彩色攝像機原理

第三章彩色攝像機彩色攝像機的分類與組成攝像機的光學(xué)系統(tǒng)攝像管固體攝像器件視頻信號的放大和處理單管彩色攝像機三片式CCD彩色攝像機單片CCD彩色攝像機彩色攝像機的自動檢測控制彩色攝像機性能指標(biāo)和調(diào)整及使用第三章彩色攝像機§3.1彩色攝像機的分類與組成一、彩色攝像機的分類按信號方式可分為：

1．模擬彩色攝像機

2．?dāng)?shù)字（碼）彩色攝像機

按用途分類：

1.廣播用攝像機；（技術(shù)指標(biāo)高，圖像質(zhì)量好，價格昂貴。）

2.專業(yè)攝像機；（體積小，重量輕，價格便宜。）

3.家用攝像機；（小巧、靈活，價格低廉，攝錄一體。）

4.特殊用途攝像機。（航天探測、商業(yè)監(jiān)視、圖像通訊等領(lǐng)域）

按攝像器件分類：

1．真空管攝像機；（采用電子掃描方式，主要有氧化鉛和硒砷碲兩種）。

2．固體攝像機；（采用固體掃描讀取電荷，最成熟的是CCD攝像機）

按攝像器件的數(shù)目：１．三管（片）攝像機；（結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，價格較高，但圖像質(zhì)量好，主要用于廣播和專業(yè)領(lǐng)域。）２．二管（片）攝像機；（產(chǎn)量愈來愈?。常畣喂埽ㄆz像機。（結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格低，主要用于家庭或非專業(yè)領(lǐng)域）。按使用場合：１．臺式攝像機；（供演播室（ESP）和轉(zhuǎn)播車用）２．便攜式攝像機；（供外拍用，主要包括EFP、ENG和家用攝像機）３．監(jiān)視用攝像機。按攝像方式：１．同時攝像方式；（三管式，三片／板式）２．時間分離方式：Ａ．順序式；（單管式，單板/片式）Ｂ．線順序式；Ｃ．面順序式。

按攝像機的記錄載體：

1．磁帶；｛如VHS（V12）、V8、D8、MINIDV｝

2．MD（minidisk)；（采用MPEG-2壓縮技術(shù)）

3．8cm的DVD光盤；（如日立DZMV200A）

4．硬盤；（采用MPEG-4壓縮技術(shù)，如三星ITCAM-7）

5．SD-MMC存儲卡（SecureDigital-multimediacard）

6．記憶棒（memorystick）；（SonyDCR-IPI）

7．CF卡二、彩色攝像機的組成攝像光學(xué)系統(tǒng)攝像器件電路系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)（主要指鏡頭）光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（攝像管或器件）電路系統(tǒng)（視頻處理電路）或§3.2

攝像機的光學(xué)系統(tǒng)一般攝像機的光學(xué)系統(tǒng)由變焦距鏡頭、中性濾色片、色溫濾色片和分色系統(tǒng)等組成。一、透鏡成像誤差及補嘗（一）球差形成原因：單色光束通過透鏡或球面鏡的不同“環(huán)帶”造成的像點不會在同一位置上。（二）色差形成原因：透鏡對復(fù)色光中不同波長的單色光的折射率不同，波長較短的折射率大，波長較長的折射率小，因此光經(jīng)透鏡后將會聚在不同的位置，即產(chǎn)生了像差，這種像差稱為色差，又稱為色像差。（三）像的幾何畸變＊桶形畸變光闌位于物體和透鏡之間＊枕形畸變光闌位于透鏡與像之間（四）球差和色差的補償凹透鏡對邊緣光線和復(fù)色光中的藍(lán)光折射較大，因此，只要凹透鏡與凸透鏡適當(dāng)?shù)氐慕M合，即可消除球差和色差。（五）幾何畸變的補償將光闌放在兩個透鏡中間，第一個透鏡引起的枕形畸變就可被第二個透鏡引起的桶形畸變抵消。（一）成像面與焦距的關(guān)系因為s>>f,所以s’≈f（s為物距，s’為像距，f為焦距）（二）成像大小與焦距的關(guān)系m=s’/s（m為透鏡放大率）當(dāng)s>>f時，s’=f故m≈f/s二、變焦距鏡頭（三）視場角與焦距的關(guān)系視場角（即拍攝范圍）是由鏡頭系統(tǒng)主平面與光軸交點看景物或像面的線長度時所張的角度。θ=2tg-1H1/2s=2tg-1H2/2f

