攝像機(jī)基礎(chǔ)培訓(xùn)Word版

1、攝像機(jī)基礎(chǔ)培訓(xùn)（一）一、CCTV電視監(jiān)控綜述CCTV電視監(jiān)控系統(tǒng)由：前端部分（攝像機(jī)、鏡頭、云臺、解碼器、防護(hù)罩、支架等）、傳輸部分（同軸電纜、光纖、電話線、網(wǎng)線、無線等）、中心控制部分（矩陣主機(jī)、控制鍵盤、多媒體等） 、顯示記錄部分（監(jiān)視器、畫面分割器、畫面處理器、錄像機(jī)等）四大部分組成。電視監(jiān)控用攝像機(jī)按攝像器件劃分為電真空攝像器件(即攝像管)攝像機(jī)和固體攝像器件(CCD器件、CMOS器件)攝像機(jī)兩大類。電真空攝像管開發(fā)早、種類多，但成本高，體積大。目前已被一般電視監(jiān)控系統(tǒng)選用的固體攝像器件所代替。后者是近年發(fā)展起來的一類新型攝像器件，它的優(yōu)點(diǎn)是：惰性小、靈敏度高、抗強(qiáng)光照射、幾何失真小、

2、均勻性好；抗沖振，沒有微音效應(yīng)；小而輕、壽命長。電視監(jiān)控用攝像機(jī)目前正朝著小型化、輕量化、廉價化，并提高圖像質(zhì)量、增加操作功能的方向發(fā)展。二、CCD 與 CMOS 比較固體攝像器件攝像機(jī)依材質(zhì)可分為下列幾種:a. CMOS : 省電，便宜，照度不好b. CCD : 主流（Charge Coupled Device ，感光耦合組件）為數(shù)字相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體 ) ，（Complementary Metal-Oxide Semico

3、nductor，互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體）            CCD                            CMOS照度  50.001Lux  153Lux分辨率   330600&

4、#160;TV Lines  330420 TV Lines對比  較佳              較差解像度  較佳             較差顏色像位  可調(diào)整          &#

5、160;   不可調(diào)整色彩濃度  較濃(可調(diào)整)  較淡(不可調(diào)整)噪聲比   48dB                  46dB電子快門1 / 10  1/601/100,000 sec  1/601/2,000 sec消耗功率 70300mA    2050mA1、CMOS攝像機(jī)CMOS傳感器的感光度一般在6到1

6、5Lux的范圍內(nèi)，CMOS傳感器有固定比CCD傳感器高10倍的噪音，固定的圖案噪音始終停留在屏幕上好像那就是一個圖案，因?yàn)镃MOS傳感器在10Lux以下基本沒用，因此大量應(yīng)用的所有攝像機(jī)都是用了CCD傳感器，CMOS傳感器一般用于非常低端的家庭安全方面。但有2個例外，CMOS傳感器可以做得非常大并有和CCD傳感器同樣的感光度，CMOS傳感器非?？焖?，比CCD傳感器要快10到100倍，因此非常適用于特殊應(yīng)用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高幀攝像機(jī)。CMOS傳感器可以將所有邏輯和控制器都放在同一個硅芯片塊上，可以使攝像機(jī)變得簡單并易于攜帶，因此CMOS

7、攝像機(jī)可以做得非常小。CMOS攝像機(jī)盡管耗能與CCD攝像機(jī)同等或者略高，但是CMOS傳感器使用很少的芯片如CDS、TG和DSP，所以同樣尺寸的總能量消耗比CCD攝像機(jī)減少了1/2到1/4。盡管CCD表示“電荷耦合器件”，而CMOS表示“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”，但是不論CCD或者CMOS對于圖像感應(yīng)都沒有用，真正感應(yīng)的傳感器稱做“圖像半導(dǎo)體”，CCD傳感器和CMOS傳感器（暫且如此稱呼）實(shí)際使用的都是同一種傳感器“圖像半導(dǎo)體”，圖像半導(dǎo)體是一個P N結(jié)合半導(dǎo)體，能夠轉(zhuǎn)換光線的光子爆炸結(jié)合處成為成比例數(shù)量的電子。電子的數(shù)量被計算信號的電壓，光線進(jìn)入圖像半導(dǎo)體得越多，電子產(chǎn)生的也越多，從傳感器輸出的

