模擬攝像機(jī)基礎(chǔ)知識技術(shù)

模擬攝像機(jī)基礎(chǔ)知識第一頁，共五十八頁。議程攝像機(jī)的基本知識鏡頭的基礎(chǔ)知識及如何選用攝像機(jī)的應(yīng)用知識第二頁，共五十八頁。議程攝像機(jī)的基本知識鏡頭的基礎(chǔ)知識及如何選用攝像機(jī)的應(yīng)用知識第三頁，共五十八頁。攝像機(jī)的基本知識1、CCD攝像機(jī)的分類2、CCD傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢3、CCD攝像機(jī)常見性能和主要性能指標(biāo)4、一體化攝像機(jī)5、球型攝像機(jī)6、低照度攝像機(jī)7、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)第四頁，共五十八頁。1、CCD攝像機(jī)的分類①按照成像色彩劃分

彩色攝像機(jī)CCD攝像機(jī)黑白攝像機(jī)第五頁，共五十八頁。②按照分辨率劃分

CCD攝像機(jī)

25萬像素左右，對應(yīng)彩色330線/黑白400線的低檔型

25萬至38萬像素之間，對應(yīng)彩色420線/黑白500線的中檔型

38萬像素以上，對應(yīng)彩色大于或等于460線黑白570線以上的高檔型

第六頁，共五十八頁。③按照靈敏度劃分

CCD攝像機(jī)

普通型

月光型

星光型紅外照明型

第七頁，共五十八頁。④按照靶面尺寸劃分

CCD攝像機(jī)：1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等

CCD尺寸

水平（mm）

垂直（mm）

對角線（mm）

1英寸

12.7

9.6

16

2/3英寸

8.8

6.6

11

1/2英寸

6.4

4.8

8

1/3英寸

4.8

3.6

6

1/4英寸

3.6

2.4

4

第八頁，共五十八頁。1/2寸和

1/3寸圖像傳感器

1/3寸

(ICX-658AKA)1/2寸

(ICX-428AKL)圖像尺寸

(對角線)8mm

6mm有效像素

768×494

768×494CCD尺寸

6.4μm（H)×7.4μm（V)

8.4μm（H)×9.8μm（V)感光度

960~1200mV1280~1600mV拖影

-115~-98dB -120~-110dB黑信號電平

2mV2mV第九頁，共五十八頁。f(mm)CCD尺寸1/3”1/2”1/4”6812?寸1/3寸

?寸?寸產(chǎn)生陰影的部分CCD尺寸和焦距

1/3寸第十頁，共五十八頁。2、CCD傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢TotalAreaLiner'70～'92'93'91'90'89'88'87'86'85'94'95'96'97'98'99'00'010‘02生產(chǎn)數(shù)量‘03EnhanceLinerCCDSuperHADCCDExwaveHADCCDStartedtodevelopCCDHADSensorDIL‘042004年SuperExwaveCCD電荷耦合器件（ChargeCoupledDevice）SonyCCD歷史沿革第十一頁，共五十八頁。什么是CCD？CCD是ChargeCoupledDevice（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。

CCD是攝像機(jī)的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機(jī)的品質(zhì)，并且CCD的發(fā)展是攝像機(jī)更新?lián)Q代的基礎(chǔ)。

第十二頁，共五十八頁。CCD的分類1、通用型或消費型CCD傳感器2、特殊CCD傳感器紅外CCD芯片大靶面CCD傳感器寬光譜范圍CCD傳感器第十三頁，共五十八頁。3、CCD攝像機(jī)常見性能和主要性能指標(biāo)①清晰度（分辨率）清晰度數(shù)是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的一個重要參數(shù)，它指的是當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器（應(yīng)比攝像機(jī)的分辨率高）上能夠看到的最多線數(shù)。當(dāng)超過這一線數(shù)時，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。

工業(yè)監(jiān)視用攝像機(jī)的分辨率通常在380~460線之間，廣播級攝像機(jī)的分辨率則可達(dá)到700線左右。第十四頁，共五十八頁。拍攝一張全尺寸照片水平分辨率指有多少垂直的豎線彩色模式黑白模式SONY是彩色的

標(biāo)準(zhǔn)測試條件

第十五頁，共五十八頁。目前，高分辨率通過高性能DSP用改進(jìn)的數(shù)字濾波器實現(xiàn)570電視線單色模式水平分辨率頻率頻率水平分辨率480電視線fsc水平分辨率頻率540電視線fsc第十六頁，共五十八頁。②最低照度Sony最低照度的標(biāo)準(zhǔn)描述