當(dāng)攝像器件的成像尺寸（H2）確定后，則視場角就只與焦距有關(guān)：鏡頭焦距越短，視場角越大，所拍的景物范圍越大，相當(dāng)于拍攝全景；反之當(dāng)鏡頭的焦距越長，則視角越小，看到的景物越小，相當(dāng)于拍特寫。

同學(xué)們請思考：對于同樣的焦距成像尺寸（靶面大?。┡c視場角的關(guān)系？實際效果如何？（四）像面照度與焦距和透鏡孔徑的關(guān)系光通量：光源在單位時間內(nèi)通過單位面積的光能量單位：流明（lm）.照度：被照物體表面的明亮程度，即光線入射到某一表面單位面積的光通量。單位：勒克斯（lx）1lx=1lm/m^21.當(dāng)物距S為常數(shù)、透鏡的孔徑不變時，進入透鏡的光通量將不變，根據(jù)m=f/s知，焦距越長，像的面積越大，故像面的照度越小。2.像面的照度與鏡頭的孔徑有關(guān)，孔徑大的鏡頭透光能力強，像面照度大；反之，透光能力弱，則像面的照度小。E∝(D/f)^2∝1/F^2D稱為入射光瞳D/f稱為透鏡的相對孔徑F=f/D光圈指數(shù)F值愈小，光圈越大，透光能力越大。（五）景深與焦距的關(guān)系景深：在聚焦成像面前后能記錄得“較為清晰”的被射景物的“空間深度”（縱深距離）的范圍稱為景深。焦深：在焦點前后各有一個容許彌散圓，這兩個彌散圓之間的距離就叫焦深。當(dāng)S>>f時，ΔS1≈yS2/Df同理求出ΔS2，ΔS=ΔS1+ΔS2景深的決定因素：1、物距

物距越大，景深越大；物距越小，景深越小。ΔS1≈yS2/Df2、焦距焦距越大，景深越??；焦距越小，景深越大。3、光圈光圈越大，景深越??；光圈越小，景深越大。光圈的作用：1、控制進光量2、控制景深3、控制像質(zhì)

變焦鏡頭是一種能任意改變焦距而成象面位置固定不變的鏡頭。變焦鏡頭是由許多單透鏡所組成。

（六）變焦距鏡頭變焦比n=最長焦距/最短焦距；變焦鏡頭的型號中通常有兩個數(shù)字相乘的形式，如14×9，第一個數(shù)字表示變焦比，第二數(shù)字表示最短焦距；變焦距鏡頭有時用如1:6（或6×）表示。

（三）變焦距鏡頭的技術(shù)參數(shù)和特性：1.調(diào)制傳遞函數(shù)鏡頭的分解力用調(diào)制傳遞函數(shù)表示。用來描述鏡頭成像的清晰程度。鏡頭的各種指標(biāo)都是從軸心部分沿著半徑方向逐漸降低的。一般情況下，與光圈有關(guān)。大光圈指數(shù)時，能給出較大MTF。2.透光率與光譜特性光路中放入鏡頭時，光度I與沒有鏡頭光度I0之比的百分?jǐn)?shù)稱透光率。鏡頭的透光率與入射光的波長有關(guān)，不同波長的光的透光率不同，這種特性稱光譜特性。4.近攝距離和后截距近攝距離：當(dāng)物距S減小到低于某一最小值時，超出鏡頭的調(diào)節(jié)范圍，像面無法落在成像器件上，這上最小物距S值稱為近攝距離。后截距：鏡頭最后一個透鏡表面到成像面的距離稱為后截距。后截距要足夠長。3.幾何失真

G=（△H/H）×100％三、色溫濾色片與中性濾色片色溫：當(dāng)光源所發(fā)射的光的顏色與絕對黑體在某一溫度下輻射的光的顏色相同時，則絕對黑體的這個溫度就被稱之為該光源的色溫。單位：開爾文（K）。色溫實際是指光源的光譜成分，而光譜成分又主要是看光源中短波光線與長波光線的比例。如果光譜成分中短波光線所占的比例大于長波光線，則色溫就高；反之，色溫就低。