8、電壓也越高。CCD稱為“電荷耦合器件” ，CCD實(shí)際上只是一個把從圖像半導(dǎo)體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。CMOS稱為“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”，CMOS實(shí)際上只是將晶體管放在硅塊上的技術(shù)，沒有更多的含義。傳感器被稱為CMOS傳感器只是為了區(qū)別于CCD傳感器，與傳感器處理影像的真正方法無關(guān)。CMOS傳感器不需要復(fù)雜的處理過程，直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)變成電壓信號，因此就非?？臁＿@個優(yōu)點(diǎn)使得CMOS傳感器對于高幀攝像機(jī)非常有用，高幀速度能達(dá)到400到2000幀/秒。2、CCD耦合攝像機(jī)、耦合式攝像機(jī)現(xiàn)有技術(shù)及原理 被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的

9、電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。無論彩色攝像機(jī)還是黑白攝像機(jī)，都是通過CCD本身的電子掃描將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺涔怆娹D(zhuǎn)變的器件都是采用了CCD器件，CCD是電耦合器件（Charge Couple Device）的簡稱，因此也稱為耦合攝像機(jī)。它是通過采用HYPER HAD（HOLE ACCUMU-LATED DIODE，空穴累積二極管）CCD技術(shù)。當(dāng)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(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示

10、一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過濾波、放大、整形、DSP（數(shù)字信號處理）等一系列處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號。這個標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號同家用的錄像機(jī)、VCD機(jī)、家用攝像機(jī)的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機(jī)上觀看。耦合攝像機(jī)的主要傳感部件是CCD，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長、抗震動、抗磁場、體積小、無殘影等特點(diǎn)，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛Υ婕稗D(zhuǎn)移，也可將儲存之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝像元件。是代替攝像管傳感器的新型器件。CCD器件由硅材料制成，對近紅外比較敏感，光譜響應(yīng)可延伸至1.0um左右。其響應(yīng)峰值為綠光(550nm)，分布曲線如右圖所示。夜間隱

11、蔽監(jiān)視時，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環(huán)境情況，在監(jiān)視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機(jī)的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機(jī)對紅外、紫外均不敏感。     、耦合攝像機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)目前彩色攝像機(jī)和黑白攝像機(jī)技術(shù)以日本的SONY公司生產(chǎn)的芯片最為領(lǐng)先。其他的芯片生產(chǎn)商有日本的SHARP、PANASONIC、韓國LG、SAMAUNG等。、DSP技術(shù)所謂數(shù)字機(jī)是指在攝像機(jī)內(nèi)圖像信號處理上采用數(shù)字技術(shù)（DSP）。新型攝像機(jī)對可選參數(shù)的調(diào)整采用數(shù)字式調(diào)整控制，。此時不必手動調(diào)節(jié)電位計而

12、是采用輔助控制碼，而且這些調(diào)整參數(shù)被儲存在數(shù)字記憶單元中，增加了穩(wěn)定性和可靠性。它是在模擬制式的基礎(chǔ)上引入部分?jǐn)?shù)字化處理技術(shù)，稱為數(shù)字信號處理DSP（DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）攝象機(jī)。該種攝象機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 、由于采用了數(shù)字檢測和數(shù)字運(yùn)算技術(shù)而具有智能化背景光補(bǔ)償功能。常規(guī)攝象機(jī)要求被攝景物置于畫面中央并要占據(jù)較大的面積方能有較好的背景光補(bǔ)償，否則過亮的背景光可能會降低圖像中心的透明度。而DSP攝象機(jī)是將一個畫面劃分成48個小處理區(qū)域來有效地檢測目標(biāo)，這樣即使是很小的、很薄的或不在畫面中心區(qū)域的景物均能清楚地呈現(xiàn)。 、由于DSP技術(shù)而能自動跟蹤白平衡，即可以在任何條件

