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【美安讯】摄像机温馨提供 希望对您有帮助！【美安迅】安防摄像机培训资料从第一代摄像机发展到现在，摄像机取得了巨大的发展，从黑白到彩色，从普通枪机到一体机，宽动态，低照度、分辨率、信噪比等技术指标迅速提升，然其基本原理基本没有改变。摄像机主要由镜头、影像传感器（主要是 CCD器件）、DSP等组成，被摄物体经过镜头聚焦至CCD上， CCD由多个 X-Y纵横排列的像素点组成，每个像素都由一个光电二极管及相关电路组成，光电二极管将光线转变成电荷，收集到的电荷总量与光线强度成比例 ,所积累的电荷在相关电路的控制下，逐点移出，经滤波、放大，再经过 DSP处理后形成视频信号输出。 CCD是摄像机的核心器件，其性能高低将直接影响摄像机的品质，目前 CCD主要被索尼、松下、夏普等厂家垄断， DSP也基本掌握在国外知名厂家手中。 CCD按色彩来分有黑白、彩色之分，按尺寸来分主要有 1/4，1/3，1/2尺寸等规格，按分辨率有高解低解、工艺不同灵敏度高低不同等，价格也千差万别，不同 CCD和 DSP的组合，配合不同的镜头，形成我们市场上形式多样的产品。 CCD是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素（ Pixel）。一块 CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。 CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。 CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵 CCD，即包括 x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性 CCD，它只有 x一个方向， y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。 CCD的加工工艺有两种，一种是 TTL工艺，一种是 CMOS工艺，现在市场上所说的 CCD和CMOS其实都是 CCD，只不过是加工工艺不同，前者是毫安级的耗电量，二后者是微安级的耗电量。 TTL工艺下的 CCD成像质量要优于 CMOS工艺下的 CCCCD它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。 CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当 CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。 在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。 衡量好坏的指标很多，有像素数量， CCD尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及尺寸是重要的指标。像素数是指上感光元件的数量。摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响，因此，理论上的像素数量应该越多越好。但像素数的增加会使制造成本以及成品率下降，而且在现行电视标准下，像素数增加到某一数量后，再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显，因此，一般一百万左右的像素数对一般的使用已经依分辨率灵敏度等划分影像像素在 38万以下的为一般型，其中尤以 25万像素（ 512*492）、分辨率为 400线的产品最普遍。影像像素在 38万以上的为高分辨率型。目前市面上可见的模拟摄像机大多像素在 44万左右，分辨率已经提升到 540650，甚至已经有厂家宣称具备 700线以上模拟摄像机了。这里不讨论高清摄像机里面的百万像素级传感器，它们跟模拟摄像机不是一个类别。 CCD靶面大小划分 CCD芯片已经开发出多种尺寸： 目前采用的芯片大多数为 1/3”和1/4”。在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候， CCD靶面的大小， CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。 1英寸靶面尺寸为宽 12.7mm*高9.6mm，对角线 16mm。2/3英寸靶面尺寸为宽 8.8mm*高6.6mm，对角线 11mm。 1/2英寸靶面尺寸为宽 6.4mm*高4.8mm，对角线 8mm。 1/3英寸靶面尺寸为宽 4.8mm*高3.6mm，对角线 6mm。 1/4英寸靶面尺寸为宽 3.2mm*高2.4mm，对角线 4mm。扫描制式划分 PAL制、 NTSC制。