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        攝像機介紹

        2017年08月29日

        1. 攝像機

        攝像部分一般安裝在現場,它包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架和電動云臺。它的作用是對監視區域進行攝像并將其轉換成電信號。

        像機分為彩色和黑白兩種,一般黑白攝像機要比彩色的靈敏度高,比較適合用于光線不足的地方,如果使用的目的只是監視景物的位置和移動,可采用黑白攝像機;如果要分辨被攝像物體的細節,比如分辨衣服和景物的顏色,則采用彩色的比較好。

        攝像機的規格可分為1/3〃、1/2〃和2/3〃等,安裝方式有固定和帶云臺二種。


        在閉路監控系統中,攝像機又稱攝像頭或CCD(Charge Coupled Device)即電荷耦合器件。嚴格來說,攝像機是攝像頭和鏡頭的總稱,而實際上,攝像頭與鏡頭大部分是分開購買的,用戶根據目標物體的大小和攝像頭與物體的距離,通過計算得到鏡頭的焦距,所以每個用戶需要的鏡頭都是依據實際情況而定的,不要以為攝像機(頭)上已經有鏡頭。 

        攝像頭的主要傳感部件是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,CCD是電耦合器件(Charge Couple Device)的簡稱,它能夠將光線變為電荷并可將電荷儲存及轉移,也可將儲存之電荷取出使電壓發生變化,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的工作原理是:被攝物體反射光線,傳播到鏡頭,經鏡頭聚焦到CCD芯片上,CCD根據光的強弱積聚相應的電荷,經周期性放電,產生表示一幅幅畫面的電信號,經過濾波、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、家用攝像機的視頻輸出是一樣的,所以也可以錄像或接到電視機上觀看。 


        CCD攝像機的選擇和分類 
        CCD芯片就像人的視網膜,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、LG等公司生產的芯片,現在韓國也有能力生產,但質量就要稍遜一籌。 因為芯片生產時產生不同等級,各廠家獲得途徑不同等原因,造成CCD采集效果也大不相同。在購買時,可以采取如下方法檢測:接通電源,連接視頻電纜到監視器,關閉鏡頭光圈,看圖像全黑時是否有亮點,屏幕上雪花大不大,這些是檢測CCD芯片最簡單直接的方法,而且不需要其它專用儀器。然后可以打開光圈,看一個靜物,如果是彩色攝像頭,最好攝取一個色彩鮮艷的物體,查看監視器上的圖像是否偏色,扭曲,色彩或灰度是否平滑。
        好的CCD可以很好的還原景物的色彩,使物體看起來清晰自然;而殘次品的圖像就會有偏色現象,即使面對一張白紙,圖像也會顯示藍色或紅色。個別CCD由于生產車間的灰塵,CCD靶面上會有雜質,在一般情況下,雜質不會影響圖像,但在弱光或顯微攝像時,細小的灰塵也會造成不良的后果,如果用于此類工作,一定要仔細挑選。

        1、依成像色彩劃分 
        彩色攝像機:適用于景物細部辨別,如辨別衣著或景物的顏色。 黑白攝像機:適用于光線不充足地區及夜間無法安裝照明設備的地區,在僅監視景物的位置或移動時,可選用黑白攝像機。

        2、依分辨率靈敏度等劃分 
        影像像素在38萬以下的為一般型,其中尤以25萬像素(512*492)、分辨率為400線的產品最普遍。 影像像素在38萬以上的高分辨率型。

        3、按CCD靶面大小劃分 
        CCD芯片已經開發出多種尺寸: 目前采用的芯片大多數為1/3"和1/4"。在購買攝像頭時,特別是對攝像角度有比較嚴格要求的時候,CCD靶面的大小,CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場角的大小和圖像的清晰度。1英寸--靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm,對角線16mm。 2/3英寸--靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm,對角線11mm。 1/2英寸--靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm,對角線8mm。 1/3英寸--靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm,對角線6mm。 1/4英寸--靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm,對角線4mm。

        4、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,只有醫療或其它專業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)。 

        5、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)。 


        6、按同步方式劃分 
        內同步:用攝像機內同步信號發生電路產生的同步信號來完成操作。 
        外同步:使用一個外同步信號發生器,將同步信號送入攝像機的外同步輸入端。 
        功率同步(線性鎖定,line lock):用攝像機AC電源完成垂直推動同步。 
        外VD同步:將攝像機信號電纜上的VD同步脈沖輸入完成外VD同步。 
        多臺攝像機外同步:對多臺攝像機固定外同步,使每一臺攝像機可以在同樣的條件下作業,因各攝像機同步,這樣即使其中一臺攝像機轉換到其他景物,同步攝像機的畫面亦不會失真。 