13、檢測和跟蹤“白色”，并以數(shù)字運(yùn)算處理功能來再現(xiàn)原始的色彩。傳統(tǒng)的攝象機(jī)因系對畫面上的全部色彩作平均處理，這樣如果彩色物體在畫面上占據(jù)很大面積，那么彩色重現(xiàn)將不平衡，也就是不能重現(xiàn)原始色彩。DSP攝象機(jī)是將一個畫面分成48個小處理區(qū)域，這樣就能夠有效地檢測白色，即使畫面上只有很小的一塊白色，該攝象機(jī)也能跟蹤它從而再現(xiàn)出原始的色彩。在拍攝網(wǎng)格狀物體時，可將由攝象機(jī)彩色噪聲引起的圖像混疊減至最少。3、由于數(shù)字信號具有頻譜效率高、抗干擾能力強(qiáng)、失真少等，便于直接產(chǎn)生數(shù)字圖像信號，所以數(shù)字輸出的攝像機(jī)己普通使用。目前CCD 攝像機(jī)己處于成熟期，靈敏度、圖像分辨率、圖像色彩還原性等均己達(dá)到了很高的水平，功

14、能日臻完善。4、產(chǎn)品的一致性及產(chǎn)品的生產(chǎn)效率得到大幅度提高。、CCD電子靈敏度（照度）提高由于彩色攝像機(jī)和黑白攝像機(jī)所用CCD器件均對光線的照度有要求。所以在光線較暗的場所要選低照度的攝像機(jī)。目前市場上標(biāo)榜的低照度攝像機(jī)無論是進(jìn)口廠商或是國產(chǎn)廠商，對低照度的定義眾說紛紜，莫衷一是。彩色攝像機(jī)從0.0004LUX1LUX，黑白攝像機(jī)從0.00030.1LUX均有，晝夜型（COLOR/MONO）攝像機(jī)的照度在國內(nèi)市場上甚至標(biāo)示最低數(shù)值為0LUX，我們不禁要問：“攝像機(jī)乃光學(xué)原理制成，0照度下如何成像？” 白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）攝像機(jī)是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點(diǎn)，在一定的

15、光源條件（若搭配紅外線，則均可達(dá)0LUX），它是利用線路切換的方式將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。這就是國內(nèi)市場在CCTV產(chǎn)業(yè)的技術(shù)規(guī)格方面并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而產(chǎn)生各說各話的情況。    行業(yè)內(nèi)人士強(qiáng)調(diào)，照度能低到多少，不僅要看鏡頭的光圈大?。‵值），更要看是在什麼條件限制下才能出現(xiàn)所標(biāo)示的LUX值，否則只是流于數(shù)字的游戲罷了！以光圈大小（F值）而言，光圈愈大則其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外電子靈敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）是否提高，單一畫面累積幀數(shù)為多少？紅外線是ON還是OFF？等都應(yīng)了解清楚，才不致被規(guī)格所標(biāo)示的照度數(shù)值所

16、混淆。  全光譜高靈敏感應(yīng)（超低照度）攝像機(jī)與紅外燈請 看 下 面 的 光 譜 圖 ：  紅色曲線是目前最先進(jìn)的CCD的感應(yīng)光譜，過去的CCD通常只能感應(yīng)到可見光區(qū)域（500nm-700nm）的影像，這種先進(jìn)的CCD卻能感應(yīng)到可見光、紅外光、遠(yuǎn)紅外光（350nm-110nm）的影像；但僅僅能感應(yīng)到影像是不夠的，還必須運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)碼電路技術(shù)對感應(yīng)到的影像進(jìn)行處理，才能輸出高清晰的圖像信號，這種技術(shù)能夠?qū)CD感應(yīng)到的微弱信號大幅度提升，但并不會過分放大本來已經(jīng)很強(qiáng)的信號，經(jīng)過處理的攝像機(jī)感應(yīng)光譜如圖中的黑色曲線所示，均勻地覆蓋整個光譜區(qū)域，700nm-800nm是人

