同一種傳感器“圖像半導體”，圖像半導體是一個P N結(jié)合半導體，能夠轉(zhuǎn)換光線的光子爆炸結(jié)合處成為成比例數(shù)量的電子。電子的數(shù)量被計算信號的電壓，光線進入圖像半導體得越多，電子產(chǎn)生的也越多，從傳感器輸出的

8、電壓也越高。CCD稱為“電荷耦合器件” ，CCD實際上只是一個把從圖像半導體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。CMOS稱為“互補金屬氧化物半導體”，CMOS實際上只是將晶體管放在硅塊上的技術，沒有更多的含義。傳感器被稱為CMOS傳感器只是為了區(qū)別于CCD傳感器，與傳感器處理影像的真正方法無關。CMOS傳感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)變成電壓信號，因此就非?？臁＿@個優(yōu)點使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，高幀速度能達到400到2000幀/秒。2、CCD耦合攝像機、耦合式攝像機現(xiàn)有技術及原理 被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積累相應比例的

9、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(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。無論彩色攝像機還是黑白攝像機，都是通過CCD本身的電子掃描將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺涔怆娹D(zhuǎn)變的器件都是采用了CCD器件，CCD是電耦合器件（Charge Couple Device）的簡稱，因此也稱為耦合攝像機。它是通過采用HYPER HAD（HOLE ACCUMU-LATED DIODE，空穴累積二極管）CCD技術。當被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積聚相應的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示

10、一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過濾波、放大、整形、DSP（數(shù)字信號處理）等一系列處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標準的復合視頻信號。這個標準的視頻信號同家用的錄像機、VCD機、家用攝像機的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機上觀看。耦合攝像機的主要傳感部件是CCD，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長、抗震動、抗磁場、體積小、無殘影等特點，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛Υ婕稗D(zhuǎn)移，也可將儲存之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝像元件。是代替攝像管傳感器的新型器件。CCD器件由硅材料制成，對近紅外比較敏感，光譜響應可延伸至1.0um左右。其響應峰值為綠光(550nm)，分布曲線如右圖所示。夜間隱

11、蔽監(jiān)視時，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環(huán)境情況，在監(jiān)視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機對紅外、紫外均不敏感。     、耦合攝像機的現(xiàn)有技術目前彩色攝像機和黑白攝像機技術以日本的SONY公司生產(chǎn)的芯片最為領先。其他的芯片生產(chǎn)商有日本的SHARP、PANASONIC、韓國LG、SAMAUNG等。、DSP技術所謂數(shù)字機是指在攝像機內(nèi)圖像信號處理上采用數(shù)字技術（DSP）。新型攝像機對可選參數(shù)的調(diào)整采用數(shù)字式調(diào)整控制，。此時不必手動調(diào)節(jié)電位計而

12、是采用輔助控制碼，而且這些調(diào)整參數(shù)被儲存在數(shù)字記憶單元中，增加了穩(wěn)定性和可靠性。它是在模擬制式的基礎上引入部分數(shù)字化處理技術，稱為數(shù)字信號處理DSP（DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）攝象機。該種攝象機具有以下優(yōu)點： 、由于采用了數(shù)字檢測和數(shù)字運算技術而具有智能化背景光補償功能。常規(guī)攝象機要求被攝景物置于畫面中央并要占據(jù)較大的面積方能有較好的背景光補償，否則過亮的背景光可能會降低圖像中心的透明度。而DSP攝象機是將一個畫面劃分成48個小處理區(qū)域來有效地檢測目標，這樣即使是很小的、很薄的或不在畫面中心區(qū)域的景物均能清楚地呈現(xiàn)。 、由于DSP技術而能自動跟蹤白平衡，即可以在任何條件

13、檢測和跟蹤“白色”，并以數(shù)字運算處理功能來再現(xiàn)原始的色彩。傳統(tǒng)的攝象機因系對畫面上的全部色彩作平均處理，這樣如果彩色物體在畫面上占據(jù)很大面積，那么彩色重現(xiàn)將不平衡，也就是不能重現(xiàn)原始色彩。DSP攝象機是將一個畫面分成48個小處理區(qū)域，這樣就能夠有效地檢測白色，即使畫面上只有很小的一塊白色，該攝象機也能跟蹤它從而再現(xiàn)出原始的色彩。在拍攝網(wǎng)格狀物體時，可將由攝象機彩色噪聲引起的圖像混疊減至最少。3、由于數(shù)字信號具有頻譜效率高、抗干擾能力強、失真少等，便于直接產(chǎn)生數(shù)字圖像信號，所以數(shù)字輸出的攝像機己普通使用。目前CCD 攝像機己處于成熟期，靈敏度、圖像分辨率、圖像色彩還原性等均己達到了很高的水平，功