中性濾色片：減弱進入光學(xué)系統(tǒng)的光強度，即光通量，而不改變光譜特性，以達(dá)到一定藝術(shù)效果。通常有100％、25%、10％、1.5％等幾種，而光譜特性要求在400nm～720nm的波長之間保持平直。

色溫濾色片：利用它們的光譜響應(yīng)特性來補償因光源色溫不同引起的光譜特性變化。采用色溫濾色片只能分檔進行粗略調(diào)整，要精確調(diào)整要調(diào)節(jié)白平衡。四、分色棱鏡分色原理：光線在介質(zhì)中所走的路程與介質(zhì)折射率的乘積稱為光程。1、光程差為入射光某一波長的整數(shù)倍時，兩路反射光之間的相位差為0，此時分色膜上反射光最強。即：

δ=mλ(m=1,2,3,4···)2、光程差為入射光某一波長的半波長的奇數(shù)倍時，兩路反射光之間的相位差為1800，此時光線全部透過分色膜。即：δ=mλ/2(m=1,3,5,7···)（一）、分光原理

分光特性隨光的入射角的變化，即光程差不同而偏移，使重現(xiàn)圖像的色調(diào)也發(fā)生變化，引起“色漸變”，在重現(xiàn)圖像上引起整個圖象中出現(xiàn)大面積暗斑或色斑的“黑斑效應(yīng)”。

因此，要使一段光譜范圍的譜色光完全透射或完全反射，只需選擇厚度不同的若干層色膜，用多層的復(fù)雜鍍膜技術(shù)鍍在玻璃上，就能實現(xiàn)。分色系統(tǒng)工作原理三管/片式彩色攝像機：彩色光經(jīng)具有分光光譜特性的分色棱鏡分別形成紅、綠、藍(lán)三個基色，三個攝像器件分別攝取相應(yīng)通路上的光譜形成基色圖像。單管/片式彩色攝像機：利用光學(xué)濾色條對所拍攝的影像圖像進行光學(xué)編碼，經(jīng)過解調(diào)電路分離出紅、綠、藍(lán)三個基色圖像信號。RCCDGCCDBCCD色溫濾光片變焦鏡頭R/BCCDGCCD色溫濾光片變焦鏡頭青色濾光片紅、藍(lán)濾光片R/G/BCCD紅、綠、藍(lán)方格圖案濾光片色溫濾光片變焦鏡頭分色棱鏡二向分色棱鏡(a)三板式的棱鏡分光(b)二板式的二向色棱鏡分光(c)單板式的方格圖案濾色片分光（二）、分色棱鏡圖所示的分色棱鏡由（A）、（B）和（C）三部分粘合組成，其中在Mr和Mb面上分別蒸涂上不同厚度的干涉薄膜。當(dāng)光線F投射到Mr面上時，把紅光R反射出來而讓其它光透過。反射出來的紅光投射到界面（1）上，因入射角較大，超過臨界角而發(fā)生全反射，于是R光經(jīng)Fr射入R攝象管。透過Mr面上光到達(dá)Fb面時能把藍(lán)光B反射出來而讓余下的G光透過，反射出來的B光在界面（2）上全反射后穿過Fb而到達(dá)B攝象管。透過的G光經(jīng)（C）部分穿過Fg到達(dá)G攝象管。R、G、B三路的光程應(yīng)嚴(yán)格一致。Fr、Fb、Fg（譜帶校正濾色片）來進一步校正。攝像器件分類：內(nèi)光電效應(yīng)型外光電效應(yīng)型光電像管Iconoscope超光電像管superIconoscope正析像管Orthicon超正析像管super

Orthicon視像管Vidicon氧化鉛管Plumbicon硒砷銻管Saticon硅靶管Silicon攝像管固體攝像器件MOS攝像器件CCD攝像器件(吸收光發(fā)出自由電子)電子槍入射光光導(dǎo)管原理信號出光導(dǎo)靶電子束入射光光電面二次電子倍增器信號出析像管原理光電子§3.3攝像管信號出視像管構(gòu)造圖超正析像管CCD攝像器件直徑(英寸)：3,1.5,1,2/3,1/2。超正析像管：惰性小噪聲大。視像管：電場和長磁場聚焦；網(wǎng)電極保證電子束垂直上靶。固體攝像器件：無須掃描和聚焦(按像素移位)，光譜響應(yīng)寬，功耗低，可集成處理電路。有電荷耦合(CCD)和CMOS攝像器件，它是發(fā)展方向。光譜特性一、光電導(dǎo)攝像管的結(jié)構(gòu)和工作原理

