攝像機(jī)知識(shí)培訓(xùn)培訓(xùn)課件

1、攝像機(jī)知識(shí)培訓(xùn)模擬攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的概念從攝像機(jī)的主要組成維度劃分：模擬攝像機(jī)主要由鏡頭、圖像傳感器（CCD或CMOS）、DSP/ISP（數(shù)字信號(hào)處理器）三部分組成；網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)主要由鏡頭、圖像傳感器（CCD或CMOS）、DSP/ISP（數(shù)字/圖像信號(hào)處理器）、編碼模塊四部分組成。按攝像機(jī)形狀分：槍機(jī)、半球、一體化攝像機(jī)、球機(jī)、針孔攝像機(jī)按感光芯片分：CCD攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)按輸出圖像信號(hào)格式劃分:模擬攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)按成像色彩劃分：彩色、黑白按清晰度劃分：330TVL、420TVL、480TVL、 540TVL、 600TVL、 700TVL等按像素劃分： 標(biāo)清、130萬、200萬、3

2、00萬、500萬等按靈敏度劃分：普通、月光、星光、紅外照明按感光元件靶面大小劃分：1inch、2/3inch、1/2inch、1/3inch、1/4inch攝像機(jī)分類紅外網(wǎng)絡(luò)一體化（IPR）網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)（IPC）（防砸）網(wǎng)絡(luò)半球（IPD/V）外觀智能球型攝像機(jī)從圖像分辨率維度劃分：(按PAL制)CIF模擬攝像機(jī)的圖像分辨率常見有：CIF: 352(H)*288(V) =380線/420線D1: 752(H)*582(V)=480線/540線/600線960H: 976(H)*582(V)=650線/700線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的圖像分辨率常見有：（標(biāo)清）D1: 752(H)*582(V)=540線/600線

3、 720p: 1280(H)*720(V)=130萬像素 1080p:1920(H)*1080(V)=200萬像素 2048(H)*1536(V)=300萬像素 2560(H)*1920(V)=500萬像素鏡頭顏色陣列濾波器圖像傳感器ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換圖像處理模塊ISP（DSP)編碼模塊2D/3D降噪白平衡AWB伽瑪校正寬動(dòng)態(tài)校正閃爍校正CPU控制自動(dòng)曝光AE自動(dòng)聚焦AFAGC增益放大反饋控制AF/AE控制算法反饋輸出圖像數(shù)據(jù)光光光模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)RAW DATA反饋輸出攝像機(jī)原理功能框圖 模擬攝像機(jī)原理：鏡頭、 CCD圖像傳感器靶面上成像CCD圖像傳感器輸出電信號(hào)經(jīng)攝像機(jī)DSP電路處理后

4、輸出視頻信號(hào) 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)原理：鏡頭、影像傳感器、DSP同模擬的攝像機(jī)，區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)后面加上了一個(gè)編碼模塊（IP模塊），IP模塊將DSP輸出的信號(hào),進(jìn)行編碼,然后輸出網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)1. 清晰度2. 層次感(通透性）3. 色彩還原4. 低照效果5. 寬動(dòng)態(tài)效果攝像機(jī)圖像質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)1. 鏡頭 2. 傳感器3. 圖像處理算法(ISP)4. 編碼影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵部件影響第一講 攝像機(jī)基礎(chǔ)原理一、影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵部件-鏡頭1、鏡頭的光圈（F 值）光圈（F值）-通光量-自動(dòng)曝光AE-圖像亮暗度2、鏡頭的焦距（f 值）鏡頭的焦距：用小寫f值來表示，通過調(diào)節(jié)鏡頭的焦距可以改變圖像中的物體在整個(gè)圖像中所

