監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機基礎知識普及

1、第一章 攝像機 攝像機的發(fā)展速度很快，從攝像管到CCD元件，以其構成的CCD攝像機具有體積小、畸變小、重量輕、壽命長、不受磁場影響及抗震動和撞擊等特點，同時清晰度、照度、可靠性等指標大大提高而被廣泛應用，除了上面的特點外，它最大的特點是感應紅外感應紅外。CCD是電荷耦合器件的縮寫，它是一種半導體成像器件。 CCD 的工作原理是：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)生表示一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過濾波、放大處理，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

2、頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機上觀看。 光學系統(tǒng) 被攝景物信號處理系統(tǒng) 光電轉換系統(tǒng) 監(jiān)視器鏡頭CCDDSP閉路監(jiān)控系統(tǒng)基本工程示例示意圖 CCD 攝像機的選擇和分類: CCD 芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。目前我國尚無能力制造，市場上大部分攝像頭采用的是日本 SONY 、 SHARP 、松下及韓國三星 、LG ,NEXTCHIP、美國PIXIM,臺灣A-NOVA，日立等公司生產(chǎn)的芯片，但韓國技術質量要稍遜一籌，臺灣的就更差。 一、CCD攝像機的分類按照成像色彩劃分 1.CCD攝像機按成像色彩劃分為彩色攝像機和黑白攝像機兩種。 2.彩色攝像機適用于景物細部辨別，如辨別衣物或景

3、物的顏色； 3.黑白攝像機用于光線不充足環(huán)境及夜間無法（或不可）安裝照明設備的環(huán)境，僅監(jiān)控景物的位置或移動情況。按照分辨率劃分 1. 25萬像素左右，對應彩色330線/黑白400線的低檔型； 2. 25萬至38萬像素之間，對應彩色420線/黑白500線的中檔型； 3. 38萬像素以上，對應彩色大于或等于460線黑白570線以上的高檔型。 按照攝像機靈敏度劃分 按照靈敏度可分為最低照度 1. 1至3lux的普通型； 2. 0.1lux左右的月光型； 3. 0.01lux以下的星光型; 4. 0Lux，采用紅外光源成像的紅外照明型。 按照CCD靶面尺寸劃分 攝像機攝像器件（CCD）的尺寸分為1英寸

4、、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/4英寸最為常見。CCD尺寸 水平（mm） 垂直（mm） 對角線（mm）1英寸 12.7 9.6 162/3英寸 8.8 6.6 111/2英寸 6.4 4.8 81/3英寸 4.8 3.6 61/4英寸 3.6 2.4 4【System Lineup and Correspondent Devices】Device NameCorrespondentCCDDSPTGAFEMemory/OtherSystem NameG5CXD3117RCXD2485AR CXD2486RCXA2006QCXD2310AR(A/D Conv)510H

5、760HSS-11RMCDX3142RCXD1267ANCXA2096N510HSS-11XCXD4103R 510H760HSS-HQ1CXD3172AR 760H（510H）SS-1MCXD2163BRCXD2480RCXA2006Q 510H760HSS-2WDCXD3150ARCXD2493RCXD3301RCXD3151RCXD3160RICX212/213ICX448/449SS-3WD(+)CXD4150R/GCXD3151RCXD3160R(CXD4111GG)ICX212/213ICX448/449IT-1CXD3191RCXD3650RICX445AKA （1.3Mega）

6、Nessy2CXD3181RICX445AKAICX614/618AKAIMX012LQZDSPNTSC/PALEIA/CCIRNumber of Effective Pixels thousandImage size (diagonal) mm New productsCCD for SS Series250/290380/44046014501300(SXGA)202011.0(2/3）5070360/420330(VGA)800Industrial8.0（1/2）6.0（1/3）3.0（1/6）4.5（1/4）ICX216/217(PS)ICX258/259Sony CCD Area S