RCA2P23

最早的光電導(dǎo)管（1948年）ToshibaK4103Saticon

改良型光導(dǎo)管MitsubishiS4131A2/3“Newvicon

日本三菱碲化鋅光導(dǎo)管信號出（1）電子槍由燈絲、陰極、控制柵極、加速極、聚焦極和網(wǎng)電極組成。真空器件，主要包括光電靶和電子槍兩大部分，另外管外套有偏轉(zhuǎn)、聚焦和校正線圈。其剖面原理圖如圖（一）光電導(dǎo)攝像管的結(jié)構(gòu)1.電子槍（2）燈絲加熱至2000K時，發(fā)出大量電子，在控制柵（－

50V）和加速極（＋300V）之間形成一個會聚點（X點），電子穿過X點后又散發(fā)開，其數(shù)量大小由控制柵極的電位大小決定。（3）為使電子束能在靶面上再次聚成一點，必須對電子束進行第二次聚焦。聚焦電極（第一陽極、第二陽極）使發(fā)射出的電子束會聚成細(xì)束，起輔助聚焦的作用。（4）聚焦線圈能起主聚焦作用，使電子束按螺旋形軌跡前進，從而使電子束聚焦于靶上的一小點。聚焦線圈具有足夠的長度。以便保證聚焦磁力線和靶面垂直，有利于電子束垂直上靶。（5）靶面電壓低于網(wǎng)電極電壓，在靶前形成一個均勻的減速電場，有利于電子束垂直上靶，提高攝象管的清晰度，這種方式稱為慢電子掃描。2.靶面靶面的作用，是將被傳送的光圖像變成相應(yīng)的電荷圖形。（1）硫化銻靶面（2）氧化鉛靶面（3）硒砷碲靶面（4）硒化鎘靶面氧化鉛管攝像機常用作廣播級攝像機，其圖像質(zhì)量好，靈敏度高，暗電流最小．光電轉(zhuǎn)換線性好。硒砷蹄管攝像機常用作業(yè)務(wù)級攝像機，價格較低，圖像質(zhì)量和性能接近氧化鉛管攝像機。雖然結(jié)構(gòu)和材料不盡相同，但卻有著一此共同特征：

A.以透明導(dǎo)電層SnO2作透明導(dǎo)電極，由此引出圖像信號。

B.極細(xì)電子束掃描下，客觀上使靶面分成了數(shù)十萬個像素，每一個像素可以看作是一個光敏電阻R和一個電容C相并聯(lián)。C是儲存電容，其值不變，光敏電阻阻值隨照度變化而變化。（5）硅靶面靶面由數(shù)十萬個性能相同的光電二極管整齊地排列的陣列。靶面像素的分解不是靠掃描電子束，而是靠一個個獨立的光電二極管。（C）聚焦、偏轉(zhuǎn)和校正系統(tǒng)由陰極，控制柵極、加速極和聚焦極組成電子透鏡，能起輔助聚焦作用，使電子束會聚成細(xì)束。聚焦線圈能起主聚焦作用，使電子束按螺旋形軌跡前進，從而使電子束聚焦于靶上的一小點。聚焦線圈具有足夠的長度。以便保證聚焦磁力線和靶面垂直，有利于電子束垂直上靶。信號出視像管構(gòu)造圖

由于制造和安裝的誤差，使電子束與管軸可能不完全平行，這會影響電子束的聚焦和垂直上靶。為此在視象管外靠加速極附近，裝有兩對相互垂直的校正線圈。通過調(diào)節(jié)線圈中電流，使它們產(chǎn)生的合成磁場方向在360°范圍內(nèi)變化，因而，可使電子束運動方向校正到與管軸平行。