中国采用隔行扫描（ PAL）制式（黑白为 CCIR），标准为 625行， 50场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外，日本为 NTSC制式， 525行， 60场。按照度划分， CCD又分为： 普通型正常工作所需照度 13LUX 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以下在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用 0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。另外摄像的灵敏度还与镜头有关， 0.97Lux/F0.75相当于 2.5Lux/F1.2相当于 3.4Lux/F1.参考环境照度：夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux 电视台演播室 1000Lux 距60W台灯 60cm桌面 300Lux室内日光灯 100Lux黄昏室内 10Lux 20cm处烛光 10-15Lux夜间路灯 0.1Lux视频场允许的时间内，聚焦在 CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率 ccd与dsp P制 N制分辨率 Sony 1/4 3142+227AK 3142+226AK 420线 229AK 228AK 480线 1/3 3142+405AK 3142+404AK 420线 255AK 254AK 420线低照 633AK 632AK 420线低照 2163/4103/3172+405AK - 404AK 470线 2163/4103+409AK 408AK 480线 259AK 258AK480线低照 639AK 480线低照 3172+409AK 3172+408AK 520线 259AK 258AK520线低照 639AK 520线低照 1/2 2163/4103+429AK 428AK 480线 3172+429AK 428AK 520线 Sharp 1/4 38603/38627+2421 2411 420线 1/3 2321 2311 420线今天，因为成本，使用 1/2CCD的越来越少。在这里要强调一下分辨率的问题，经常有人提到摄像机像素 550线.600线，现阶段行业老大 SONYccd分辨率最高的也就 520线，同时，监控显示屏的分辨率一般为 500线，高于显示屏的分辨率是无用的。 600线的摄像机是网络摄像机，使用液晶显示器。但是网络摄像机还不成熟。监控摄像机的供电：监控摄像机的供电一般有四种 :220V,110V,24V,12V.前三种都需要加变压电源板将电压转成 12V，12V是最主要的供电电压，也是最稳定的。自动增益控制 所有摄像机都有一个将来自 CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增益控制（ AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关 AGC，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。背景光补偿 通常，摄像机的 AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的 AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。 当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其 AGC工作点，此时如果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。电子快门 在 CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对 NTSC摄像机，其 CCD累积时间为 1/60秒；对于 PAL摄像机，则为 1/50秒。当摄像机的电子快门打开时，对于 NTSC摄像机，其电子快门以 261步覆盖从 1/60秒到 1/10000秒的范围；对于 PAL型摄像机，其电子快门则以 311步覆盖从 1/50秒到 1/10000秒的范围。白平衡 白平衡只用于彩色摄像机，其用途是实现摄像机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。 A、自动白平衡连续方式 此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为 28006000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。 按钮方式先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为 230010000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。 