攝像頭成像質(zhì)量評(píng)價(jià)及方案

1、攝像頭成像質(zhì)量評(píng)價(jià)及方案攝像頭成像質(zhì)量評(píng)價(jià)及方案主要內(nèi)容主要內(nèi)容攝像頭的參數(shù)指標(biāo)攝像頭的工作原理及構(gòu)成測(cè)試方法及設(shè)備工具理論分析、計(jì)算攝像頭基本參數(shù)攝像頭基本參數(shù)：清晰度、焦距、焦段、感光面積、有效距離那么，問(wèn)題來(lái)了攝像頭該怎么選，或者說(shuō)如何測(cè)其是否符合我們的需求？攝像頭工作原理攝像頭工作原理工作原理：景物通過(guò)鏡頭(LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)中加工處理，再通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過(guò)顯示器就可以看到圖像了。 攝像頭的構(gòu)成主要包括鏡頭、感光芯片、主控芯片和電源。不可小覷的鏡

2、頭不可小覷的鏡頭圖像質(zhì)量的參數(shù)圖像質(zhì)量的參數(shù)影響圖像質(zhì)量的因素影響圖像質(zhì)量的因素分辨率鏡頭、傳感器、顯示設(shè)備對(duì)比度鏡頭、光源、傳感器景深鏡頭失真鏡頭投影誤差鏡頭鏡頭的主要參數(shù)鏡頭的主要參數(shù)焦距（f）焦距是鏡頭和感光元件之間的距離，通過(guò)改變鏡頭的焦距，可以改變鏡頭的放大倍數(shù)，改變拍攝圖像的大小。當(dāng)物體與鏡頭的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，我們可用下面公式表達(dá)：鏡頭的放大倍數(shù)焦距/物距。 f=vD/V f=hD/H視場(chǎng)角以光學(xué)儀器的鏡頭為頂點(diǎn)，以被測(cè)目標(biāo)的物象可通過(guò)鏡頭的最大范圍的兩條邊緣構(gòu)成的夾角，稱(chēng)為視場(chǎng)角。焦距f越大，視場(chǎng)角越小，在感光元件上形成的畫(huà)面范圍越小；光圈：光圈安裝在鏡頭的后部，光圈開(kāi)得越大，通

3、過(guò)鏡頭的光量就越大，圖像的清晰度越高；光圈開(kāi)得越小，通過(guò)鏡頭的光量就越小，圖像的清晰度越低。通常用F（光通量）來(lái)表示。F=焦距（f）/通光孔徑。相對(duì)孔徑：是指鏡頭的入射光孔直徑（D）與焦距(f)之比，即D/f;我們?？吹?mm/F1.4這樣的參數(shù)，鏡頭的焦距為6mm，光通量為1.4，可計(jì)算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下，F(xiàn)后的值越小，光圈越大，到達(dá)CCD芯片的光通量就越大，鏡頭越好。常用技術(shù)指標(biāo)的解釋常用技術(shù)指標(biāo)的解釋失真：又稱(chēng)“畸變”,指信號(hào)在傳輸過(guò)程中與原有信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)相比所發(fā)生的偏差。 失真只影響成像的幾何形狀，而不影響成像的清晰度。 人眼感覺(jué)不到小于2%的畸變，在進(jìn)行精度

4、較高的測(cè)量時(shí)，需要校正畸變。對(duì)比度：指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級(jí)的測(cè)量，差異范圍越大代表對(duì)比越大，好的對(duì)比率120:1就可容易地顯示生動(dòng)、豐富的色彩，當(dāng)對(duì)比率高達(dá)300:1時(shí)，便可支持各階的顏色。清晰度：用線(xiàn)表示，分為水平線(xiàn)和垂直線(xiàn)，在實(shí)際的工程應(yīng)用中我們常常以水平線(xiàn)作為攝像機(jī)清晰度的評(píng)估指標(biāo)，線(xiàn)數(shù)越多，則清晰度越高。自動(dòng)增益控制（AGC）：為了使攝像機(jī)能在不同的照度條件下輸出標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，在視頻處理電路中引入了自動(dòng)增益控制（AutoGainControl），通過(guò)檢測(cè)視頻信號(hào)的平均電平值而實(shí)現(xiàn)增益反饋控制。具有AGC功能的攝像機(jī)，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì)有所提高，但同