“最低照度”需要和“狀態(tài)”相關(guān)聯(lián)：0.4Lx（F1.2，AGCON,30IRE）0.8Lx（F1.2，AGCON,50IRE）IRE值是表示在不同幅度的電平輸出，基準(zhǔn)為700mv第十七頁，共五十八頁。什么是IREIRE美國電視學(xué)會關(guān)于電視信號電平的標(biāo)準(zhǔn)0V0.7V0IRE0.35V100IRE50IRE電視信號的電平幅度對應(yīng)的IRE數(shù)值第十八頁，共五十八頁。常規(guī)場合的照度值室內(nèi)

室外倉庫20—75Lux晴天10000—1000000Lux緊急通道30—75Lux陰天100—10000Lux樓梯走廊75—200Lux黎明黃昏1—10Lux商店75—300Lux滿月之夜0.1—1Lux辦公室及接待室300—500Lux多云之夜0.01—0.1Lux銀行200—1000Lux晴天時星光下0.001—0.01Lux會議廳300—1000Lux

陰天時星光下0.0001—0.001Lux第十九頁，共五十八頁。③信噪比信噪比＝信號電壓/噪聲電壓，通常用符號S/N來表示

一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是在AGC（自動增益控制）關(guān)閉時的值，因為當(dāng)AGC接通時，會對小信號進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。CCD攝像機(jī)信噪比的典型值一般為45dB~55dB。測量信噪比參數(shù)時，應(yīng)使用視頻雜波測量儀直接連接于攝像機(jī)的視頻輸出端子上。

第二十頁，共五十八頁。④自動增益控制（AGC）

AGC——AutomaticGainControl的縮寫。所有攝像機(jī)都有一個將來自CCD的信號放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝像機(jī)的自動增益控制（AGC）電路去探測視頻信號的電平，適時地開關(guān)AGC，從而使攝像機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動態(tài)范圍，即在低照度時自動增加攝像機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號的強(qiáng)度來獲得清晰的圖像。具有AGC功能的攝像機(jī)，在低照度時的靈敏度會有所提高，但此時的噪點也會比較明顯。這是由于信號和噪聲被同時放大的緣故。第二十一頁，共五十八頁。三類自動增益AGC(ON/OFF)-------------SSC-E系列

OFF0dB ON24dB

AGCTurbo-------------SSC-DC590,DC570系列

24dB

AGC(Normal)-------------SSC-其他些列

18dBAGCS/N第二十二頁，共五十八頁。⑤背景光補(bǔ)償（BLC）

BLC——BackLightCompesation的縮寫。

BLC，也稱作逆光補(bǔ)償或逆光補(bǔ)正，它可以有效補(bǔ)償攝像機(jī)在逆光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。

第二十三頁，共五十八頁。DynaView?技術(shù)

高快門速度普通快門速度合成圖像+DynaView技術(shù)可以使攝像機(jī)獲得更好的背光補(bǔ)償效果(BLC)第二十四頁，共五十八頁。⑥電子快門（ES）電子快門的英文全稱為ElectronicShutter，是對比照相機(jī)的機(jī)械快門功能提出一個術(shù)語，它相當(dāng)于控制CCD圖像傳感器的感光時間。

第二十五頁，共五十八頁。⑦白平衡（WB）

白平衡（WhiteBalance），只用于彩色攝像機(jī)，其用途是實現(xiàn)攝像機(jī)圖像能精確反映景物狀況，有手動白平衡和自動白平衡兩種方式。

自動白平衡（AWB，AutomaticWhiteBalance）有分為連續(xù)白平衡和自動控制白平衡。

手動白平衡關(guān)閉自動白平衡，通過手動調(diào)節(jié)紅色或藍(lán)色調(diào)整裝置，以改變紅色或藍(lán)色狀況，一般可調(diào)等級多達(dá)107個，如增加或減少紅色各一個等級、增加或減少蘭色各一個等級。

第二十六頁，共五十八頁。連續(xù)白平衡連續(xù)白平衡也稱為自動跟蹤白平衡（AutomaticTrackingWhitebalance，ATW），是隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調(diào)整，范圍為2800~6000K。

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，但對于景物中很少甚至沒有白色時，如場景大部分是藍(lán)天白云或夕陽等高色溫物體及場景比較昏暗的場合下，連續(xù)的白平衡不能產(chǎn)生最佳的彩色效果。