5、占的面積大小也即遠(yuǎn)近程度。3、鏡頭的視角鏡頭的視角是指攝像機(jī)鏡頭所能涵蓋多大范圍的景物，通常以角度來表示?？偨Y(jié)：視角與鏡頭的焦距和通光量成反比，鏡頭的焦距越大視角就越小而通光量越小。反之，鏡頭的焦距越小視角就越大而通光量越大。4. 鏡頭分辨率鏡頭通常有很多品牌（如：騰龍、富士能、精工、福光等），從分辨率上來看有高清和標(biāo)清鏡頭。鏡頭的像素?cái)?shù)越多則意味著每一像素單元的面積越小，因而分辨率也就越高。通常在給攝像機(jī)匹配鏡頭時(shí)要注意選擇具有優(yōu)勢(shì)品牌。5. 鏡頭尺寸按尺寸大小分：1/2”,1/3”,1/4”鏡頭尺寸的大小影響著通光量的多少?？偨Y(jié)：選用攝像機(jī)鏡頭主要參考點(diǎn)：（遵照高配原則）（1）鏡頭的尺寸

6、（2）鏡頭的光圈值（3）鏡頭的焦距 （4）鏡頭的視角（5）鏡頭的分辨率傳感器對(duì)圖像質(zhì)量影響分析傳感器尺寸（空間分辨率）-鏡頭與傳感器的匹配-圖像清晰度/低照效果 傳感器的尺寸越大通光量越大從而使得圖像的清晰度越好，低照度下畫面整體亮度也越好。鏡頭要與傳感器的尺寸相互匹配，否則大尺寸的傳感器配小尺寸的鏡頭就會(huì)出現(xiàn)黑角。2. 傳感器類型-CCD/CMOS-運(yùn)動(dòng)圖像清晰度和低照效果 傳感器通常有CCD和CMOS類型之分，但CCD比CMOS的傳感器的靈敏度高，從而使得在運(yùn)動(dòng)物體成像方面優(yōu)于CMOS不會(huì)出現(xiàn)明顯的拖尾現(xiàn)象。并且在低照度下的圖像整體亮度會(huì)優(yōu)于CMOS而使畫面的噪點(diǎn)較小。3. 鏡頭分辨率-光

7、子分布-圖像清晰度（同上鏡頭的描述）二、影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵部件-圖像傳感器CCD和CMOS對(duì)比傳感器類型功耗低照度效果色彩還原度動(dòng)態(tài)范圍噪聲價(jià)格CCD較大較好較好較差較好較高CMOS較小一般一般較好較差較低高清CMOS背照技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)CCD廠家：SONY 、KODAK網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)CMOS廠家：美國(guó) Aptina、Omnivision 日本 SONY、Panasonic圖像處理算法ISP 對(duì)圖像質(zhì)量影響分析1.色彩插值-圖像清晰度2. 2D、3D降噪-圖像清晰度/低照效果3.白平衡AWB-色彩還原4. 伽瑪校正-圖像亮度（層次感/通透感）5. 寬動(dòng)態(tài) -寬動(dòng)態(tài)效果6. 自動(dòng)曝光算法-（電子快門

8、，光圈、增益） -圖像亮度（層次感/通透感）7. 自動(dòng)聚焦算法-圖像清晰度三、影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵部件-圖像處理算法ISP1.色彩插值 (Color Interpolation) 不論是 CCD 還是 CMOS 圖像傳感器，為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本，一個(gè)像素點(diǎn)往往只能記錄從純白到純黑的系列色調(diào)，因而只能給出單色的色調(diào)值，不能同時(shí)給出 RGB 三組數(shù)據(jù)。 因此必須通過插補(bǔ)色算法來對(duì)每個(gè)像素補(bǔ)會(huì)其他顏色。2. 2DNR、3DNR降噪 DNR (Digital Noise Reduction)為數(shù)字降噪技術(shù)，用數(shù)字處理降低混雜在視頻信號(hào)中的雜質(zhì)。從視頻信號(hào)中將亮度信號(hào)(Y)和顏色信號(hào)(C)分離(Y/C分