偏轉(zhuǎn)線圈使管內(nèi)形成一個偏轉(zhuǎn)磁場，在該偏轉(zhuǎn)磁場的作用下，電子束進行周期性的行、場掃描運動，順序取出靶上各點（象素）的信號。（二）光電導(dǎo)攝像管的工作原理K陰極掃描電子束C信號輸出RL+-CRCCRCCRC信號板1.S閉合時，該單位像素與靶面電壓電源+E和電子槍陰極K接成通路，電容被充電，RCC等效電路左端電位上升+E；右端為陰極電位。光電導(dǎo)管等效電路每個像素可看成是一個光敏電阻和一個電容等效。

3.當(dāng)S再次閉合時，靶面該像素再次被掃描電子束對C充電，其電位達(dá)到+E，右端的電和被中和，重新回到陰極電位，這樣，該點的“電像”就變?yōu)橥ㄟ^負(fù)載電阻RL上的電流，經(jīng)過一幀掃描，這幅電子圖像就轉(zhuǎn)變成隨時間變化的電視圖像信號。

2.電子束離開后即S斷開時，電容通過電阻放電，放電速度由電阻的大小決定。在掃描間隔（由電視制式?jīng)Q定）內(nèi)，電容右端電位上升ΔE，左端下降ΔE，于是，在一幀掃描間隔內(nèi)，靶面的右側(cè)就形成了一幅與光像的亮暗分布相對應(yīng)的電位高低變化的電子圖像，即“光像”變成了“電像”。補：電視制式（1）NTSC（NationalTelevisionSystemsCommittee）制，1953年由美國創(chuàng)立，日本、加拿大等國相繼采用，簡稱N制；

（2）PAL（PhaseAlternatingLine）制，1967年由西德創(chuàng)立，中國、英國、意大利、荷蘭等西歐國家以及北歐各國也都采用它，PAL制式中根據(jù)不同的參數(shù)細(xì)節(jié)，又可以進一步劃分為G、I、D等制式，其中

PAL－D制是我國大陸采用的制式；

（3）SECAM（SequentialCouleurAvecMemoire）制，1967年由法國創(chuàng)立，蘇聯(lián)和東歐各國也都采用它。

4.黑斑效應(yīng)（shading）暗電流：當(dāng)靶面無光照射時，靶面?zhèn)€像素的電阻值很大，在電子束兩次掃描間隔內(nèi)，電容右側(cè)電位變化很小，當(dāng)受到下一次掃描時，則充電電流很小，該電流稱為“暗電流”。黑斑效應(yīng)：指由于電視圖象的底色不均勻性，引起整個圖象中出現(xiàn)大面積暗斑或色斑的現(xiàn)象。產(chǎn)生黑斑效應(yīng)的原因是：分色棱鏡（或二向分色棱鏡）的色漸變效應(yīng)；攝像機鏡頭的亮度不均勻性；攝象管靶面靈敏度及暗電流的不均勻性，或投射背景光的不均勻；掃描的非線性以及聚焦和電子束垂直上靶不均勻性等。二、光電導(dǎo)攝像管的主要質(zhì)量指標(biāo)（1）光電特性：一定靶壓下，攝像管輸出信號電流IS與靶面光照強度B的關(guān)系。IS=KBrK為常數(shù)；r為光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，其值與光電導(dǎo)材料、光照及靶壓等有關(guān)。（2）靈敏度：輸出的信號電流IS與入射靶面的光通量