第二十七頁，共五十八頁。自動控制白平衡

自動控制白平衡（AutomaticWhitebalanceControl，AWC），需要先將攝像機(jī)對準(zhǔn)諸如白墻、白紙等白色參考目標(biāo)，然后將通過菜單或開關(guān)設(shè)置從手動改變?yōu)樽詣臃绞?，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現(xiàn)白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，將自動方式開關(guān)撥回手動位置以鎖定該白平衡的設(shè)置，此時白平衡設(shè)置將保持在攝像機(jī)的存儲器中，直至再次執(zhí)行被改變?yōu)橹?，其范圍?300~10000K，在此期間，即使攝像機(jī)斷電也不會丟失該設(shè)置。以按鈕方式設(shè)置白平衡最為精確和可靠，適用于大部分應(yīng)用場合。

第二十八頁，共五十八頁。ATW和

ATWPro（自動跟蹤白平衡)ＡＴＷＡＡＴＷPro2500°Ｋ６０００°Ｋ2000°Ｋ10,000°Ｋ第二十九頁，共五十八頁。３０００K５０００K６７００K３３００～５２００K５２００K～～３３００K攝像機(jī)可將白平衡固定在3200K（白熾燈水平）和5500K（日光水平）等檔次命令。第三十頁，共五十八頁。熒光熒光汞

高壓鈉鉛直面照度（被寫體照度）30ルクス時に防犯カラーカメラで撮影亮度和色溫第三十一頁，共五十八頁。HG＋e-紫外線可見光

(白光)燈絲熒光材料熒光燈熒光燈及其尖銳的發(fā)散線GBOBGO尖銳的發(fā)散線第三十二頁，共五十八頁。⑧同步方式

攝像機(jī)的同步方式一般有內(nèi)同步、電源同步和外同步。內(nèi)同步（INT）是利用攝像機(jī)內(nèi)部的晶體振蕩電路產(chǎn)生同步信號來完成操作。電源同步（LL，LineLocked），也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝像機(jī)的交流電源來完成垂直推動同步，即攝像機(jī)和電源零線同步。

第三十三頁，共五十八頁。外同步（EXT）利用一個外同步信號發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號送到攝像機(jī)的外同步輸入端來實現(xiàn)同步。同步信號可以是彩色復(fù)合視頻或黑色突法信號（VBS）、黑白復(fù)合視頻或復(fù)合同步信號（VS），也可以是如矩陣等外部設(shè)備的復(fù)用垂直驅(qū)動信號（VD2）和復(fù)合視頻輸出信號。第三十四頁，共五十八頁。議程攝像機(jī)的基本知識鏡頭的基礎(chǔ)知識及如何選用攝像機(jī)的應(yīng)用知識第三十五頁，共五十八頁。1、鏡頭的參數(shù)鏡頭的光學(xué)特性主要包括成像尺寸、焦距（f）、相對孔徑（D/f）和視場角（2W）等幾個參數(shù)，以下分別介紹：①成像尺寸

CCD尺寸

水平（mm）

垂直（mm）

對角線（mm）

1英寸

12.7

9.6

16

2/3英寸

8.8

6.6

11

1/2英寸

6.4

4.8

8

1/3英寸

4.8

3.6

6

1/4英寸

3.6

2.4

4

鏡頭一般可分為25.4mm（1in）、16.9mm（2/3in）、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等幾種規(guī)格。

第三十六頁，共五十八頁。選鏡頭時，應(yīng)使鏡頭的成像尺寸與攝像機(jī)的靶面尺寸大小相吻合，當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸大時，不會影響成像，但實際成像的視場角要比該鏡頭的標(biāo)稱視場角??；當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸小時，就會影響成像。（表現(xiàn)為成像畫面四周被鏡筒遮擋）鏡頭成像面CCD靶面12.7mm鏡頭成像面CCD靶面12.7mm8.47mm簡單說，1/2”的鏡頭可以裝在1/3”CCD的攝像機(jī)上，反過來就不可以。第三十七頁，共五十八頁。②焦距

長焦距鏡頭攝取景物尺寸大，短焦距鏡頭攝取景物尺寸小，已知被攝物體的大小及物體到鏡頭的焦距，叫f=hD/H或f=vD/VD為鏡頭中心到被攝物體的距離。H和V分別為被攝物體的水平尺寸和垂直尺寸。hDfCCD傳感器鏡頭v物體HV第三十八頁，共五十八頁。實際應(yīng)用中，常有用戶提出攝像機(jī)能看清多么遠(yuǎn)的物體或多么寬的場景等問題，這要由所選用鏡頭的焦距來決定，還與所用攝像機(jī)的分辨率及監(jiān)視器的分辨率有關(guān)