14、能日臻完善。4、產(chǎn)品的一致性及產(chǎn)品的生產(chǎn)效率得到大幅度提高。、CCD電子靈敏度（照度）提高由于彩色攝像機和黑白攝像機所用CCD器件均對光線的照度有要求。所以在光線較暗的場所要選低照度的攝像機。目前市場上標榜的低照度攝像機無論是進口廠商或是國產(chǎn)廠商，對低照度的定義眾說紛紜，莫衷一是。彩色攝像機從0.0004LUX1LUX，黑白攝像機從0.00030.1LUX均有，晝夜型（COLOR/MONO）攝像機的照度在國內(nèi)市場上甚至標示最低數(shù)值為0LUX，我們不禁要問：“攝像機乃光學原理制成，0照度下如何成像？” 白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）攝像機是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點，在一定的

15、光源條件（若搭配紅外線，則均可達0LUX），它是利用線路切換的方式將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。這就是國內(nèi)市場在CCTV產(chǎn)業(yè)的技術規(guī)格方面并無統(tǒng)一標準，而產(chǎn)生各說各話的情況。    行業(yè)內(nèi)人士強調(diào)，照度能低到多少，不僅要看鏡頭的光圈大小（F值），更要看是在什麼條件限制下才能出現(xiàn)所標示的LUX值，否則只是流于數(shù)字的游戲罷了！以光圈大?。‵值）而言，光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外電子靈敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）是否提高，單一畫面累積幀數(shù)為多少？紅外線是ON還是OFF？等都應了解清楚，才不致被規(guī)格所標示的照度數(shù)值所

16、混淆。  全光譜高靈敏感應（超低照度）攝像機與紅外燈請 看 下 面 的 光 譜 圖 ：  紅色曲線是目前最先進的CCD的感應光譜，過去的CCD通常只能感應到可見光區(qū)域（500nm-700nm）的影像，這種先進的CCD卻能感應到可見光、紅外光、遠紅外光（350nm-110nm）的影像；但僅僅能感應到影像是不夠的，還必須運用先進的數(shù)碼電路技術對感應到的影像進行處理，才能輸出高清晰的圖像信號，這種技術能夠?qū)CD感應到的微弱信號大幅度提升，但并不會過分放大本來已經(jīng)很強的信號，經(jīng)過處理的攝像機感應光譜如圖中的黑色曲線所示，均勻地覆蓋整個光譜區(qū)域，700nm-800nm是人

17、眼最易受干擾的區(qū)域，所以將這部分濾掉了。   怎樣才能使攝像機做到低照度呢？首先我們分析一下影響照度的幾個部分，我們知道攝像機最為核心的部件是CCD圖像傳感器。CCD（ChargeCoupled/Device）稱為電荷藕合器件，它可以把外界的影像通過光學系統(tǒng)（鏡頭、濾光片）在圖像傳感器上成像。目前，最新的Exview HAD技術可以使CCD具有更高感光度，其主要的技術改進是在傳統(tǒng)的Hyper HAD結(jié)構(gòu)中，有一個OCL鏡頭定位在CCD上的每一個像素，使光線集中的拍攝感光區(qū)域，令感度提高。Exview  HAD在此基礎上更進一大步，使OCL擁有接

18、近零間隙結(jié)構(gòu)，消除了每個微型鏡頭拍攝時產(chǎn)生的無影區(qū)域，這令小孔累積層收到最大數(shù)量的光線。 采用Exview  HAD CCD的攝像機，對外界光線的敏感程度會大大提高，在近紅外區(qū)域，其感度更可以高到普通攝像機的4倍，（圖略），因此，即使在非常暗的環(huán)境下，這種攝像機通?？梢钥吹饺搜劭床坏降奈矬w，因此，這一技術的出現(xiàn)，迎合了監(jiān)控市場的需求，美國天霸系列攝像機采用的是當今技術最領先的CCD及數(shù)字處理蕊片，對各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果，特別是配合專用的紅外照明設備，可以得到高清晰度的黑白圖像，實現(xiàn)0照度的監(jiān)控.（完全無光的情況下）。    我們可以看出，在

19、近紅外760mm-1100mm的近紅外區(qū)域，如果配合合適波長的紅外照明，就可以實現(xiàn)清晰的黑白圖像。    紅外燈是一種比較特殊的照明方式,它是利用人眼感覺不到的近紅燈波長的光譜來提供照明,因此,它具有隱蔽性好,發(fā)光效率高等優(yōu)點,但目前也存在著不足之處,主要是只能提供黑白圖像,另外造價相對較高.。JI30紅外照明燈，采用大功率的半導體砷化鎵蕊片，配合高效的光學系統(tǒng)，其發(fā)光效率可以比可見光的照明效果更為理想。我們從實驗效果看到， 目前這種組合的監(jiān)控系統(tǒng)的應用前景十分廣泛，特別是政府機關、軍隊、公安、海關等安全部分都迫切需求這種高清晰度的彩色轉(zhuǎn)黑白監(jiān)控方式。一方面保留了