17、眼最易受干擾的區(qū)域，所以將這部分濾掉了。   怎樣才能使攝像機(jī)做到低照度呢？首先我們分析一下影響照度的幾個部分，我們知道攝像機(jī)最為核心的部件是CCD圖像傳感器。CCD（ChargeCoupled/Device）稱為電荷藕合器件，它可以把外界的影像通過光學(xué)系統(tǒng)（鏡頭、濾光片）在圖像傳感器上成像。目前，最新的Exview HAD技術(shù)可以使CCD具有更高感光度，其主要的技術(shù)改進(jìn)是在傳統(tǒng)的Hyper HAD結(jié)構(gòu)中，有一個OCL鏡頭定位在CCD上的每一個像素，使光線集中的拍攝感光區(qū)域，令感度提高。Exview  HAD在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一大步，使OCL擁有接

18、近零間隙結(jié)構(gòu)，消除了每個微型鏡頭拍攝時產(chǎn)生的無影區(qū)域，這令小孔累積層收到最大數(shù)量的光線。 采用Exview  HAD CCD的攝像機(jī)，對外界光線的敏感程度會大大提高，在近紅外區(qū)域，其感度更可以高到普通攝像機(jī)的4倍，（圖略），因此，即使在非常暗的環(huán)境下，這種攝像機(jī)通?？梢钥吹饺搜劭床坏降奈矬w，因此，這一技術(shù)的出現(xiàn)，迎合了監(jiān)控市場的需求，美國天霸系列攝像機(jī)采用的是當(dāng)今技術(shù)最領(lǐng)先的CCD及數(shù)字處理蕊片，對各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果，特別是配合專用的紅外照明設(shè)備，可以得到高清晰度的黑白圖像，實(shí)現(xiàn)0照度的監(jiān)控.（完全無光的情況下）。    我們可以看出，在

19、近紅外760mm-1100mm的近紅外區(qū)域，如果配合合適波長的紅外照明，就可以實(shí)現(xiàn)清晰的黑白圖像。    紅外燈是一種比較特殊的照明方式,它是利用人眼感覺不到的近紅燈波長的光譜來提供照明,因此,它具有隱蔽性好,發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn),但目前也存在著不足之處,主要是只能提供黑白圖像,另外造價相對較高.。JI30紅外照明燈，采用大功率的半導(dǎo)體砷化鎵蕊片，配合高效的光學(xué)系統(tǒng)，其發(fā)光效率可以比可見光的照明效果更為理想。我們從實(shí)驗(yàn)效果看到， 目前這種組合的監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分廣泛，特別是政府機(jī)關(guān)、軍隊、公安、海關(guān)等安全部分都迫切需求這種高清晰度的彩色轉(zhuǎn)黑白監(jiān)控方式。一方面保留了

20、彩色攝像機(jī)在白天獲取信息量大的優(yōu)勢，另一方面克服了傳統(tǒng)的彩色攝像機(jī)無法在黑暗的環(huán)境下獲取圖像的缺點(diǎn)。所以，這必將是監(jiān)控系統(tǒng)前端的發(fā)展趨勢。不難預(yù)料，在不久的將來，所有的監(jiān)控用的攝像機(jī)都將具備這樣的功能。    超低照度攝像機(jī)是近年來隨著半導(dǎo)技術(shù)的提高而發(fā)展起來的監(jiān)控行業(yè)的又一個熱點(diǎn)產(chǎn)品。由于閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在安全技術(shù)防范領(lǐng)域的發(fā)展很快，目前已廣泛應(yīng)用到金融、文博、酒店、寫字樓、交通管理、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)院、工廠、學(xué)校、住宅小區(qū)物業(yè)管理等各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的攝像機(jī)由于難以滿足24小時連續(xù)監(jiān)控（因?yàn)椴豢赡茉谌魏蔚攸c(diǎn)都做到24小時照明）的需求，新一代的超低照度攝像機(jī)抓住這

