《摄像机基础培训》PPT课件

摄像机基础知识培训资料,目录,一、概述二、摄像机的分类三、摄像机常见参数名词解读,一、概述,摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以CCD(电荷耦合器件)为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。,二、摄像机的分类,按外观和功能划分按成像色彩划分按分辨率划分按灵敏度划分按适用光谱范围来分按摄像器件成像面的直径尺寸来分。,2.1按外观和功能划分,普通枪式摄像机半球摄像机飞碟摄像机一体化变焦摄像机恒速球型一体化摄像机智能高速球型一体化机红外摄像机针孔摄像机防爆、防暴摄像机,普通CCD摄像机,使用时需要另配摄像机镜头,半球摄像机,内含固定镜头、手动变焦镜头摄像角度固定，不能转动,飞碟摄像机,一般配短焦广角镜头适用于电梯等场合使用,一体化摄像机,内含电动变焦镜头，一般有18倍、22倍、23倍、27倍等等,恒速球型一体化摄像机,包含球形云台、内置解码版、一体化摄像机转动速率：水平：020/s垂直：020/s,智能高速球型一体化机,包含球形云台、内置解码版、一体化摄像机转动速率：水平：200/s垂直：100/s,红外摄像机（1）,最低可在0Lux的照度下工作配置红外灯，有照射距离限制含镜头,红外摄像机（2）,红外半球摄像机,微型摄像机,也叫做针孔摄像,防爆摄像机,采用了防爆、防暴护罩,2.2按成像色彩划分,黑白摄像机：是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。,2.3按摄像机分辨率划分,影像像素在25万像素（pixel）左右、彩色分辨率为380线、黑白分辨率420线左右的低档型。影像像素在25万38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率，570线以上的高分辨率。目前市场主流的彩色CCD摄像机一般有380线、420线、480线、520线等等,2.4按摄像机灵敏度划分,普通摄像机：正常工作所需的最低照度为13Lux低照度摄像机：可以工作在照度较低的环境中(如黎明、黄昏、暗光下)，最低照度为0.10.5Lux。微光摄像机：正常工作所需照度为0.01Lux以下，可以工作在月光、星光甚至伸手不见五指的阴天、漆黑的夜间，最低照度可达0.0001Lux。红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。,2.5按摄像器件成像面的直径尺寸来分,1英寸靶面尺寸：宽12.7mm高9.6mm，对角线16mm2/3英寸靶面尺寸：宽8.8mm高6.6mm，对角线11mm1/2英寸靶面尺寸：宽6.4mm高4.8mm，对角线8mm1/3英寸靶面尺寸：宽4.8mm高3.6mm，对角线6mm1/4英寸靶面尺寸：宽3.2mm高2.4mm，对角线4mm,2.6按适用光谱范围来分,可见光电视摄像机。（人眼所能感觉到的电磁波(波长约在0.380.78m之间)称为可见光）非可见光电视摄像机。（红外线、紫外线和X射线）,三、摄像机常用参数及名词解读,CCD线数（TVLine）扫描制式照度白平衡信噪比,背光补偿电子快门增益控制同步方式超宽动态光学放大和电子放大,3.1CCD,CCD是电荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）的简称，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，是理想的摄像元件。CCD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。,CCD的优点,摄像头的主要传感部件是CCD，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，,CCD的工作原理,CCD的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。,目前市场上的CCD,目前我国尚无能力制造，市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。,CCD的简单检测方法,接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类环境，一定要仔细挑选。,3.2线数(TVLine),用摄像机拍摄的影音信号需要在电视上播放时，需要换算成与电视画质相同的单位。而电视的画面清晰度是以水平清晰度作为单位。通俗地说，我们可以把电视上的画面以水平方向分割成很多很多“条”，分得越细，这些画面就越清楚，而水平线数的数码就越多。这个单位是“电视行（TVLine）”也称线。,3.3扫描制式,扫描制式有PAL制和NTSC制之分。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。日本为NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。,3.4照度,照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）：1Lux=1Lm/平方米，上式中，Lm是光通量的单位。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。最小照度，也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯（LUX），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。,不同自然条件下典型景物照度,常用摄像机的最低照度,普通摄像机：正常工作所需的最低照度为13Lux低照度摄像机：可以工作在照度较低的环境中(如黎明、黄昏、暗光下)，最低照度为0.10.5Lux。微光摄像机：正常工作所需照度为0.01Lux以下，可以工作在月光、星光甚至伸手不见五指的阴天、漆黑的夜间，最低照度可达0.0001Lux。红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。,3.5白平衡,在彩色电视中普遍采用红(R)、绿(G)、蓝(B)来作为三基色。这样，彩色摄像机所拍摄的景物图像的最终色彩就与红、绿、蓝三路电信号的强弱有关，即与三基色信号的混合比例有关。所谓白平衡，是指彩色摄像机在拍摄白纸、白墙、白布等白色景物时，红、绿、蓝三路基色信号电压具有相等的幅度。呈现的图像应显示出标准的“纯白”，而不应产生偏蓝、偏红或偏绿等颜色。,3.6信噪比,也叫讯噪比。简单来说，输出信号电压与同时输出的噪声电压之比，即为信号噪声比，简称为信噪比。通常用英文字符S/N来表示，S表示在假设无噪声时的信号值，N表示机器本身产生的噪声值(比如热噪声)，二者之比即为信噪比，单位用分贝(dB)表示。