7、ensor Product Line-upICX408/409ICX212/213（ （Wide-D） ）ICX204(PS)ICX205(PS)ICX226/227ICX238/239ICX254/255ICX274(PS)ICX285(PS)ICX404/405ICX445(PS)ICX415(PS)ICX418/419ICX428/429ICX422/423ICX424(PS)ICX282ICX267(PS)IMX012(CMOS)ICX625(PS)ICX278/279ICX658/659ICX618 (PS)ICX614 (PS)ICX098 (PS)ICX228/229ICX268

8、/269ICX448/449（ （Wide-D） ）ICX414(PS)ICX206/207Sony Confidential Proprietary水平垂直 對角線 （五）按掃描制式劃分 PAL 制。 NTSC 制。 中國采用隔行掃描（ PAL ）制式（黑白為 CCIR ），標準為 625 行， 50 場，只有醫(yī)療或其它專業(yè)領域才用到一些非標準制式。另外，日本為 NTSC 制式， 525 行， 60 場（黑白為 EIA ）。 （六）、依供電電源劃分 110VAC （ NTSC 制式多屬此類） 220VAC ， 24VAC ,12VDC 或 9VDC （微型攝像機多屬此類）。最好的是寬電源12

9、-24V（適合大型工程） （七）、按外觀分： A.有機板型 B.針孔型 C.半球型 D.槍型 E.防水型 F.高速云臺型等。 二、CCD攝像機常見性能和主要性能指標 1.攝像機的功能很多，如自動白平衡調(diào)整、自動增益調(diào)整、電子快門、逆光補償、多種同步方式、Y/C分離輸出等等。 2.考察攝像機檔次的最主要指標是水平清晰度、最低照度（靈敏度）和信噪比。 清晰度 清晰度數(shù)是衡量攝像機優(yōu)劣的一個重要參數(shù)，它指的是當攝像機攝取等間隔 排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器（比攝像機的分辨率高）上能夠看到的最多線數(shù)。當超過這一線數(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。 最低照度 最低照度是當被

10、攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。一般彩色攝像機的最低照度為13LUX， 照度的測定是以在一定的鏡頭光圈系數(shù)為前提，因此，不能只看攝像機說明書中標明的最低照度，應按攝像機在同一光圈系數(shù)下其照度值的大小。 信噪比 信噪比是攝像機的一個重要的性能指標。1.信噪比是指信號電壓對于噪聲電壓的比值，通常用符號S/N來表示，單位為DB。一般攝像機給出的信噪比值均是AGC（自動增益控制）關閉時的值，CCD攝像機信噪比的典型值是一般為45-55db，工程應用要求40db 。2.攝像機的信噪比越高，干擾噪點對畫面的影響就越小。 自動增益控制（AGC） AGC是

11、自動增益控制的縮寫。攝像機有一個來自CCD的信號放大到可以使用水準的視頻放大器，其放大量即增益. AGC等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏。具有AGC功能的攝像機，在低照度時的靈敏度會較好，但噪點也會比較明顯。是由于信號和噪聲被同時放大的緣故。 背景光補償（BLC）BLC是背景光補償?shù)目s寫，也稱作逆光補償或逆光補正.可以有效補償攝像機在逆光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷.當背景光補償為開啟時，攝像機僅對整個視場的一個子區(qū)域，求平均來確定其AGC工作點，如果前景目標位于該子區(qū)域內(nèi)時，前景目標的可視性有望改善。 電子快門（ES） 電子快門，是對比照相機的機械快門功能提出一個術語.相當于控制C

12、CD圖像傳感器的感光時間。.由于CCD感光的實質是信號電荷的積累，感光時間越長，信號電荷的積累時間就越長，輸出信號電流的幅值也就越大。.通過調(diào)整感光信號電荷的積累時間（即調(diào)整時鐘脈沖的寬度），可實現(xiàn)控制CCD感光時間的功能。 白平衡（WB） 1.白平衡（WB），只用于彩色攝像機，其用途是實現(xiàn)攝象機圖像能精確反映景物狀況通常把攝像機拍攝白色景物時輸出的紅、綠、藍三種基本色信號電壓VR=VG=VB的現(xiàn)象稱為白平衡。分手動白平衡和自動白平衡兩種方式 2.自動白平衡（AWB）有分為連續(xù)白平衡和自動控制白平衡。同步方式 攝像機的同步方式一般有：.內(nèi)同步（INT）是利用攝像機內(nèi)部的晶體振蕩電路產(chǎn)生同步信號