9、離)，分別對(duì)它們施與數(shù)字處理,將亮度信號(hào)中的雜質(zhì)(飄飛粗澀)及顏色信號(hào)中的雜質(zhì)(多余的顏色信息)去除。 2D降噪：結(jié)合圖像空間內(nèi)行和列，進(jìn)行降噪。 3D降噪：不僅結(jié)合圖像空間內(nèi)行和列，而且結(jié)合前后幀方向（時(shí)間）進(jìn)行。開啟3D降噪功 能會(huì)占用較大的處理能力芯片性能會(huì)受影響從而影響到運(yùn)動(dòng)物體的流暢性。 原始圖像 打開2DNR 打開3DNR3.白平衡 (White Balance)白平衡是描述顯示器中紅、綠、藍(lán)三基色混合生成后白色精確度的一項(xiàng)指標(biāo)。白平衡就是要解決在不同色溫（光譜）的光源條件下，通過調(diào)整攝像機(jī)內(nèi)部的DSP芯片中的色彩算法使拍攝出來的圖像抵消偏色，還原出物體的真實(shí)色彩，這樣可以更接近人

10、眼的視覺習(xí)慣。還原真實(shí)色彩色彩還原不真實(shí)4.伽馬校正 (Gamma Correction)伽瑪調(diào)整可以調(diào)整圖像的明暗程度。在視頻通信系統(tǒng)中，圖像傳感器CCD/CMOS主要用于光/電轉(zhuǎn)換，在理想狀態(tài)時(shí)，輸入的光強(qiáng)度和電壓信號(hào)之間的關(guān)系應(yīng)該是線性的，如圖 (a)所示。但實(shí)際上，輸入的光強(qiáng)與電壓信號(hào)之間的關(guān)系是非線性的，如圖 (b)所示。5. 寬動(dòng)態(tài)效果（WDR） 寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是在非常強(qiáng)烈的對(duì)比下讓攝像機(jī)看到影像的特色而運(yùn)用的一種技術(shù)。當(dāng)在強(qiáng)光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對(duì)亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光

11、不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機(jī)在同一場(chǎng)景中對(duì)最亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動(dòng)態(tài)范圍”。 注意：在不需要開啟寬動(dòng)態(tài)功能的場(chǎng)景里面，如果開啟了此功能，可能會(huì)影響圖像的質(zhì)量，如圖像的清晰度，色彩還原等。 擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的方法：多次采樣技術(shù)、自動(dòng)增益控制技術(shù)、勢(shì)阱容量調(diào)節(jié)技術(shù)、局部曝光技術(shù)、對(duì)數(shù)響應(yīng)技術(shù)、自適應(yīng)曝光調(diào)節(jié)技術(shù)，安防寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)大多數(shù)采用前兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī) 普通攝像機(jī)6.自動(dòng)曝光 (Auto Exposure)自動(dòng)聚焦算法 自動(dòng)曝光指的是以人的視覺主觀感覺為依據(jù)通過控制曝光量使圖像亮度最優(yōu)化的過程。 基本原理：自動(dòng)曝光主要通過對(duì)光圈和快門

12、分別控制或二者聯(lián)合控制，結(jié)合增益調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。通過光圈和快門進(jìn)行光線的大步長(zhǎng)和大范圍調(diào)整，通過增益控制進(jìn)行小范圍調(diào)整。一個(gè)好的自動(dòng)曝光算法將會(huì)影響圖像的清晰度、亮度、層次感和通透感、低照等效果。 曝光不足（偏暗） 正常曝光7.自動(dòng)聚焦算法 (Auto Focus)3A技術(shù)（自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光、自動(dòng)聚焦）是決定攝像機(jī)圖像質(zhì)量好壞最關(guān)鍵的技術(shù)。景陽擁有完全自主的3A算法，是繼日本索尼、日立，成為國(guó)內(nèi)少數(shù)掌握該技術(shù)的廠家之一 。四、影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵部件-編碼算法編碼算法-圖像清晰度/碼流 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)來說，圖像壓縮方式主要有： JPEG、MJPEG MPEG1、MPEG2 MPEG4 H.264