5、時(shí)也放大了干擾信號(hào)，使圖像看上去有雜波。 背光補(bǔ)償：當(dāng)攝像機(jī)處于逆光環(huán)境中拍攝時(shí)，畫(huà)面會(huì)出現(xiàn)黑色的圖像，就需要進(jìn)行背光補(bǔ)償。當(dāng)引入背光補(bǔ)償功能時(shí)，攝像機(jī)如果檢測(cè)到拍攝圖像一個(gè)區(qū)域中的視頻電平比較低，通過(guò)AGC電路改善和提升該區(qū)域的視頻電平，提高輸出視頻信號(hào)的幅值，使圖像整體清晰明亮。信噪比：指信號(hào)電平與雜波電平的比，常常用分貝（dB）表示。信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜波越少，圖像信號(hào)質(zhì)量越高。信噪比不得低于48dB。白平衡（AWB):彩色攝像機(jī)要還原被攝物體的顏色，必須保持白平衡正常。分辨率：指屏幕水平和垂直方向所顯示的點(diǎn)數(shù)。分辨率越高，圖像就越清晰。工作距離：一般指鏡頭前端到被測(cè)物體的距離，小于

6、最小工作距離系統(tǒng)一般不能清晰成像；景深：以鏡頭最佳聚焦時(shí)的工作距離為中心，前后存在一個(gè)范圍，在此范圍內(nèi)鏡頭都可以清晰成像。影響景深的因素影響景深的因素視場(chǎng)角與景深是一對(duì)矛盾；(1)、鏡頭光圈：光圈越大即光圈值(F)越小，景深越小；光圈越小即光圈值(F)越大，景深越大；(2)、鏡頭焦距：鏡頭焦距越長(zhǎng)，景深越??；焦距越短，景深越大；(3)、拍攝距離：距離越遠(yuǎn)，景深越大；距離越近，景深越小。影響分辨率的因素影響分辨率的因素鏡頭的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、加工精度等鏡頭的光圈越大，分辨率越高光波長(zhǎng)度越短分辨率越高同檔次的固定焦距鏡頭比變焦鏡頭分辨率高短焦鏡頭一般邊緣分辨率比中心低，長(zhǎng)焦鏡頭一般中心比邊緣分辨率低。選

7、配鏡頭原則選配鏡頭原則注意六個(gè)基本要素： A) 被攝物體的大小 B) 被攝物體的細(xì)節(jié)尺寸 C) 物距 D) 焦距 E) CCD攝像機(jī)靶面的尺寸 F) 鏡頭及攝像系統(tǒng)的分辨率 感光芯片感光芯片(SENSOR) (SENSOR) CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。目前CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜選擇元件尺寸較大的為好。 CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）優(yōu)點(diǎn)是集成度高、功耗低(不到CC

8、D的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對(duì)光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。感光面積：是指相機(jī)的感光元件的面積。面積越大越成像質(zhì)量越好。主控芯片（主控芯片（DSPDSP）數(shù)字信號(hào)處理DSP（digital signalprocessor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IE

9、C1146-1-1994標(biāo)準(zhǔn)及GB12338-90標(biāo)準(zhǔn)。IEC1146-1-1994標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置包括：(1)測(cè)試卡：可選EIAJ-A NO.3清晰度卡，或EIAJ-A NO.4或NO.5多功能卡。(2)光源：3100K。(3)示波器：分選行示波器、矢置示波器TEK1741，及視頻綜合測(cè)試儀TEK VM-700A。(4)黑白監(jiān)視器：水平清晰度為1000線(xiàn)、有縮屏功能的監(jiān)視器。 GB12338-90標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量基本裝置包括：(1)測(cè)試卡：分透射式電視綜合測(cè)試圖(GB6996.1)、透射式電視線(xiàn)性測(cè)試圖A型(GB6996.2)、透射式電視綜合測(cè)試圖B型(GB6996.3)、透射式電視灰度測(cè)試圖A型(GB