Φ之比。So=IS/Φ

單位：μA/lm（3）光譜特性：不同波長的光的照射下測出其對應(yīng)的靈敏度，即光譜靈敏度曲線簡稱光譜特性。

（4）分解力：表示分解圖像細(xì)節(jié)的能力。

M=A(n)/A(40)×100%（5）惰性：光照停止后第n場的剩余電流與光照停止前的信號電流的比值。

X=is(n)/is(0)×100%

惰性大小與靶面材料、靶電容大小、光照強度等因素有關(guān)。惰性表現(xiàn)：余象（照度過低）（光電導(dǎo)管的電容）

開花（照度過強）（電子束掃描）

彗尾（高亮運動物體）（電子束掃描、曝光時間）解決方法：采用ACT電子槍以及DBCC。（6）暗電流

暗電流越小越好，尤其是彩色攝像機中控制的更嚴(yán)格。（7）信噪比信噪比是視頻圖像信號的峰值電平Usp-p與雜波有效值電平Usp-p之比，人眼能察覺出來雜波存在的最低信噪比為36dB，而且一般攝像機信噪比指標(biāo)都能達(dá)到45dB以上，高級攝像機可達(dá)60dB?！?.4固體攝像器件CCD:（ChargeCoupledDevice)電荷耦合器件MOS:（MetalOxideSemiconductor）金屬氧化物半導(dǎo)體CPD:（ChargePrimingDevice）電荷引動元件掃描方式典型器件XY尋址方式用移位寄存器順次開關(guān)MOS型金屬氧化物半導(dǎo)體CID型電荷注入器件信號轉(zhuǎn)移方式（具有自掃描功能）FT－CCD型幀轉(zhuǎn)移電荷耦合IT－CCD型BBD型行間轉(zhuǎn)移電荷耦合疊成器件誘發(fā)轉(zhuǎn)移方式CPD型電荷誘發(fā)器件

固體攝象器件一、電荷耦合器件（CCD）的工作原理（一）MOS電容器的結(jié)構(gòu)（二）光電轉(zhuǎn)換和電荷存儲半導(dǎo)體在光照的作用下產(chǎn)生本征激發(fā)形成電子-空穴對,在耗盡區(qū)電場的作用下,空穴流入P型襯底,電子收集到勢阱中形成電荷包.電荷數(shù)目與該處的光照強度成正比.（三）電荷的轉(zhuǎn)移1.在時刻t1,第一相時鐘V1處于高電壓，V2、V3處于低壓。這時第一組電極A、D、…下面形成深勢阱，在這些勢阱中可以貯存信號電荷形成“電荷包”，如圖所示。2.在t2時刻V1電壓線性減少，V2為高電壓，在第一組電極下的勢阱變淺，而第二組（B、E、…）電極下形成深勢阱，信息電荷從第一組電極下面向第二組轉(zhuǎn)移，直到t3時刻，V2為高壓，V1、V3為低壓，信息電荷全部轉(zhuǎn)移到第二組電極下面。3.重復(fù)上述類似過程，信息電荷可從V2轉(zhuǎn)移到V3，然后從V3轉(zhuǎn)移V1電極下的勢阱中，當(dāng)三相時鐘電壓循環(huán)一個時鐘周期時，電荷包向右轉(zhuǎn)移一級（一個像元），依次類推，信號電荷一直由電極A、B、C……向右移，直到輸出。三相脈沖驅(qū)動方式為最基本的方式。為使傳輸速度快，可采用二相脈沖驅(qū)動方式。為使傳輸更可靠，可采用四相脈沖驅(qū)動方式。（四）

CCD的電荷輸出ΘΘPGHOGV3V2轉(zhuǎn)移方向電荷CSW+BR輸出電壓U0HOG：輸出柵，在其上加不同的控制電壓，可控制電荷在適當(dāng)?shù)臅r刻從V3電極下轉(zhuǎn)移到場效應(yīng)管的控制柵極。同時，它對V3電極的脈沖和輸出場效應(yīng)管起到隔離作用。PG：預(yù)充電柵極，其作用等效電路中虛線所表示的開關(guān)在其上加入控制脈沖VpG，控制開關(guān)通/斷?！鱑：信號電壓。由于VpG脈沖可通過場效應(yīng)管的極間分布電容的耦合，將在輸出信號中出現(xiàn)，而引入了雜波。二、面陣CCD攝像器件按信號電荷的傳輸方式可分為幀轉(zhuǎn)移型（FT）攝像器件、隔列轉(zhuǎn)移型（IT）攝像器件（又稱行間轉(zhuǎn)移）及幀-行間轉(zhuǎn)移型（FIT）攝像器件。（一）幀轉(zhuǎn)移型（FrameTransfer）該器件由相同像素數(shù)量的成像部分、存儲部分和讀出寄存器三個基本部分組成。