21、一良機(jī)迅速發(fā)展起來。夜間監(jiān)視用的低照度攝像機(jī)因有礙于技術(shù)與價格的問題而極少有人問津，隨著市場需求的不斷提高，人們不再滿足于普通攝像機(jī)所能達(dá)到的一般標(biāo)準(zhǔn)（彩色攝像機(jī)在1LUX/F1.2，黑白攝像機(jī)在0.1LUX/F1.2），于是供應(yīng)者為了使夜間監(jiān)視同樣獲得清晰影像，便在攝像機(jī)外加裝紅外線投射器，以照亮所監(jiān)視的環(huán)境，也即后面所講到的白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）攝像機(jī)。然而有些場所并不適合燈光照明，因此微光超低照度攝像機(jī)一直有著特定市場需求。近兩年來隨著元件技術(shù)提升及廠商的投入研制，適用于CCTV領(lǐng)域的低照度攝像機(jī)正穩(wěn)步成長。  、低照度攝像機(jī)在中國市場的演進(jìn)過程 

22、低照度攝像機(jī)在中國市場的演進(jìn)簡單分為以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO或DAY&NIGHT）；低速快門（SLOW/SHUTTER）及超感度攝像機(jī)（EXVIEW/HAD）。 a、白天彩色/晚上黑白（晝夜型攝像機(jī)COLOR/MONO）    此類攝像機(jī)目前在市場上仍有其特定的需求群，晝夜型（COLOR/MONO）攝像機(jī)的照度在國內(nèi)市場上最低標(biāo)示數(shù)值甚至為0LUX，我們不禁要問：“攝像機(jī)乃光學(xué)原理制成，0照度下如何成像？”    白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）攝像機(jī)是利用黑白影像對紅外線感度較高的特點(diǎn)，在

23、一定的光源條件，利用線路切換的方式將影像由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。    在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術(shù)演進(jìn)過程中，早期像PHILIPS（飛利浦）、IKEGAMI（池上）、日本JVC曾采用2顆SENSOR（1顆彩色、1顆黑白）共用一組電路再行切換，目前此類攝像機(jī)已采用單一CCD（彩色）設(shè)計，在白天或光源充足時為彩色攝像機(jī)，當(dāng)夜晚降臨或光源不足時（一般在1LUX3LUX）即利用數(shù)位電路將彩色信號消除掉，成為黑白影像，且為了搭配紅外線，亦拿掉了彩色攝像機(jī)不可缺的紅外線濾除器，此種作法雖可在夜晚達(dá)到“低照度”的目的，白天卻有影像模糊，色彩不自然的缺點(diǎn)，并且攝像機(jī)的攝

24、像距離會受到紅外燈照射距離的限制。據(jù)廠商表示，為了彌補(bǔ)此一缺點(diǎn)，日本SANYO曾推出利用馬達(dá)控制濾光片開合(即隨著彩色/黑白影像的切換,開合濾光片)的機(jī)種,但此機(jī)種似乎也已于市場消失。然而,COLOR MONO攝像機(jī)是否屬于“低照度”攝像機(jī),仍相當(dāng)具爭議性,專家指出,真正的“低照度攝像機(jī)”應(yīng)指攝像機(jī)本身(所采用的元件,技術(shù))可達(dá)到的功能,而白天彩色/晚上黑白的攝像機(jī)因受限于CCD感度,本身并無法改變,只是利用線路切換及搭配紅外光的方式將功能提升,不能算是低照度攝像機(jī)。    b、低速快門（SLOW/SHUTTER）    此

25、類攝像機(jī)又稱為（畫面）累積型攝像機(jī)，是利用電腦記憶體的技術(shù)，連續(xù)將幾個因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個影像清晰的畫面，運(yùn)用SLOW   SHUTTER技術(shù)降低攝像機(jī)照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且畫面能夠累積的幀數(shù)(128幀)是屬于甚至包括進(jìn)口品牌再內(nèi)的領(lǐng)先水平。此類型低照度攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動觀察，夜間軍事海岸線監(jiān)視等，屬性較靜態(tài)場所的監(jiān)視。       目前屬于此類型的低照度攝像機(jī)，以臺灣廠商利凌（lilin）為主導(dǎo)，進(jìn)口品牌有NEC、IKEGAMI、FUJULSU、MITSUBISHI、SAMSUNG等，大多數(shù)進(jìn)口品牌價格昂貴，且累積幀數(shù)少（32幀），如日本池上（IKEGAMI）ICD-870P照度0.03/F1.2（×32）。為此，工程商、經(jīng)銷商更為青睞的應(yīng)屬于技術(shù)上同樣領(lǐng)先