。例：已知被攝物體距鏡頭中心距離3m，高度為1.8m，所用攝像機(jī)CCD靶面為1/2in。（靶面垂直尺寸為4.8mm）查得f=vD/V=4.8×3000÷1800＝8.02mm，應(yīng)配8mm的鏡頭。焦距，叫f=hD/H或f=vD/V第三十九頁，共五十八頁。③相對孔徑由于像面照度與相對孔徑的平方成正比（與光闌的平方成反比）所以光闌每變化一檔，像面亮度就變化一倍。光闌F值越小則相對孔徑越大，到達(dá)攝像機(jī)靶面的光通量就越大。常見鏡頭所標(biāo)的F值均指該鏡頭的最小光闌數(shù)。為了控制通過鏡頭的光通量大小，在鏡頭后部均設(shè)置了光闌，俗稱光圈。相對孔徑A為有效孔徑D與焦距f之比（A=D/f）鏡頭的相對孔徑?jīng)Q定被攝像的照度，即像的照度E與鏡頭的相對孔徑A的平方或正比。一般習(xí)慣用相對孔徑的倒數(shù)來表示鏡頭光闌的大小。即：F=f/D第四十頁，共五十八頁。④視場角鏡頭有一個確定的視野，鏡頭對這個視野的高度和寬度的張角稱為視場角。

視場角與焦距f及攝像機(jī)靶面尺寸，水平尺寸h及垂直尺寸v的大小有關(guān)。ah=2arctg（h/2f）

av=2actg（v/2f）鏡頭的焦距f越短，其視場角越大，或攝像機(jī)靶面尺寸h或v越大，其視場角也越大。f=3.5視場角＝94.6°f=8視場角＝42.6°焦距鏡頭1/2CCD靶面f=25視場角＝14.2°第四十一頁，共五十八頁。⑤接口鏡頭的安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種。

兩種接口示圖，上半部為CS型鏡頭，下半部為C型鏡頭，電視監(jiān)控系統(tǒng)用鏡頭C型安裝鏡頭（1m32牙螺反座）國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。安裝部位口徑為25.4mm(1in)從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點距離是17.526mm。鏡頭C型安裝到CS接口的攝像機(jī)需增配一個5mm厚的接圈。焦點5mm接圈17.526mm12.5mmCS安裝鏡頭C安裝鏡頭第四十二頁，共五十八頁。電動三可變鏡頭（光圈Iris、聚焦Focus、變焦Zoom）電動兩可變鏡頭（自動光圈）DC驅(qū)動視頻驅(qū)動自動光圈鏡頭手動光圈鏡頭DC驅(qū)動視頻驅(qū)動定焦鏡頭固定光圈鏡頭手動光圈鏡頭自動光圈鏡頭手動變焦鏡頭電動變焦鏡頭DC驅(qū)動視頻驅(qū)動2、鏡頭的分類第四十三頁，共五十八頁。DC驅(qū)動與視頻驅(qū)動的區(qū)別：

視頻驅(qū)動是指攝像機(jī)將視頻信號電平輸出到自動光圈鏡頭的內(nèi)部。再由其內(nèi)部的驅(qū)動電路輸出控制電壓使鏡頭的光圈調(diào)整電動機(jī)驅(qū)動電路。直流（DC）驅(qū)動是指攝像機(jī)內(nèi)部增加了鏡頭光圈電動機(jī)的驅(qū)動電路?？梢灾苯虞敵鲋绷骺刂齐妷旱界R頭內(nèi)的光圈電動機(jī)并使其轉(zhuǎn)動。