13、采用不同的圖像壓縮方式，對(duì)帶寬、碼流、存儲(chǔ)空間的影響都不一樣。采用H.264高階壓縮算法，能夠大幅度降低碼流，節(jié)省帶寬和節(jié)約磁盤空間。編碼算法對(duì)圖像質(zhì)量影響分析BaselineProfileExtendProfileMainProfileHighProfileH.264 四個(gè)層次H.264圖像編碼效率景陽網(wǎng)絡(luò)高清全部采用大部分廠家采用此編碼層次2、碼流大小 碼流（Data Rate）:是指視頻文件在單位時(shí)間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，也叫碼率，碼流帶寬是指?jìng)鬏斄髟谛诺乐袀魉蛿?shù)據(jù)的速率，通常以比特/秒(bit/s)為單位； 我公司標(biāo)清設(shè)備支持50Kbps-4Mbps,百萬支持200Kbps-8Mbps，2

14、00萬及以上支持500Kbps-12Mbps. 編碼可變或固定比特率視頻流 VBR（可變比特率）可以保持預(yù)定的圖像質(zhì)量水平，無論運(yùn)動(dòng)還是缺少運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。但有大量活動(dòng)的場(chǎng)合可增加使用帶寬； CBR（固定比特率）可用帶寬有限的情況下生成固定比特率，由用戶預(yù)定。缺點(diǎn)是當(dāng)場(chǎng)景中活動(dòng)增加，會(huì)造成圖像質(zhì)量和幀速下降。景陽高清IPC 場(chǎng)景復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)物體多場(chǎng)景簡(jiǎn)單，低碼流傳輸4Mbps512Kbps3.質(zhì)量等級(jí)-圖像清晰度視頻編碼類型有4種方式可選攝像機(jī)的分辨率多種方式可選攝像機(jī)有I 幀間隔設(shè)置碼率類型有CBR定碼率和VBR變碼率兩種碼率可調(diào)圖像質(zhì)量從1-9之間連續(xù)可調(diào)質(zhì)量越大所占的碼流越大網(wǎng)絡(luò)編碼芯片介紹芯

15、片廠家型號(hào)圖像分辨率特點(diǎn)美國(guó)TI達(dá)芬奇DM355720pARM9 270MHz，MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器達(dá)芬奇DM365720pARM9 300MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器達(dá)芬奇DM3681080pARM9 432MHz，H.264BP/MP/HP/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器DM81681080PCortex A8 1.2GHz，H.264BP/MP/HP/MPEG4/MPEG2/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器DM81271080PCortex A

16、8 1GHz，H.264BP/MP/HP/MPEG4/MPEG2/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器芯片廠家型號(hào)圖像分辨率特點(diǎn)臺(tái)灣智源GM8180720pARM9 500MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器華為海思Hi3512720pARM9 264MHz，H.264/MJPEG，不集成ISP，只能使用帶OVT功能的圖像傳感器Hi35151080pARM9 400MHz，H.264/MJPEG，不集成ISP，只能使用帶OVT功能的圖像傳感器Hi35171080pARM Cortex A9 750MHz，H.264/MPEG4/MJP

17、EG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器Hi35161080pARM Cortex A9 800MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以無縫對(duì)接各種圖像傳感器美國(guó)安霸A2881080pARM9 2XXMHz問：市場(chǎng)上有很多廠家用同樣的Sensor和編碼芯片方案，為何圖像效果卻千差萬別？ 最主要的原因有以下面三個(gè)方面：（1）圖像傳感器的提供廠家對(duì)各個(gè)攝像機(jī)生產(chǎn)廠家的支持力度不一樣； 景陽是索尼八大合作伙伴之一，比如：索尼提供一款圖像傳感器芯片SDK開發(fā)包，對(duì)景陽會(huì)開放90% 的程序接口，而對(duì)其它攝像機(jī)生產(chǎn)廠家只開放50%左右，或者更少。 （2）網(wǎng)絡(luò)編碼芯片的提供廠家對(duì)各個(gè)