B、手动白平衡 开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或蓝色状况有多达 107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少蓝色各一个等级。除次之外，有的摄像机还有将白平衡固定在 3200K（白炽灯水平）和 5500K（日光水平）等档次命令。红外灯:光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（ 10-9nm）到 1毫米（ mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为 380nm - 780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。红外灯正是依据光的特性而开发的，目的是感应红外光从而让夜间的监控变得明亮起来。红外灯的分类：从规格上分 -红外灯分 5MM灯， 8MM灯， 12MM灯等，这里的毫米数表示灯的直径，直径越大功率越大。红外灯其实就是发光二极管，为了加强夜视监控，先后出现了食人鱼灯和阵列式红外灯。特别是阵列式红外灯，将发光单元高度集成，在相同亮度指标下比普通红外灯功率更高，夜视效果更好。理论上寿命更长，但现阶段阵列式红外灯还不成熟，且价格较高，因此应用并未普及。 红外灯角度的问题 :不同焦距的镜头选择相适应角度的红外灯，如果红外灯的角度和摄像机镜头的角度不匹配，那么红外夜视效果会相差很多。红外灯是不是角度越大越好？不论是用户还是工程商一般都认可这种说法，他们认为红外灯发射角度越大，选用镜头余地也越大，这样选广角镜头才不会出现“手电筒”现象。因此，大家都拼命地说自己的红外灯角度如何之大，有 80度还有 180度。这种说法其实是很不科学的，说白了就是不负责任。其实，从某一个具体的红外灯来说，它的功率是额定的，也就是他的发光转换功率是固定的，如果想发光角度大，那自然会牺牲照射距离，相反，如果保证照射距离就会牺牲角度！另外，使用大角度的红外灯配合小角度的镜头，存在光的浪费现象。比如，一盏红外灯，发光角度是 80度，（相当于 f3.5mm镜头的角度），如果配合 f35mm的镜头，那么，会有百分之九十九的光是在镜头视场角以外，也就是说，只有百分之一的光是有用的，其它都浪费了。一般情况下，红外灯的角度与镜头的角度一致，是最科学的搭配。其次，并不是红外灯角度越大，画面效果越好。具体不同的应用环境，还会因为红外灯角度过大，影响成像效果，比如走廊，因其“狭长”的特点，如果红外灯角度大，近处边缘成像太亮，形成“光幕”现象，远处中心反而看不见，只有一片发白现象。所以，实际选择是要求走廊的红外灯应该比镜头的角度略窄，效果才会更加理想。 通光量的问题：相对孔径，决定了镜头的通光能力，相对孔径 F1.0的镜头通光量是相对孔径 F2.0的镜头通光量的四倍。同样的摄像机和红外灯，采用不同的两种镜头，红外作用距离可相差一倍或更多焦点偏移的问题：可见光与红外光由于波长不同，通过透镜后成像焦点也不在一个平面上，导致白天可见光条件下清晰，夜间红外线条件下模糊，或者夜间红外线条件下清晰，白天可见光条件下模糊。可以用两个办法解决。第一，采用自动聚焦一体机，第二，采用 IR专用焦点不偏移镜头。 色彩问题：红外线在可见光条件下对于摄像机来讲是一种杂光，会对摄像机成像的清晰度和色彩进行干扰，彩色摄像机的滤光片就是阻止红外线参与成像。要想使彩色摄像机感应红外线通常采用两种做法，第一，切换滤光片，在可见光条件下挡住红外线进入；在无可见光的条件下移开滤光片，让红外线进入，这种方案图像质量好，但成本高，切换机构也存有一定故障率。二，在滤光片上设计一个特定的红外线通道，允许与红外灯波长相同的红外线进来，这种办法不增加成本，但色彩还原差一些。镜头与红外灯的搭配 : 2.8，3.6，4MM-75度， 6MM-60度， 8MM-45度， 12MM-30度， 16MM以上配 15度。镜头的区分： 1.镜头依据视角大小可分为广角 .标准和长焦镜头。视角达到 64度以上就叫广角镜头；视角 30度左右就叫标准镜头，它和人的眼睛视角接近；视角低于 15度就可以叫长焦镜头。 2.1/4.1/3.1/2,1/4不能用在 1/3.1/2上， 1/3不能用在 1/2上， 1/3能用在 1/4上， 1/2能用在 1/3和1/4上，最常用的是 1/3镜头。镜头分小镜头和大镜头，小镜头螺纹直径 4.7MM,光圈一般为 2.0;大镜头螺纹直径 9.7MM，光圈有 1.6，1.4，1.2.光圈越大，镜头的通光口径越大，它分手动镜头与自动光圈镜头。手动镜头分固定焦距和手动焦距；固定光圈和手动光圈。比如： 6MM是固定焦距固定光圈镜头， 3.5-8MM；4-9MM是手动焦距固定光圈镜头。如果上面有手动光圈调节环的，就是手动焦距手动光圈镜头。