第四十四頁，共五十八頁。①固定光圈定焦鏡頭固定光圈定焦鏡頭只有一個可手動調(diào)整的對焦調(diào)整環(huán)（環(huán)上標(biāo)有若干距離參考值），左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可成在CCD靶面上的像最為清晰，此時監(jiān)視器屏幕上得到圖像也最為清晰。無光圈調(diào)整環(huán)，只能改變環(huán)境照度來調(diào)整光通量。②手動光圈定焦鏡頭手動光圈定焦鏡頭比固定光圈定焦鏡頭增加了光圈調(diào)整環(huán)，調(diào)整范圍一般可以從F1.2或F1.4到全關(guān)閉。能方便適應(yīng)被攝現(xiàn)場的光照度，這種鏡頭一般應(yīng)用于光照度比較均勻的場合。第四十五頁，共五十八頁。③自動光圈定焦鏡頭自動光圈定焦鏡頭相當(dāng)于在手動光圈定焦鏡頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加一個由齒輪嚙合傳動的微型電動機(jī)，并從其驅(qū)動電路上引出了4芯的屏蔽線，接到攝像機(jī)的自動光圈接口座上。第四十六頁，共五十八頁。④手動變焦鏡頭手動變焦鏡頭的焦距是可變的，它有一個焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距，其變比一般為2-3倍，焦距一般在3.6-8mm。在實際工程應(yīng)用中，通過手動調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán)，可以方便地選擇被監(jiān)視現(xiàn)場的視場角。手動變焦鏡頭中也有帶自動光圈的鏡頭，也有直流驅(qū)動和視頻驅(qū)動兩類。第四十七頁，共五十八頁。⑤自動光圈電動變焦鏡頭自動光圈電動變焦鏡頭比自動光圈定焦鏡頭增加了兩個微型電動機(jī)，其中一個電動機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動時可改變鏡頭的焦距(Zoom)；另一個電動機(jī)與鏡頭的對焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動時可完成鏡頭的對焦(Focus)。第四十八頁，共五十八頁。⑥電動三可變鏡頭電動三可變鏡頭與電動兩可變鏡頭結(jié)構(gòu)相差不多，只是將對光圈調(diào)整電動機(jī)的控制由自動控制方式改為由控制器來手動控制，因此它也包含了三個微型電動機(jī)引出一組6芯控制線與鏡頭控制器相連。常見的有6倍、10倍和12倍等幾種規(guī)格。變焦鏡頭的“倍率”是變焦鏡頭的最長焦距與最短焦距之比，是一個相對值。第四十九頁，共五十八頁。3、“看多遠(yuǎn)”問題

“看多遠(yuǎn)”較為科學(xué)得說法是：在屏幕上成的碼大小可對應(yīng)于實際觀測距離處多高或多寬的景物。

CCD靶面尺寸，物距，被攝物大小―――>鏡頭焦距f

選鏡頭：（1）首先確定鏡頭的類型;手動光圈還是自動光圈（2）決定被觀測物體的優(yōu)先考慮因素，即是以垂直高度V作為選擇依據(jù)，還是以水平寬度H作為選擇依據(jù)（3）選擇鏡頭的尺寸（注意與選用CCD或CMOS攝像機(jī)的靶面尺寸相符）（4）觀測距離和被監(jiān)視物體的尺寸可由此確定焦距F

第五十頁，共五十八頁。議程攝像機(jī)的基本知識鏡頭的基礎(chǔ)知識及如何選用攝像機(jī)的應(yīng)用知識第五十一頁，共五十八頁。1、安裝鏡頭

攝像機(jī)必須配接鏡頭才可使用，一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來選配合適的鏡頭。如定焦鏡頭或變焦鏡頭、手動光圈鏡頭或自動光圈鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭或廣角鏡頭或長焦鏡頭等。

還應(yīng)注意鏡頭與攝像機(jī)的接口，是C型接口還是CS型接口。第五十二頁，共五十八頁。2、連接電源線與信號線攝像機(jī)的供電電源一般為直流12V，有些則為交流24V或交流220V。故在實際應(yīng)用中特別注意電源電壓，而直流供電攝像機(jī)還應(yīng)注意電源極性，以免燒毀攝像機(jī)。有些攝像機(jī)可以自動識別直流12V或交流24V，因此該攝像機(jī)的電源供給可以不考慮電源的大小或直流極性。視頻信號通常是通過攝像機(jī)后面板上的BNC插座引出，用具有BNC插頭的75Ω同軸電纜，一端接入攝像機(jī)的視頻輸出，另一端接到監(jiān)視器上。

第五十三頁，共五十八頁。3、調(diào)整鏡頭光圈與對焦關(guān)閉攝像機(jī)上電子快門及逆光補(bǔ)償?shù)乳_關(guān)，將攝像機(jī)對準(zhǔn)欲監(jiān)視的場景，調(diào)整鏡頭的光圈與對焦環(huán)，使監(jiān)視器上的圖像最佳。在光照度變化比較大的場合使用攝像機(jī)，最好配接自動光圈鏡頭并使攝像機(jī)的電子快門開關(guān)置于OFF。

選用了手動光圈則應(yīng)將攝像機(jī)的電子快門開關(guān)置于ON，并在應(yīng)用現(xiàn)場最為明亮?xí)r，將鏡頭光圈盡可能開大并仍使用圖像最佳（不能使圖像過于發(fā)白而過載），鏡頭即調(diào)整完畢。第五十四頁，共五十八頁。4、后焦距的調(diào)整

后焦距也稱背焦距，指的是當(dāng)安裝上標(biāo)準(zhǔn)