20、彩色攝像機在白天獲取信息量大的優(yōu)勢，另一方面克服了傳統(tǒng)的彩色攝像機無法在黑暗的環(huán)境下獲取圖像的缺點。所以，這必將是監(jiān)控系統(tǒng)前端的發(fā)展趨勢。不難預料，在不久的將來，所有的監(jiān)控用的攝像機都將具備這樣的功能。    超低照度攝像機是近年來隨著半導技術的提高而發(fā)展起來的監(jiān)控行業(yè)的又一個熱點產(chǎn)品。由于閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在安全技術防范領域的發(fā)展很快，目前已廣泛應用到金融、文博、酒店、寫字樓、交通管理、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)院、工廠、學校、住宅小區(qū)物業(yè)管理等各個領域。傳統(tǒng)的攝像機由于難以滿足24小時連續(xù)監(jiān)控（因為不可能在任何地點都做到24小時照明）的需求，新一代的超低照度攝像機抓住這

21、一良機迅速發(fā)展起來。夜間監(jiān)視用的低照度攝像機因有礙于技術與價格的問題而極少有人問津，隨著市場需求的不斷提高，人們不再滿足于普通攝像機所能達到的一般標準（彩色攝像機在1LUX/F1.2，黑白攝像機在0.1LUX/F1.2），于是供應者為了使夜間監(jiān)視同樣獲得清晰影像，便在攝像機外加裝紅外線投射器，以照亮所監(jiān)視的環(huán)境，也即后面所講到的白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）攝像機。然而有些場所并不適合燈光照明，因此微光超低照度攝像機一直有著特定市場需求。近兩年來隨著元件技術提升及廠商的投入研制，適用于CCTV領域的低照度攝像機正穩(wěn)步成長。  、低照度攝像機在中國市場的演進過程 

22、低照度攝像機在中國市場的演進簡單分為以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO或DAY&NIGHT）；低速快門（SLOW/SHUTTER）及超感度攝像機（EXVIEW/HAD）。 a、白天彩色/晚上黑白（晝夜型攝像機COLOR/MONO）    此類攝像機目前在市場上仍有其特定的需求群，晝夜型（COLOR/MONO）攝像機的照度在國內(nèi)市場上最低標示數(shù)值甚至為0LUX，我們不禁要問：“攝像機乃光學原理制成，0照度下如何成像？”    白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）攝像機是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點，在

23、一定的光源條件，利用線路切換的方式將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。    在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術演進過程中，早期像PHILIPS（飛利浦）、IKEGAMI（池上）、日本JVC曾采用2顆SENSOR（1顆彩色、1顆黑白）共用一組電路再行切換，目前此類攝像機已采用單一CCD（彩色）設計，在白天或光源充足時為彩色攝像機，當夜晚降臨或光源不足時（一般在1LUX3LUX）即利用數(shù)位電路將彩色信號消除掉，成為黑白影像，且為了搭配紅外線，亦拿掉了彩色攝像機不可缺的紅外線濾除器，此種作法雖可在夜晚達到“低照度”的目的，白天卻有影像模糊，色彩不自然的缺點，并且攝像機的攝

24、像距離會受到紅外燈照射距離的限制。據(jù)廠商表示，為了彌補此一缺點，日本SANYO曾推出利用馬達控制濾光片開合(即隨著彩色/黑白影像的切換,開合濾光片)的機種,但此機種似乎也已于市場消失。然而,COLOR MONO攝像機是否屬于“低照度”攝像機,仍相當具爭議性,專家指出,真正的“低照度攝像機”應指攝像機本身(所采用的元件,技術)可達到的功能,而白天彩色/晚上黑白的攝像機因受限于CCD感度,本身并無法改變,只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升,不能算是低照度攝像機。    b、低速快門（SLOW/SHUTTER）    此

25、類攝像機又稱為（畫面）累積型攝像機，是利用電腦記憶體的技術，連續(xù)將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個影像清晰的畫面，運用SLOW   SHUTTER技術降低攝像機照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且畫面能夠累積的幀數(shù)(128幀)是屬于甚至包括進口品牌再內(nèi)的領先水平。此類型低照度攝像機適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動觀察，夜間軍事海岸線監(jiān)視等，屬性較靜態(tài)場所的監(jiān)視。       目前屬于此類型的低照度攝像機，以臺灣廠商利凌（lilin）為主導，進口品牌有NEC、IKEGAMI、FUJULSU、MITSUBISHI、SAMSUNG等，大多數(shù)進口品牌價格昂貴，且累積幀數(shù)少（32幀），如日本池上（IKEGAMI）ICD-870P照度0.03/F1.2（×32）。為此，工程商、經(jīng)銷商更為青睞的應屬于技術上同樣領先