攝像機(jī)知識(shí)專(zhuān)項(xiàng)的培訓(xùn)

1、前言本文針對(duì)安防營(yíng)銷(xiāo)和支持相關(guān)人員的。攝像機(jī)的開(kāi)展攝像機(jī)功能介紹鏡頭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方案CCD的開(kāi)展CCDCharge Coupled Device 70年代受磁泡存儲(chǔ)器的啟發(fā)、作為MOS技術(shù)的延伸而產(chǎn)生96年以前，模擬階段現(xiàn)階段，模擬加數(shù)字階段，如火如荼使用中下一階段，數(shù)字階段未來(lái)：一定時(shí)間內(nèi)半壁江山CCD特性了解攝像機(jī)特性的意義：在閉路電視監(jiān)控工程設(shè)計(jì)與施工中，根據(jù)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)正確正確選配攝像機(jī)是非常重要的一環(huán)，只有充分了解CCD圖象傳感器的特性，才能針對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的具體情況及用戶(hù)實(shí)際需求正確配置性?xún)r(jià)比適宜的攝像機(jī)。光譜特性CCD圖像傳感器具有很寬的感光光譜范圍，通?？裳娱L(zhǎng)至紅外區(qū)域，利用此

2、特性，可以在夜間無(wú)可見(jiàn)光照明的情況下，用輔助紅外光源照明，使攝像機(jī)清晰成像。但這種傳感器在強(qiáng)光照射下易出現(xiàn)光暈及拖影。CMOS就可以防止。分辨率是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的重要參數(shù)，指當(dāng)攝像機(jī)攝取等間距排列的黑白相間條紋時(shí)，在監(jiān)視器上能夠看到的最多線數(shù)，當(dāng)超過(guò)這一線數(shù)時(shí)，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能分辨黑白相間的條紋。測(cè)試攝像機(jī)分辨率時(shí)必須使用兩倍于分辨率的黑白復(fù)原設(shè)備。常見(jiàn)分辨率：420TVL，480TVL，540TVL，600TVL，650TVL分辨率的來(lái)歷像素?cái)?shù)是攝像機(jī)的最大像素?cái)?shù)，有給出水平和垂直，如：500H494V，有給乘積的，如300K像素。對(duì)于一定尺寸的CCD芯片，像素?cái)?shù)越多那么意

3、味著每個(gè)像素單元的面積越小，因而由該芯片構(gòu)成的攝像機(jī)的分辨率也越高分辨率和像素?cái)?shù)沒(méi)有直接的換算關(guān)系，均為攝像機(jī)質(zhì)量參數(shù)，前者突出CCD信息采集的密集程度，后者突出DSP處理能力暗電流所有圖象傳感器都受暗電流的影響，起因于熱激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)。光信號(hào)電荷的積累時(shí)間越長(zhǎng)，影響越大。暗電流限制了CCD的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，與溫度的關(guān)系極為密切，每降低10，暗電流約減少50。0 時(shí)效果最正確靈敏度一般用最低照度來(lái)表示，所謂靈敏度高是要求在很低的照度下也能輸出較為清晰的圖象。照度是反映光照強(qiáng)度的單位，物理意義是照射到單位面積上的光通量。單位是每平方米的流明數(shù)，也叫勒克斯LUX1lm/m2 =1lux數(shù)值

4、越小，表示需要的光線越少，攝像機(jī)也越靈敏。動(dòng)態(tài)范圍是要求具有把最小光量到最大光量產(chǎn)生的信號(hào)電荷成比例的收集到勢(shì)阱內(nèi)的能力，取決于勢(shì)阱能收集的最大電荷量與由噪聲確定的最小電荷量之差信噪比S/NSignal-to-Noise Ratio信號(hào)雜訊比，信噪比是信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值，通常用符號(hào)S/N來(lái)表示。由于在一般情況下，信號(hào)電壓遠(yuǎn)高于噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用DB來(lái)表示。一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是在AGC自動(dòng)增益控制關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)AGC接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。信噪比的典型值為4555db，假設(shè)為50db，那么圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；假設(shè)為60