18、攝像機(jī)生產(chǎn)廠家的支持力度也不一樣； 景陽是直接與網(wǎng)絡(luò)編碼芯片廠家取得聯(lián)系的。很多廠家只與中國(guó)區(qū)辦事處來溝通的，景陽公司研發(fā)人員可以隨時(shí)拿到網(wǎng)絡(luò)編碼廠家的第一手資料。 由此，以上兩點(diǎn)可以知道，芯片廠家對(duì)攝像機(jī)生產(chǎn)廠家的支持力度不一樣，從而導(dǎo)致攝像機(jī)生產(chǎn)廠家工程師在對(duì)攝像機(jī)參數(shù)精細(xì)化調(diào)整、性能優(yōu)化方面存在很大的差距，這是導(dǎo)致相同的芯片方案，圖像效果不一樣的最主要原因。（3）各個(gè)攝像機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)積淀不一樣，取決于攝像機(jī)生產(chǎn)廠家的技術(shù)研發(fā)實(shí)力； 模擬時(shí)代，攝像機(jī)廠家大多數(shù)沒有機(jī)會(huì)深入到底層技術(shù)，沒有積累圖像傳感器和圖像處理技術(shù)，目前大多數(shù)安防高清廠家采用是內(nèi)置ISP的CMOS開發(fā)，或者直接采用百萬高

19、清機(jī)芯套件，或者采用方案設(shè)計(jì)公司的接近成品方案生產(chǎn)高清攝像機(jī)。 因此，由于攝像機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)研發(fā)實(shí)力良莠不齊，這也是導(dǎo)致相同的方案，圖像效果不一樣的另一個(gè)重要原因。攝像機(jī)優(yōu)勢(shì)畫質(zhì)優(yōu)勢(shì)安全優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)碼流優(yōu)勢(shì)穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)維護(hù)優(yōu)勢(shì)IP攝像機(jī)產(chǎn)品-總體優(yōu)勢(shì)六大方面的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)寬動(dòng)態(tài)效果最優(yōu)低照?qǐng)D像效果好畫面干凈、通透畫質(zhì)優(yōu)勢(shì)色彩還原逼真優(yōu)化的圖像降噪技術(shù)，室內(nèi)/室外夜視的反復(fù)調(diào)試，保證明亮清晰的夜視圖像電路設(shè)計(jì)和圖像處理算法的反復(fù)優(yōu)化和調(diào)試，以及大量的室內(nèi)/室外測(cè)試，保證畫面的通透感自主研發(fā)的攝像機(jī)的3A算法，不同色溫光線下的反復(fù)調(diào)試，保證圖像色彩在不同光線下的色彩還原真實(shí)、準(zhǔn)確逆光、背光等環(huán)境下的反復(fù)

20、調(diào)試，采用先進(jìn)的寬動(dòng)態(tài)Sensor和算法，保證寬動(dòng)態(tài)效果最優(yōu)IP攝像機(jī)優(yōu)勢(shì)1-畫質(zhì)優(yōu)勢(shì)網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)可變/固定碼流多種選擇平均延時(shí)低于250MS4種編碼算法可選碼流優(yōu)勢(shì)3種音頻編碼可選并發(fā)可達(dá)4個(gè)碼流優(yōu)化的編碼算法和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和同類IP產(chǎn)品相比，實(shí)現(xiàn)視頻延時(shí)最低有效解決了不同帶寬要求的圖像傳輸和存儲(chǔ)的問題節(jié)省帶寬和磁盤空間音頻碼流最低可達(dá)6.3Kbps能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬大小和圖像質(zhì)量?jī)?yōu)先級(jí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像碼流有效解決不同網(wǎng)絡(luò)（無線、INTERNET,LAN等) 下，圖像質(zhì)量需求和網(wǎng)絡(luò)帶寬的矛盾碼流低于同類廠家10-20%有效解決圖像質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)帶寬的矛盾問題，并徹底實(shí)現(xiàn)后端解碼兼容問題IP攝像機(jī)優(yōu)勢(shì)2-碼流優(yōu)勢(shì)三級(jí)看門狗機(jī)制長(zhǎng)時(shí)間拷機(jī)測(cè)試測(cè)試機(jī)器人技術(shù)完整的IO端口保護(hù)可靠的嵌入式軟件運(yùn)行穩(wěn)定優(yōu)良的散熱結(jié)構(gòu)IP攝像機(jī)優(yōu)勢(shì)3-可靠