1、場正程期間（18.4ms）圖像的二維信號電荷被積累在成像區(qū)；2、場逆程期間（1.6ms）通過加在成像區(qū)和存儲區(qū)電極上的時鐘脈沖使成像區(qū)的整場信號電荷快速轉(zhuǎn)移到存儲區(qū)；3、下一個場正程期間，成像區(qū)積累光生電荷生成下一場電像，存儲區(qū)所存的上一場圖像信號電荷在時鐘脈沖作用下，在行逆程期間（12微秒）將一行光生電荷送進讀出寄存器，從而使存儲區(qū)內(nèi)各行光生電荷向讀出寄存器方向進一次；4、在行正程期間，在讀出寄存器脈沖的驅(qū)動下，使一行信號電荷向輸出結(jié)構(gòu)依次轉(zhuǎn)移，經(jīng)輸出極輸出。（二）行間轉(zhuǎn)移型（InterlineTransfer）在一個CCD芯片上完成感光、存儲和讀出的功能。1、場正程期間（18.4ms）感光部分被入射光照射產(chǎn)生光生電荷；2、場逆程期間（1.6ms）受轉(zhuǎn)移柵控制，各列成像單元內(nèi)的信號電荷同時被快速（約1微秒）水平轉(zhuǎn)移到各自所對應(yīng)的垂直移位寄存器；3、下一個場正程期間，成像區(qū)再次積累光生電荷，垂直移位寄存器中存儲的電荷在每個行消隱（逆程）期間各列電荷包垂直上移一行，將一行電荷送入水平移位寄存器；4、在行正程期間，將水平移位寄存器中的電荷讀出，這樣形成了視頻信號。（三）幀-行間轉(zhuǎn)移型（FIT）在行間轉(zhuǎn)移型結(jié)構(gòu)的傳感器與水平移位寄存器之間附加了場存儲區(qū)。1、場正程期間（18.4ms）成像區(qū)的光敏器接收入射光形成電荷包；2、場逆程期間（1.6ms）受轉(zhuǎn)移柵控制，各列成像單元內(nèi)的信號電荷同時被快速（約1微秒）水平轉(zhuǎn)移到各自所對應(yīng)的垂直移位寄存器，緊接著又以極快的速度轉(zhuǎn)移到下面場存儲區(qū)。3、下一個場正程期間，成像區(qū)積累光生電荷生成下一場電像，存儲區(qū)所存的上一場圖像信號電荷在時鐘脈沖作用下，在行逆程期間（12微秒）將一行光生電荷送進讀出寄存器，從而使存儲區(qū)內(nèi)各行光生電荷向讀出寄存器方向進一次；4、在行正程期間，在讀出寄存器脈沖的驅(qū)動下，使一行信號電荷向輸出結(jié)構(gòu)依次轉(zhuǎn)移，經(jīng)輸出極輸出。CCD都具有高光抑制功能，即有消除“開花”和“彗尾”的功能。因為在CCD器件中設(shè)置有“溢流溝道（OverFlowDyke）。在過曝光時，溢出的過量電子將通過溢流溝道垂直向下流入襯底，保證了即使產(chǎn)生一個超常的強光，電子電荷的最大量也總是相等的，消除了“開花”現(xiàn)象。（4）動態(tài)分辨力與電子快門動態(tài)分辨力是攝像機對運動圖像所呈現(xiàn)的分辨力，即呈現(xiàn)運動畫面細(xì)節(jié)的能力，它決定了正在制作的運動圖像的細(xì)節(jié)，同時它決定了后期制作中靜幀畫面的清晰度。制約動態(tài)分辨力的因素：（A）攝像器件的惰性；（B）曝光時間。曝光時間：相繼兩次電荷讀出的時間周期。攝像管攝像機：由于電子束不可能聚焦特別細(xì)，因而在掃描一行時也會掃到相鄰行，使曝光時間趨向于1/60s（NTSC）或1/50s（PAL）。CCD攝像機：依靠時鐘瞬間取出電荷，不存在惰性。提高動態(tài)分辨力唯一的辦法是減小曝光時間。機械快門存在噪音且只能用于幀轉(zhuǎn)移方式中，故先廣泛采用電子快門。過流排出電荷排出（高速）場存儲器垂直移位寄存器水平移位寄存器無用的電荷排出的情況（A）過流排出垂直移位寄存器水平移位寄存器有用電荷轉(zhuǎn)移高速轉(zhuǎn)移（B）電子光闌機理示意圖無用電荷積累有用電荷積累場消隱無效場快門關(guān)閉無用電荷輸出快門打開電荷輸出讀出門控制FIT—CCD的電子快門定時圖1.減小曝光量2.增加光圈3.提高放大器增益但1.降低靈敏度2.減小了景深3.降低了信噪比綜上所述：增加動態(tài)分辨力三、CCD攝像器件的性能參量1、分解力（靜態(tài)）CCD象素數(shù)電荷轉(zhuǎn)移損耗電荷的橫向擴散2、暗電流3、靈敏度和動態(tài)范圍二、MOS型攝像器件（1）MOS型陣列不用讀出寄存器，電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)少，損失??；（2）該結(jié)構(gòu)感光面積大，每個單元的暗電流小，靈敏度高，動態(tài)范圍大；（3）由于分布電容和開關(guān)特性不穩(wěn)定，易產(chǎn)生固定圖形雜波，降低輸出信噪比。3.5視頻信號的放大和處理一、預(yù)放器二、圖像信號的箝位三、黑斑校正四、增益控制和白平衡