13、來完成操作。.電源同步（LL），也稱之為線性鎖定，是利用攝像機的交流電源來完成垂直推動同步，即攝像機和電源零線同步。.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的外同步輸入端來實現(xiàn)同步。三、CCD攝像機的應用領域 1.CCD攝像機是閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端，而閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是電視技術在安全防范領域的新應用。 2.電視監(jiān)控系統(tǒng)是應用電視系統(tǒng)的重要組成部分，也是安防系統(tǒng)的重要組成部分。當前電視監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)與防盜報警系統(tǒng)有機地結合到一起，形成一個更為可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。 3. 3.目前已廣泛應用于以下領域目前已廣泛應用于以下領域: :.金融-銀行、郵政儲蓄、證券所.文博-文物館、博

14、物館.酒店-賓館、飯店、寫字樓4.交通管理高速公路、國道、省道收費站5.商業(yè)-商場、超市、珠寶行、批發(fā)市場6.醫(yī)院-手術室、病房、門診大廳7.其它-工廠、學校、考場、住宅小區(qū)8.測量儀器設備-尺寸測量儀、瞬時位置測量儀、天文觀測系統(tǒng)、光電顯微分析儀、水下測量四、攝像機的日常維護 由于CCD攝像機是24小時不間斷地工作，因此作好攝像機的日常維護將對其使用壽命和效果具有很大的影響，攝像機的日常維護應注意如下幾點：通電以前應保證攝像機各種狀態(tài)設置正確。避免在高溫、潮濕、強磁場的環(huán)境工作以及防雷。避免陽光或強光長時間直射，以免損壞攝像靶面。注意攝像機的工作電源的穩(wěn)定性。注意攝像機的日常清潔。 第二章、

15、鏡頭第二章、鏡頭 攝像機鏡頭的作用是把被觀察目標的光像呈現(xiàn)在攝像機的靶面上，也稱光學成像。將各種不同形狀、不同介質（塑料、玻璃或晶體）的光學零件（反射鏡、透射鏡、棱鏡）按一定方式組合起來，使得光線經(jīng)過這些光學零件的透射或反射以后，按照人們的需要改變光線的傳輸方向而被接收器件接收，即完成了物體的光學成像過程。 光學鏡頭應滿足成像清晰、透光率強、像面照度分布均勻、圖像畸變小、光圈可調(diào)等要求。 一般來說每個鏡頭都由多組不同曲面曲率的透鏡按不同間距組合而成。間距和鏡片曲率、透光系數(shù)等指標的選擇決定了該鏡頭的焦距 一、鏡頭分類 攝像機鏡頭按其功能和操作方法分為常用鏡頭和特殊鏡頭兩大類。 1.常用鏡頭又分

16、為定焦鏡頭（自動和手動光圈）和變焦鏡頭（自動和手動光圈）。 2.特殊鏡頭是根據(jù)特殊工作環(huán)境而專門設計的，一般有廣角鏡頭、針孔鏡頭等。 二、鏡頭參數(shù)相對孔徑 光圈的主要作用是通過控制鏡頭光量的大小滿足成像所需的合適照度。光圈越大，靶面成像照度越大，攝像機輸出信號強度越大，信噪比越高。若光圈的實際孔徑為，由于光線通過透鏡后的折射使鏡頭的有效孔徑D 比實際孔徑大，光圈的相對孔徑等于有效孔徑與鏡頭焦距之比，即：A=D/f，f 為鏡頭的焦距。 光圈系數(shù) 通常將表征鏡頭光圈大小的參數(shù)定義成光圈系數(shù)，用F 表示。 光圈系數(shù)為鏡頭光圈相對孔徑的倒數(shù)。F值的規(guī)律是后一個值正好是前一個數(shù)值的2 倍，這是由于成像面