        7、按照度劃分,CCD又分為: 
        普通型 正常工作所需照度1~3LUX 
        月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右 
        星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下 
        紅外型 采用紅外燈照明,在沒有光線的情況下也可以成像

        8、按外觀分:有機板型、針孔型、半球型。


        CCD彩色攝像機的主要技術指標
        (1)CCD尺寸,亦即攝像機靶面。原多為1/2英寸,現在1/3英寸的已普及化,1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
        (2)CCD像素,是CCD的主要性能指標,它決定了顯示圖像的清晰程度,分辨率越高,圖像細節的表現越好。CCD是由面陣感光元素組成,每一個元素稱為像素,像素越多,圖像越清晰?,F在市場上大多以25萬和38萬像素為劃界,38萬像素以上者為高清晰度攝像機。
        (3)水平分辨率。彩色攝像機的典型分辨率是在320到500電視線之間,主要有330線、380線、420線、460線、500線等不同檔次。 分辨率是用電視線(簡稱線TV LINES)來表示的,彩色攝像頭的分辨率在330~500線之間。分辨率與CCD和鏡頭有關,還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關,通常規律是1MHz的頻帶寬度相當于清晰度為80線。 頻帶越寬,圖像越清晰,線數值相對越大。
        (4)最小照度,也稱為靈敏度。是CCD對環境光線的敏感程度,或者說是CCD正常成像時所需要的最暗光線。照度的單位是勒克斯(LUX),數值越小,表示需要的光線越少,攝像頭也越靈敏。月光級和星光級等高增感度攝像機可工作在很暗條件,2~3lux屬一般照度,現在也有低于1lux的普通攝像機問世。
        (5)掃描制式。有PAL制和NTSC制之分。
        (6)攝像機電源。交流有220V、110V、24V,直流為12V 或9V。
        (7)信噪比。典型值為46db,若為50db,則圖像有少量噪聲,但圖像質量良好;若為60db,則圖像質量優良,不出現噪聲。
        (8)視頻輸出。多為1Vp-p、75Ω,均采用BNC接頭。
        (9)鏡頭安裝方式。有C和CS方式,二者間不同之處在于感光距離不同。


        2、CCD彩色攝像機的可調整功能

        (1)同步方式的選擇
        A、對單臺攝像機而言,主要的同步方式有下列三種: 
        內同步--利用攝像機內部的晶體振蕩電路產生同步信號來完成操作。 
        外同步--利用一個外同步信號發生器產生的同步信號送到攝像機的外同步輸入端來實現同步。 
        電源同步--也稱之為線性鎖定或行鎖定,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。

        B、對于多攝像機系統,希望所有的視頻輸入信號是垂直同步的,這樣在變換攝像機輸出時,不會造成畫面失真,但是由于多攝像機系統中的各臺攝像機供電可能取自三相電源中的不同相位,甚至整個系統與交流電源不同步,此時可采取的措施有: 均采用同一個外同步信號發生器產生的同步信號送入各臺攝像機的外同步輸入端來調節同步。 調節各臺攝像機的"相位調節"電位器,因攝像機在出廠時,其垂直同步是與交流電的上升沿正過零點同相的,故使用相位延遲電路可使每臺攝像機有不同的相移,從而獲得合適的垂直同步,相位調整范圍0~360度。 


        (2)自動增益控制 
        所有攝像機都有一個將來自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,等效于有較高的靈敏度,可使其在微光下靈敏,然而在亮光照的環境中放大器將過載,使視頻信號畸變。為此,需利用攝像機的自動增益控制(AGC)電路去探測視頻信號的電平,適時地開關AGC,從而使攝像機能夠在較大的光照范圍內工作,此即動態范圍,即在低照度時自動增加攝像機的靈敏度,從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。


        (3)背景光補償 
        通常,攝像機的AGC工作點是通過對整個視場的內容作平均來確定的,但如果視場中包含一個很亮的背景區域和一個很暗的前景目標,則此時確定的AGC工作點有可能對于前景目標是不夠合適的,背景光補償有可能改善前景目標顯示狀況。 當背景光補償為開啟時,攝像機僅對整個視場的一個子區域求平均來確定其AGC工作點,此時如果前景目標位于該子區域內時,則前景目標的可視性有望改善。 