5、db，那么圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。攝像機(jī)的開(kāi)展攝像機(jī)功能介紹鏡頭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方案CCD攝像機(jī)工作原理被攝物體反射光線，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)生表示一幅幅畫(huà)面的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大處理，通過(guò)攝像頭的輸出端子輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號(hào)。電子快門(mén)ES(Electronic Shutter)電子快門(mén)是相對(duì)于機(jī)械快門(mén)而言的，控制CCD攝像機(jī)傳感器的曝光時(shí)間。攝像機(jī)的快門(mén)時(shí)間一般為1/50s-1/100000s，是連續(xù)變化的，攝像機(jī)后板有開(kāi)關(guān)，OFF時(shí)那么把快門(mén)固定在1/50s。工程上的簡(jiǎn)單測(cè)試方法：攝像機(jī)對(duì)著50LUX以下的場(chǎng)景比方桌子底

6、下，這時(shí)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，攝像機(jī)應(yīng)該沒(méi)有亮度變化電子快門(mén)-續(xù)Low-speed shutter：為了在低照度環(huán)境也能成清晰的圖像，采用多場(chǎng)積累電子快門(mén)的方式，叫慢快門(mén)low-speed shutter或幀累積DSS。使CCD的電荷暫存，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行多場(chǎng)曝光后再電荷轉(zhuǎn)移，輸出信號(hào)幅度得以提高，相當(dāng)于提高了攝像機(jī)靈敏度。慢快門(mén)僅適用于非運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。為了防止快速運(yùn)動(dòng)物體的拖影現(xiàn)象，攝像機(jī)就應(yīng)工作在很低的快門(mén)時(shí)間，但曝光時(shí)間短，輸出信號(hào)低，圖像變暗，那么應(yīng)增加鏡頭光通量。背光補(bǔ)償BLCBack-light Compensation)背光補(bǔ)償功能應(yīng)用場(chǎng)景：有一個(gè)很亮的背景區(qū)域，而要觀察的主體處于亮場(chǎng)的包圍中，畫(huà)面一

7、片昏暗，無(wú)層次。而攝像機(jī)檢測(cè)到的信號(hào)平均電平并不低，AGC和ES都無(wú)法改進(jìn)畫(huà)面主體明暗度。是對(duì)某區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)求該區(qū)域的平均信號(hào)電平來(lái)確定AGC和ES的工作點(diǎn)。由于子區(qū)域的平均電平低，會(huì)調(diào)整AGC和ES使圖像幅度提高，主體畫(huà)面明朗。此時(shí)背景畫(huà)面會(huì)更加明亮，但與主體畫(huà)面的主觀亮度差會(huì)大大降低，可視性得到改善。寬動(dòng)態(tài)功能WDR(Wide Dynamic Range)寬動(dòng)態(tài)功能：把畫(huà)面平均分成假設(shè)干個(gè)方形區(qū)域，并對(duì)每一個(gè)區(qū)域的平均亮度進(jìn)行檢測(cè)，如果這些區(qū)域的平均亮度差異過(guò)大，那么數(shù)字動(dòng)態(tài)電路工作，有效縮小這些區(qū)域的亮度差，使過(guò)暗的景物能夠清晰重現(xiàn)而又不致于使亮區(qū)域出現(xiàn)過(guò)載。簡(jiǎn)單理解即加強(qiáng)型BLC

8、白平衡AWBAuto White Balance)自動(dòng)白平衡就是使RGB三基色電壓幅度相等。白平衡的調(diào)整是在一定范圍內(nèi)2200K-9600K進(jìn)行，當(dāng)光源色溫變化很大時(shí)，無(wú)法滿(mǎn)足，會(huì)出現(xiàn)些許偏色。如黃昏的夕陽(yáng)，白織燈。ATWAuto Tracing White Balance)自動(dòng)跟蹤白平衡技術(shù)能夠明顯改善彩色圖像的重現(xiàn)效果。原理就是把畫(huà)面分成相等的小方區(qū)域，并檢測(cè)這些區(qū)域是否有白色，即使畫(huà)面上有很小的一塊白色，攝像機(jī)就能夠自動(dòng)跟蹤并以它為基準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)的白平衡進(jìn)行調(diào)整。它也有范圍3200K-9000K。該模式不適用于環(huán)境光線復(fù)雜的場(chǎng)所，如DISCO廳防色滾動(dòng)ACR(Anti-color Rolli