17、中心亮度與（1/F）2成正比。F值越小相應靈敏度越大。常用值為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等幾個等級。 視場角 我們常用視場角來表征觀察景物的范圍。所謂視場角是指在視場角內(nèi)的景物可全部落入成像尺寸內(nèi)，而視場角以外的景物將不被攝取。因此，鏡頭的視場角與攝像機的靶面及鏡頭的焦距有關。 當成像尺寸確定后，焦距越短，視場角越大。因此可將鏡頭分為長角鏡頭（視場角小于45）、 標準鏡頭（視場角為4550）、廣角鏡頭（視場角大于50）、超廣角鏡頭（視場角接近180）、魚眼鏡頭（視場角大于180 ）等。 另外，我們還可以得到如下公式以計算其中任一未知項數(shù)據(jù)。 f/vD/V f/hD/H

18、其中： f鏡頭焦距； D鏡頭至景物距離； h靶面寬度； H靶面高度。 三、鏡頭接口 鏡頭的安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種。 1.C型接口安裝指從鏡頭安裝基準面到焦點的距離為17.526mm， 2.CS型接口的鏡頭安裝基準面到焦點距離為 12.5mm。將C型鏡頭安裝到CS接口攝像機時需要加裝一個5mm厚的接圈。 四、鏡頭的發(fā)展 鏡頭是影響圖像品質的重要關鍵，鏡頭品質不佳，自然難拍攝出清晰的畫面1.傳統(tǒng)的攝像機鏡頭所采用的鏡片，通稱為球面鏡頭，這是以鏡頭內(nèi)鏡片的表面曲線為球面形狀來命名的。2.非球面鏡頭是采用了不同于球面曲線的技術，也就是鏡片研磨的形狀為拋物線、二次曲線、三次曲線或高次曲線，依

19、據(jù)設計功能上的不同而會有不同形狀的曲線，因此統(tǒng)稱為非球面鏡頭。 五、CCTV中的特殊鏡頭 在特殊的CCTV安全鏡頭族群中，值得一提的品種包括: 1.光纖鏡頭 2.管道鏡頭 3.分像鏡頭 4.拐角鏡頭 5.中繼鏡頭 6.自動聚焦鏡頭 7.安定鏡頭 8.長程鏡頭 這些鏡頭各有所長，可以實現(xiàn)普通鏡頭所無法完成的特殊功能。 光纖鏡頭和管道鏡頭 設計難度較大的監(jiān)控系統(tǒng)中往往需要使用粘連光纖束鏡頭。與通常用于視頻信號傳輸?shù)膯文９饫w和多模光纖不同，這種光纖束是由上千根單獨的玻璃光纖粘連在一起組成的。它可以將物鏡得到的光學圖像傳輸?shù)绞畮桌迕椎綆酌走h的地方。中繼鏡頭從光纖束處理到圖像后，再將其傳送到攝像機的傳感器上。光纖鏡頭通常用于穿過厚墻對隔壁房間的監(jiān)視，有時也用在必須將攝像機與鏡頭分開一端距離的場合。 另一種常用的長距離采光鏡頭是管道鏡頭。管道鏡頭由直徑為0.040.5英寸、長630英寸的通光管、桿狀鏡頭和多聯(lián)式中繼鏡頭共同組成。中間的鏡頭用于將物鏡形成的光學圖像傳送給后面的鏡頭，進而傳送到攝像機傳感器上。 分像鏡頭 能夠將兩個單獨場景同時成像的同一攝像機上的鏡頭稱作分像鏡頭或雙焦鏡頭。這種鏡頭使用兩個分開的透鏡或雙焦鏡頭。這