自动光圈镜头的光圈是自动的，焦距也分固定与手动变焦，与手动镜头一样。自动光圈镜头又分 DC驱动和视频驱动； DC驱动自动光圈镜头是通过四根线控制镜头的，其两根为 DC12V或DC24V电源来驱动镜头中的马达，另两根控制线通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小 ,四根线直接由摄像机的电源驱动；视频驱动自动光圈镜头则是通过三根线来控制镜头的，其中一根为视频触发信号来起动光圈，并控制光圈大小，另二根为 DC12V或DC24V电源线驱动电机马达，视频驱动有内置的电源板，视频信号传输到电源板，电源板再驱动镜头。目前市场上大多黑白或彩色摄像机虽然有自动光圈镜头接口，但除了少数可以兼容二种镜头以外，大多数摄像机不能兼容，只能使用电源驱动自动光圈镜头或视频驱动自动光圈镜头。现在一般使用 DC驱动镜头。在此说明一下 :时常有人提到百万像素镜头，其实镜头是光学产品，主要材料是光学玻璃。它只有分辨率之说，没有像素的高低。在选择镜头时，有以下五个因素确定镜头标准：（1）监控现场的大小；（2）被摄物体的大小；（3）物距；（4）焦距；（5） CCD靶面尺寸。手动、自动光圈镜头的选用 手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。对于在环境照度恒定的情况下，如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内，均可选用手动光圈镜头，这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度，一次性整定镜头光圈大小，获得满意亮度画面即可。对于环境照度处于经常变化的情况，如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等，均需选用自动光圈镜头 (必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机 )，这样便可以实现画面亮度的自动调节，获得良好的较为恒定亮度的监视画面。需要指出的是，在使用自动光圈镜头、自动增益控制或自动电子快门摄像机时，镜头光圈 F值也会发生变化。例如，在摄像机近处有景物，反射回强光给摄像机，或附近有灯光照射摄像机，这时摄像机的灵敏度将减小、自动光圈的尺寸将被关小，光通量也将受到很大影响。定焦、变焦镜头的选用在狭小的被监视环境中如电梯轿箱内，狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头，如选用镜头规格为 1/3，镜头焦距为 3.6mm或2.8mm镜头，这些镜头视场角均大于 68度，这对于摄像机在狭小空间里一般标高为 2.5m左右时，其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。在开阔的被监视环境中，首先应根据被监视环境的开阔程度，用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度，以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据，在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下，应尽量考虑选用长焦距镜头，这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。在这种环境中也可考虑选用变焦镜头，在选用时也应考虑两点： (1)在调节至最短焦距时(看全景) 应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求； (2)在调节至最长焦距时 (看细节 )应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下，在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用 6倍或者 10倍镜头即可满足要求，而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中，可根据实际要求选用 10倍、 16倍或 22倍镜头。需要强调的是，变焦镜头一般只给出 1：F的最大值，即光圈 F的最小值（光圈实际尺寸最大值），F=f/D,那么 D为定值，在 f焦距拉大 10倍时， F变得很大（即光圈实际尺寸变得很小）。光通量将受到很大影响。在这里要讲一讲镜头的倍数。以一体机为例： 22倍或 27倍，它的倍数并不是人眼视场距离的 22倍，而是在起始焦距上的变倍，如它的最小焦距是 4mm,那么它的最大焦距就是 88mm,因为它的 CCD是1/4,标准焦距大约是 10mm,那么，它的最大远望距离大约是 9倍，而不是望远镜中 22倍。