        (4)電子快門 
        在CCD攝像機內,是用光學電控影像表面的電荷積累時間來操縱快門。電子快門控制攝像機CCD的累積時間,當電子快門關閉時,對NTSC攝像機,其CCD累積時間為1/60秒;對于PAL攝像機,則為1/50秒。當攝像機的電子快門打開時,對于NTSC攝像機,其電子快門以261步覆蓋從1/60秒到1/10000秒的范圍;對于PAL型攝像機,其電子快門則以311步覆蓋從1/50秒到1/10000秒的范圍。當電子快門速度增加時,在每個視頻場允許的時間內,聚焦在CCD上的光減少,結果將降低攝像機的靈敏度,然而,較高的快門速度對于觀察運動圖像會產生一個"停頓動作"效應,這將大大地增加攝像機的動態分辨率。


        (5)白平衡 
        白平衡只用于彩色攝像機,其用途是實現攝像機圖像能精確反映景物狀況,有手動白平衡和自動白平衡兩種方式。 
        A、自動白平衡 
        連續方式--此時白平衡設置將隨著景物色彩溫度的改變而連續地調整,范圍為2800~6000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是最適宜的,使色彩表現自然,但對于景物中很少甚至沒有白色時,連續的白平衡不能產生最佳的彩色效果。 按鈕方式--先將攝像機對準諸如白墻、白紙等白色目標,然后將自動方式開關從手動撥到設置位置,保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現白色為止,在白平衡被執行后,將自動方式開關撥回手動位置以鎖定該白平衡的設置,此時白平衡設置將保持在攝像機的存儲器中,直至再次執行被改變為止,其范圍為2300~10000K,在此期間,即使攝像機斷電也不會丟失該設置。以按鈕方式設置白平衡最為精確和可靠,適用于大部分應用場合。

        B、手動白平衡 
        開手動白平衡將關閉自動白平衡,此時改變圖像的紅色或蘭色狀況有多達107個等級供調節,如增加或減少紅色各一個等級、增加或減少蘭色各一個等級。除次之外,有的攝像機還有將白平衡固定在3200K(白熾燈水平)和5500K(日光水平)等檔次命令。

        (6)色彩調整 對于大多數應用而言,是不需要對攝像機作色彩調整的,如需調整則需細心調整以免影響其他色彩,可調色彩方式有: 紅色-黃色色彩增加,此時將紅色向洋紅色移動一步。 紅色-黃色色彩減少,此時將紅色向黃色移動一步。 蘭色-黃色色彩增加,此時將蘭色向青蘭色移動一步。 蘭色-黃色色彩減少,此時將蘭色向洋紅色移動一步。


        3、數字化式的調整控制方法

        新型攝像機對前述各項可選參數的調整采用數字式調整控制,此時不必手動調節電位計而是采用輔助控制碼,而且這些調整參數被儲存在數字記憶單元中,增加了穩定性和可靠性。 
        DSP攝像機 在模擬制式的基礎上引入部分數字化處理技術,稱為數字信號處理(DSP,DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)攝像機。該種攝像機具有以下優點:

        1、由于采用了數字檢測和數字運算技術而具有智能化背景光補償功能。常規攝像機要求被攝景物置于畫面中央并要占據較大的面積方能有較好的背景光補償,否則過亮的背景光可能會降低圖像中心的透明度。而DSP攝像機是將一個畫面劃分成48個小處理區域來有效地檢測目標,這樣即使是很小的、很薄的或不在畫面中心區域的景物均能清楚地呈現。

        2、由于DSP技術而能自動跟蹤白平衡,即可以在任何條件檢測和跟蹤"白色",并以數字運算處理功能來再現原始的色彩。傳統的攝像機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很大面積,那么彩色重現將不平衡,也就是不能重現原始色彩。DSP攝像機是將一個畫面分成48個小處理區域,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,該攝像機也能跟蹤它從而再現出原始的色彩。 在拍攝網格狀物體時,可將由攝像機彩色噪聲引起的圖像混疊減至最少。 C與CS接口的區別在于鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面(攝像機 CCD光電感應器應處的位置)的距離不同,C型接口此距離為17.5mm., CS型接口此距離為12.5mm.。 C型鏡頭與C型攝像機,CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機之間增加一個 5mm的C/CS轉接環可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機無法配合使用。

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