10、6996.12)。(2)光源：A型光源、色溫2856K。(3)電視測(cè)試信號(hào)發(fā)生器：TEK-111A。(4)示波器：TEK-1741A。(5)監(jiān)視器：松下B/W800線(xiàn)。 測(cè)試方法測(cè)試方法測(cè)試監(jiān)控?cái)z像機(jī)主要測(cè)清晰度、色彩還原性、照度、逆光補(bǔ)償，其次是測(cè)其監(jiān)控?cái)z像機(jī)失真、耗電量、最低工作電壓。1.清晰度的測(cè)量：多個(gè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)使用相同鏡頭，以測(cè)試卡中心圓出現(xiàn)在監(jiān)視器屏幕的左右邊為準(zhǔn)，清晰準(zhǔn)確的數(shù)出已給的刻度線(xiàn)共10組垂直線(xiàn)和10組水平線(xiàn)。分別代表著垂直清晰度和水平清晰度，并相應(yīng)的一組已給出了線(xiàn)數(shù)。如垂直350線(xiàn)水平800線(xiàn)，此時(shí)最好用黑白監(jiān)視器。測(cè)試時(shí)可在遠(yuǎn)景物聚焦，也可邊測(cè)邊聚焦。最

11、好能兩者兼用，可看出此攝像機(jī)的差異(對(duì)遠(yuǎn)近會(huì)聚)。 2.監(jiān)控?cái)z像機(jī)彩色還原性的測(cè)試：測(cè)試此參數(shù)應(yīng)選好的彩色監(jiān)視器。首先遠(yuǎn)距離觀察人物、服飾，看有無(wú)顏色失真，拿色彩鮮明的物體對(duì)比，看監(jiān)控?cái)z像機(jī)反應(yīng)靈敏度，拿彩色畫(huà)冊(cè)放在監(jiān)控?cái)z像機(jī)前，看畫(huà)面勾勒得清晰程度，過(guò)淡或過(guò)濃，再次應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的彩色物體進(jìn)行攝像，看有無(wú)彩色拖尾、延滯、模糊等。測(cè)試條件如此攝像最大照度在50V時(shí)應(yīng)在50+10V照度情況下測(cè)量，即每監(jiān)控?cái)z像機(jī)最大照度基礎(chǔ)上加十伏，且光圈應(yīng)保持最接近狀態(tài)。3.照度：將監(jiān)控?cái)z像機(jī)置于暗室，暗室前后為有源220V白熾燈，處設(shè)調(diào)壓器，以調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓高代來(lái)調(diào)節(jié)暗室內(nèi)燈的明暗，電壓可以從0V調(diào)到250V。室內(nèi)

12、光照也可從最暗調(diào)至最明，測(cè)試時(shí)把攝像機(jī)光圈均開(kāi)至最大時(shí)記錄下一個(gè)最低照度值(把有源燈用調(diào)壓器調(diào)暗至看不清暗室內(nèi)置畫(huà)面)再把光圈打至最小再記錄下一個(gè)最低照度值，也可前后燈分別調(diào)壓明滅。 4.監(jiān)控?cái)z像機(jī)逆光補(bǔ)償：測(cè)試此參數(shù)有兩種方法：一種是在暗室內(nèi)，把攝像機(jī)前側(cè)調(diào)壓燈打開(kāi)，調(diào)至最亮?xí)r，然后在燈的下方放置一圖畫(huà)或文字，把監(jiān)控?cái)z像機(jī)迎光攝像，看圖像和文字能否看清，畫(huà)面刺不刺眼，并調(diào)節(jié)AL、AX拔檔開(kāi)關(guān)，看有無(wú)變化，哪種效果最好。另一種是在陽(yáng)光充足的情況下把攝像機(jī)向窗外照，此時(shí)看圖像和文字能否看清楚。5.監(jiān)控?cái)z像機(jī)失真：看監(jiān)控?cái)z像機(jī)失真把測(cè)試卡置于攝像機(jī)前端使整個(gè)球體出現(xiàn)在屏幕上，看圓球形有無(wú)橢圓，把攝像機(jī)前移，看圓中心有無(wú)放大，再遠(yuǎn)距離測(cè)試邊、角、框有無(wú)弧形失真等。 6.監(jiān)控?cái)z像機(jī)耗電量：最低工作電壓，使用萬(wàn)用表測(cè)量電流，使用小穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)電壓