同样， 27倍一体机只是将起始焦距调小了，如 3.2mm,那它的最大焦距就是 86.4mm,因此， 27倍和 22倍的长焦基本上是一样的，区别在于起始焦距角度更大，能观测更广的视场。正确选用镜头焦距的理论计算摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数，镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化，覆盖景物镜头的焦距可用公式计算： (1)f=uD/U (2)f=hD/H 1/3CCD F=4.8D/U或F=3.6D/H 1/2CCD F=6.4D/U或F=4.8D/H f：镜头焦距、 U：景物实际高度、 H：景物实际宽度、 D：镜头至景物实测距离、 u：图像高度、 h：图像宽度举例说明： / 当选用 1/2镜头时，图像尺寸为 u=4.8mm，h=6.4mm。镜头至景物距离 D=3500mm，景物的实际高度为 U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出 H=1.333U，这种关系由摄像机取景器 CCD片决定)。将以上参数代入公式 (1)中，可得 f=4.83500/2500=6.72mm，选用 6mm定焦镜头即可。那么为何在镜头的选用中考虑 CCD靶面的尺寸呢 ? 为了从 1/3与 1/2 CCD摄像机中获取同样的视角， 1/3 CCD摄像机镜头焦距必须缩短；相反如果在 1/3 CCD与1/2 CCD摄像机中采用相同焦距的镜头，情况又如何呢 ?1/3 CCD摄像机视角将比 1/2 CCD摄像机明显地减小，同时 1/3 CCD摄像机的图像在监视器上将比1/2 CCD的图像放大，产生了使用长焦距镜头的效果镜头的安装方式 : 有C式和 CS式两种，两者的螺纹均为 1英寸 32牙，直径为 1英寸，差别是镜头距 CCD靶面的距离不同， C式安装座从基准面到焦点的距离为 17.562毫米，比 CS式距离 CCD靶面多一个专用接圈的长度， CS式距焦点距离为 12.5毫米。别小看这一个接圈，如果没有它，镜头与摄像头就不能正常聚焦，图象变得模糊不清。所以在安装镜头前，先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式，如果不是，就需要根据具体情况增减接圈。有的摄像头不用接圈，而采用后像调节环（如松下产品），调节时，用螺丝刀拧松调节环上的螺丝，转动调节环，此时 CCD靶面会相对安装基座向后（前）运动，也起到接圈的作用。另外（如 SONY，JVC）采用的方式类似后像调节环，它的固定螺丝一般在摄像机的侧面。拧松后，调节顶端的一个齿轮，也可以使图象清晰而不用加减接圈。滤光片,全称叫低通滤波器，在监控摄像机里面的应用非常广泛，特别是对红外摄像机的影响尤为重要。滤光片的功用 1.滤除红外线 . 2.修整进来的光线 1.滤除红外线彩色 CCD也可感应红外线 ,就是因为会感应红外线 ,会导致 D.S.P无法算出正确颜色 , 因此须加一片滤光片 ,把光线中红外线部份隔开 ,所以只有彩色 CCD需要装滤光片 ,黑白就不用了 . 2.修整进光因为 CCD上是一颗颗的感光体 (CELL)构成,最好光线是直射进来 ,但为了怕干扰到邻近感光体,就需要对光线加以修整 ,因此那片滤光片不是玻璃 ,而是石英片 ,利用石英的物理偏光特性 ,把进来的光线 ,保留直射部份 ,反射掉斜射部份 ,避免去影响旁边的感光点 . 了解了基本功能 ,再谈谈怎样做到 . 1滤除红外线可用镀膜方式及蓝玻璃 ,镀膜分真空镀膜及化学镀膜方式 ,化学镀膜是将石英片浸入溶剂中加以电镀 ,成本低但镀膜厚度不平均且容易脱落 ,真空镀膜是用真空蒸镀法 ,镀膜均匀且不易脱落 ,但成本高 .以上我们称 IR Coating ,目地在滤除红外线 ,另外还要加上所谓的 AR-Coating 的镀膜 ,目地是增加透光率 ,因为光线在透过不同介质时 (比如从空气进入石英片 ),会产生部分的折射及反射,加上 AR-Coating 后,滤光片可达到 98-99%的穿透率 ,否则只有 90-95的穿透率 ,这对 CCD的感光度有影响 . 另外是用蓝玻璃 ,蓝玻璃是用”吸收”的方式过滤红外线 ,而IR-Coating是用反射的方式滤掉红外线,但反射光容易造成干扰 ,如果只考虑滤除红外线 ,蓝玻璃是比较好的选择 . 但上文说玻璃无法修整光线 ,因此就有一片蓝玻璃加一片石英片的所谓”两片式”滤光片 .其中蓝玻璃用来滤红外线,而石英片修整光线。 2.修整光线利用石英的物理偏光特性 ,把进来的光线 ,保留直射部份 ,反射掉斜射部份 ,但只能对一个方向修整,通常监控摄像机只考虑到水平分辨率 ,因此只对光线做水平修整 ,因此在贴滤光片时方向要对,不可弄反了 .那如果垂直光线也要修整的话怎办很简单 ,就黏两片 ,把其中一片转 90度就行了,因此就有这种也叫”两片式”的滤光片 ,一片用在水平修整 ,一片用在垂直修整 ,其中一片再做 IR-Coating 来滤红外线 . 那更高级的就是两片