9、ng)防色滾動(dòng)即是在人造光源的環(huán)境中，由于照明設(shè)備的工作頻率，與攝像機(jī)的輸出的頻率不合拍而產(chǎn)生固定的差拍，表現(xiàn)的監(jiān)視畫(huà)面上會(huì)出現(xiàn)明暗變化的顏色整體漂移，這樣使監(jiān)視的人員容易引起視覺(jué)疲勞。原理就是把畫(huà)面分成相等的小方區(qū)域，畫(huà)面中如果有很小的一塊白色，即以它為基準(zhǔn)，并實(shí)時(shí)檢測(cè)這些區(qū)域是否為白色，如果出現(xiàn)著色現(xiàn)象，那么攝像時(shí)機(jī)調(diào)整輸出頻率，以到達(dá)與發(fā)光設(shè)備一致。自動(dòng)增益控制AGC(Auto Gain Control)自動(dòng)增益控制就是為了在不同的景物照度下保證輸出1Vp-p標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)。在低照度時(shí)的靈敏度有所提高，但由于增益有所增大，噪聲也會(huì)隨著放大，所以這時(shí)畫(huà)面上噪點(diǎn)也會(huì)比較明顯。因此現(xiàn)在的攝像機(jī)靈

10、敏度不會(huì)超過(guò)42dB。超過(guò)那么畫(huà)面被噪點(diǎn)覆蓋，失去監(jiān)控的意義了負(fù)片Negative 負(fù)片該功能是攝像機(jī)的一個(gè)附屬功能，不能用于監(jiān)控，是用于教學(xué)的，由于光學(xué)影印資料是負(fù)片，如相片底片，X光片，這樣再經(jīng)過(guò)攝像機(jī)復(fù)原那么得到正常的圖片。鏡像Mirror 鏡像就是將監(jiān)控到圖像畫(huà)面進(jìn)行左右倒轉(zhuǎn)，而非旋轉(zhuǎn)。鏡像是以中軸線為參考，進(jìn)行左右對(duì)調(diào)。旋轉(zhuǎn)是以畫(huà)面中心為原點(diǎn)進(jìn)行180翻轉(zhuǎn)。有些攝像機(jī)還有上下倒轉(zhuǎn)。鏡像功能一般用于汽車(chē)倒車(chē)。線性鎖定LL(Line Lock)線性鎖定就是給攝像機(jī)一個(gè)外部的電網(wǎng)頻率，PAL為50Hz，NTSC為60Hz，使攝像機(jī)的工作場(chǎng)頻與電網(wǎng)一致。從而到達(dá)視頻輸出與環(huán)境光源的工作頻率同

11、步來(lái)消除屏閃和顏色漂移。工作原理就是以環(huán)境電網(wǎng)頻率為基準(zhǔn)來(lái)調(diào)節(jié)攝像機(jī)的工作頻率，電網(wǎng)頻率與攝像機(jī)內(nèi)的LC振蕩電路形成負(fù)反響。遮蔽Privacy 遮蔽就是把畫(huà)面分成假設(shè)干個(gè)小區(qū)域，然后在預(yù)設(shè)的區(qū)域加上一幅不透明的小畫(huà)面或打上馬賽克來(lái)保護(hù)別人的隱私。移動(dòng)偵測(cè)MDMotion Detection移動(dòng)偵測(cè)工作原理就是把畫(huà)面分成假設(shè)干個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域的前后兩幀圖像舉行亮度信號(hào)的比照，如果亮度信號(hào)的變化量到達(dá)或超過(guò)預(yù)先設(shè)置的靈敏度值，那么攝像機(jī)輸出ARLAM信號(hào)來(lái)控制外圍報(bào)警設(shè)備。電子放大E-ZOOM 電子放大就是依據(jù)放大倍數(shù)在原始像素間作相應(yīng)的擴(kuò)充以及在兩像素間填充對(duì)應(yīng)的插補(bǔ)信號(hào)，這時(shí)攝像機(jī)的清晰度