信噪比越高越好，信噪比越大，则表示混在信号里的杂波越少，音质（画质）也就越好。CCD摄像机信噪比的典型值在4555dB之间。行业标准中规定系统信噪比不小于38dB,3.7背光补偿,背光补偿也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低，AGC放大器会有较高的增益，使输出视频信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮，但其与主体画面的主观亮度差会大大降低，整个视场的可视性得到改善,3.8电子快门,电子快门（ElectronicShutter）是比照照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能。电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。,3.9增益控制,摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。,3.10同步方式,内同步利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。外同步利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。电源同步也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。,3.11超宽动态,超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100lux，而外面风景的照度可能是10,000lux，对比就是10,000/100=100:1。这个对比人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度，然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。,3.12光学放大和电子放大,光学放大是依靠光学镜头结构来实现变焦，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。电子放大实际上是画面的电子放大，把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用“插值”处理手段做放大。通过电子放大，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一定程度的下降。,四、镜头的种类,按摄像机接口划分按镜头的尺寸分按镜头视角大小分按镜头的可调整程度来划分,4.1按摄像机接口划分,C型安装方式：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。CS型安装方式：镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。,C与CS接口,镜头安装部位的口径是25.4mm（in），大多数摄像机的镜头接口做成CS型。将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5mm厚的接圈，而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。在实际应用中，如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上，会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像，而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上，则可能使镜头的后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。,4.2按照CCD尺寸,摄象机镜头规格应视摄象机的尺寸而定，两者相对应。即摄象机的靶面大小为英寸时，镜头应选英寸。摄象机的靶面大小为英寸时，镜头应选英寸。摄象机的靶面大小为英寸时，镜头应选英寸。如果镜头尺寸与摄象机靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。,4.3按镜头视角大小划分,广角镜头：视角90度以上。标准镜头：视角30度左右。长焦镜头：视角20度以内。,4.4按镜头的可调整程度来划分,固定光圈定焦镜头手动光圈定焦镜头自动光圈定焦镜头手动变焦镜头电动变焦镜头,固定光圈定焦镜头,固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能），通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。,手动光圈定焦镜头,手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围一般可从F1.2或F1.4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。,自动光圈定焦镜头,自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而调整光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。,手动变焦镜头,它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为23倍，焦距一般在3.68mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如：可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。对于大多数电视监控系统工程来说，当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的，因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐，因为在施工调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节，一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围（不用反复更换不同焦距的镜头），这一点在外地施工中尤为显得方便。,电动变焦镜头,电动一可变镜头：一般是自动光圈、自动聚焦，而只有焦距可人为控制。电动二可变镜头：一般是自动光圈，而聚焦、焦距可人为控制电动三可变镜头：光圈、聚焦、焦距均可人为控制,注意：避免误区,变焦镜头的“倍率”与焦距是两个不同的概念，有些人往往混淆两者的含义，认为倍率越高则看得越远。其实，倍率是变焦镜头的最长焦距与最短焦距之比，是一个相对值。例如，同样是6倍镜头，市面上常见的就有636mm、742mm、848m