五、灰度校正六、黑平衡七、彩色校正八、輪廓校正一、預(yù)放器是視頻通道的第一級放大器。要求：低噪聲、高增益、線性工作范圍寬、頻率特性好。一般都采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋。二、圖像信號的箝位1.箝位的作用（1）恢復(fù)反映背景亮度的直流成分（2）消除低頻干擾（3）限制圖像信號的動態(tài)范圍。2.箝位電路（1）單二極管箝位電路電路圖如下：請同學(xué)們分析箝位的原理單二極管箝位電路的優(yōu)缺點：優(yōu)點：電路簡單、經(jīng)濟缺點：只能單向性箝位、抗干擾能力差。故視頻處理電路多采用三極管強迫型箝位電路。（2）三極管強迫箝位電路電路圖如下所示（板書）同學(xué)們能分析箝位的原理嗎？三、黑斑校正1.形成黑斑的原因：靶結(jié)構(gòu)不均勻、分色棱鏡的色漸變效應(yīng)、攝像機鏡頭的亮度不均勻、靶面靈敏度不均勻性、掃描的非線性、聚焦和電子束上靶的不均勻性等等。2.黑斑的類型：疊加型黑斑和調(diào)制型黑斑。3.黑斑校正方法：產(chǎn)生由行、場鋸齒波和行、場拋物波組成的黑斑校正信號，用來對失真的圖像信號補償。3.黑斑校正電路（1）疊加型黑斑校正電路（2）調(diào)制型黑斑校正電路（一）增益控制1.電路設(shè)置的原因當(dāng)環(huán)境照明強度變化太大時，有可能使信號幅度超出信道的線性工作范圍，另外，還要保持在各種照明條件下都有良好的白平衡，故需要對視頻信號的幅度進行控制，達(dá)到傳輸規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電平。四、增益控制與白平衡2.增益控制原理（1）手動控制（2）自動增益控制（AGC）AGC電路的形式很多，僅舉一例說明其工作原理自動增益控制電路（二）白平衡1.白平衡調(diào)整的意義為使重現(xiàn)圖像的彩色和原景物彩色相同，必須選定光源標(biāo)準(zhǔn)，我國選定的基準(zhǔn)白色的色溫為6500K。目前攝像機是按演播室內(nèi)光照色溫3200K的光源設(shè)計的，故白平衡應(yīng)該在3200K色溫光照下進行。如果光線環(huán)境改變了，必須要進行白平衡調(diào)整，只有白平衡調(diào)整好了，物體的色彩才能還原真實。2.白平衡調(diào)整的原理亮度方程為Y＝0.30R＋0.59G＋0.11B當(dāng)為白色時R=G=B=1Y=1R-Y=0B-Y=0C=0即拍攝標(biāo)準(zhǔn)色溫光照下的白色物體時，紅、綠、藍(lán)三路信號電平應(yīng)相等，且為最大值。若此時攝像機輸出的三個基色信號不滿足上述條件，就需要對電路的放大量分別進行調(diào)整，使三個基色信號電壓相等，達(dá)到白平衡，調(diào)整的原理圖如下：比較器可控增益放大器比較器可控增益放大器RGB比較器比較器可控增益放大器可控增益放大器R’G’B’控制電壓控制電壓白平衡調(diào)整電路基本原理圖3.白平衡調(diào)整的方法

正常拍攝中，在被攝物體處放置一標(biāo)準(zhǔn)白色紙板，調(diào)整攝像機的變焦鏡頭，使白色充滿畫面，持續(xù)按下