12、會(huì)有一定程度的下降。電子放大后可以在對(duì)應(yīng)的放大區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)電子云臺(tái)，即水平和垂直移動(dòng)取景。對(duì)應(yīng)有光學(xué)放大：是依靠光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)變焦，光學(xué)變焦倍數(shù)越大，能拍攝的景物就越遠(yuǎn)伽瑪校正在電視和圖形監(jiān)視器中，顯像管發(fā)生的電子束及其生成的圖像亮度并不是隨顯像管的輸入電壓線性變化，電子流與輸入電壓相比是按照指數(shù)曲線變化的，輸入電壓的指數(shù)要大于電子束的指數(shù)。這說(shuō)明暗區(qū)的信號(hào)要比實(shí)際情況更暗，而亮區(qū)要比實(shí)際情況更高。所以，要重現(xiàn)攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面，電視和監(jiān)視器必須進(jìn)行伽瑪補(bǔ)償。這種伽瑪校正也可以由攝像機(jī)完成。我們對(duì)整個(gè)電視系統(tǒng)進(jìn)行伽瑪補(bǔ)償?shù)哪康?，是使攝像機(jī)根據(jù)入射光亮度與顯像管的亮度對(duì)稱(chēng)而產(chǎn)生的輸出信號(hào)，所以應(yīng)

13、對(duì)圖像信號(hào)引入一個(gè)相反的非線性失真，即與電視系統(tǒng)的伽瑪曲線對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)伽碼曲線，它的值應(yīng)為1/r，我們稱(chēng)為攝像機(jī)的伽瑪值。電視系統(tǒng)的伽瑪值約為2.2，所以電視系統(tǒng)的攝像機(jī)非線性補(bǔ)償伽瑪值為0.45數(shù)字降噪DNRDigital Noise Reduction ，數(shù)字降噪功能能夠降低弱信號(hào)圖像的噪波干擾。由于圖像噪波的出現(xiàn)是隨機(jī)的，因此每一幀圖像出現(xiàn)的噪波是不相同的。數(shù)字降噪通過(guò)比照相鄰的幾幀圖像，將不重疊的信息即噪波自動(dòng)濾出，從而顯示出比較純潔細(xì)膩的畫(huà)面。DNR手法，它從視頻信號(hào)中將亮度信號(hào)(Y)和顏色信號(hào)(C)別離(Y/C別離)，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)

14、中的雜質(zhì)(多余的顏色信息)去除。數(shù)字降噪-續(xù)另外，還有從每個(gè)影像的框架中的不同查出并除去雜質(zhì)的3維數(shù)字降噪(3D-DNR)等手法?，F(xiàn)在銷(xiāo)售的產(chǎn)品一般是進(jìn)行了Y/C別離之后，分別對(duì)Y信號(hào)，C信號(hào)進(jìn)行3D-DNR的手法。采用DNR功能的攝像機(jī)特點(diǎn)：1、大幅提升靈敏度且在低照度時(shí)具有卓越 的圖像效果2、完全沒(méi)有陰影效果3、節(jié)約大量的存儲(chǔ)空間日夜功能DAY/NIGHT 日夜功能：目前行業(yè)有兩種做法，1、用雙波濾光片替換IR CUT濾光片，就是讓850nm附近光線也能夠進(jìn)入傳感器進(jìn)行成像，從而提高靈敏度，2、使用機(jī)械的方式在光線弱時(shí)把IR CUT濾光片移除，采用MOVING FILTER從而使更多的光線

15、進(jìn)入攝像機(jī)成像，進(jìn)一步提高靈敏度。附帶的概念就是1、彩色轉(zhuǎn)黑白，2、感應(yīng)紅外光紅外一體機(jī)IR攝像機(jī)：由于監(jiān)控的不間斷性，工程上就要求攝像機(jī)能夠在無(wú)光線的夜晚也較好復(fù)原場(chǎng)景圖像，但目前傳感器的靈敏度還不能滿(mǎn)足這種要求，紅外攝像機(jī)就誕生的。由于目前采用的濾光片是雙波長(zhǎng)濾光片，因此紅外攝像機(jī)的使用應(yīng)防止在強(qiáng)太陽(yáng)光下使用。紅外一體攝像機(jī)滿(mǎn)足IP66。傳感器簡(jiǎn)單介紹CCD傳感器相關(guān)攝像機(jī)功能相關(guān)鏡頭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方案鏡頭是攝像機(jī)的第一道關(guān)口，他的作用是光信號(hào)可見(jiàn)光與非可見(jiàn)光成像在攝像機(jī)的CCD上鏡頭分類(lèi)光圈種類(lèi)：固定光圈，手動(dòng)光圈，自動(dòng)光圈接口方式：C接口鏡頭，CS接口鏡頭，D接口鏡頭焦距：固定焦距，手動(dòng)焦距

16、，電動(dòng)焦距驅(qū)動(dòng)方式：DC鏡頭，VIDEO鏡頭全波鏡頭，IR鏡頭，魚(yú)眼鏡頭，針孔鏡頭，百萬(wàn)像素鏡頭等鏡頭主要的參數(shù)焦距f值: 從焦點(diǎn)到透鏡中心的距離, 即焦距長(zhǎng)度。 焦距長(zhǎng)短與成像大小成正比 ，與視角大小成反比。 焦距長(zhǎng)短與景深成反比 ，與透視感的強(qiáng)弱成反比。廣角鏡頭長(zhǎng)焦鏡頭28mm36mm4mm6mm8mm12mm16mm25mm在這里引入一個(gè)行業(yè)里常用的術(shù)語(yǔ)“該鏡頭是多少倍的，這個(gè)倍數(shù)指的是該可變鏡頭最大尺寸和最小尺寸的商。如8.5-51mm的鏡頭，大概就是6倍。不同尺寸的鏡頭，最正確的成像距離。一般為鏡頭尺寸的倍。鏡頭主要的參數(shù)光圈：用來(lái)調(diào)整攝像機(jī)的進(jìn)光量，F(xiàn)表示鏡頭的孔徑，較小的F值表示

17、較大的光圈。景深：當(dāng)某一物體聚焦清晰時(shí)，從該物體前面的某一段距離到其后面的某一段距離內(nèi)的所有景物也都當(dāng)清晰的。焦點(diǎn)相當(dāng)清晰的這段從前到后的距離就叫做景深 。自動(dòng)光圈鏡頭自動(dòng)光圈鏡頭的工作原理實(shí)際上就是根據(jù)視頻信號(hào)電平的變化輸出一控制電壓，去驅(qū)動(dòng)鏡頭中控制光圈的微型電動(dòng)機(jī)齒輪嚙合做正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整光圈的大小，使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)保持在選定的標(biāo)準(zhǔn)電平上。有DC和VIDEO兩種:VIDEO DRIVE AUTO IRIS接口使用3個(gè)針，即電源、視頻、地DC DRIVE AUTO IRIS接口使用4個(gè)針，即阻尼正、阻尼負(fù)、驅(qū)動(dòng)正、驅(qū)動(dòng)負(fù)即地鏡頭光圈光圈的功能有： 1、控制通光量。2、控制景深。3

18、、控制像質(zhì)。鏡頭鏡面球面鏡片：由圖示可知鏡面的中心范圍為正常的成像焦距，而鏡面邊緣的光線折射 角度因受制于球面的形狀而脫離正常的焦距軌道。所以此種鏡片可接受的成像光線范圍較小，F(xiàn)值較大，此結(jié)果將導(dǎo)致進(jìn)入鏡片的光線較小。非球面鏡片：透過(guò)鏡面的中心與邊緣的范圍而進(jìn)入攝影機(jī)的光線皆是一樣的焦距，這將使得鏡片可接受的成像光線范圍較大，F(xiàn)值較小，所以進(jìn)入攝影機(jī)的光線較多。此結(jié)果將增加整體的感光度。非球形鏡片的優(yōu)點(diǎn)：1、消除球面差，提高成像質(zhì)量 ；2、獲得更大通光量；3、使鏡頭體積小、重量輕，并增強(qiáng)透光率；4、改善鏡片邊緣局部光的折射率，消除光在鏡頭外緣過(guò)多折射引起的桶形失真。傳感器簡(jiǎn)單介紹CCD傳感器相關(guān)攝像機(jī)功能相關(guān)鏡頭相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方案歐洲工業(yè)產(chǎn)品防塵防水等級(jí)：IPXX防塵等級(jí)(第一個(gè)X表示)， 防水等級(jí)(第二個(gè)X表示)0：沒(méi)有保護(hù) 0：沒(méi)有保護(hù)1：防止大的固體侵入 1：水滴滴入到外殼無(wú)影響2：防止中等大小的固體侵入 2：當(dāng)外殼傾斜到15度時(shí)，水滴滴入到外殼無(wú)影響3：防止小固體進(jìn)入侵入 3：水或雨水從60度角落到外殼上無(wú)影響4：防止大于1mm的固體進(jìn)入 4：液體由任何方向潑到外殼沒(méi)有傷害影響5：防止有害的粉塵堆積 5：用水沖洗無(wú)任何傷害6：完全防止粉塵進(jìn)入 6：可用于船艙內(nèi)的環(huán)境 7：可于短時(shí)間內(nèi)耐