CCD摄像机最低照度技术详谈

1、ccd摄像机最低照度技术详谈 技术定义上讲，最低照度应当是在标准的电视帧比率下，ccd摄像机输出电平为某一幅度下所需的屏幕照度，其单位为1ux。固然这里包括摄像机处于最大增益，光圈最大(所谓光圈最大，即最小的f数，对于1/2英寸ccd摄像机，典型值为f1.4，而对于2/3英寸ccd摄像机，典型值为f1.7);另外，对于屏幕的反射率也应当是89.9%，色温3，200k，为0.45，自动拐点关断等等。 一、最低照度的测试条件1、最大增益普通为+18db，但是+24db和+30db的摄像机相继浮现。因为摄像机最大增益的不同，其最低照度也会不同，必定产生混乱。2、输出电平打算最低照度的一个主要因素是摄

2、像机的输出电平，是标准电平的100%(0.7v)，还是70%(0.49v)等，怎样才算较为合理。由罗伯特?以瑟在 “摄像机低照度性评估”一文资料所示(见表1)，可以看出，同一类型、不同厂家，或同一厂家、不同类型的摄像机，其输出电平的要求也不一样。从表1可以看出，对广播级摄像机，其输出电平均要求100%，这是比较统一的;但对于后三档的摄像机，要求各异，并无统一标准，可见所声称的最低照度不是在统一标准下得出的。3、曲线上面说过，最低照度的一个测定条件是=0.45，但并非全是如此。另外有几种状况影响曲线：a.黑压缩。这在摄像机中广泛用法，其主要目的是减小低照度下的噪波，这明显影响曲线。b.自动拐点。

3、这也在摄像机中广泛采纳，其目的是压缩高照度下的动态范围，使得曲线显然偏离0.45，这也是为什么在测量最低照度时要将该功能关断的缘由。二、最低照度与s/n在低照度下多用法高增益，势必使s/n恶化。从后面的计算可知，若摄像机增益为0db，=1时s/n为60db。假如增益改为+18db，则s/n为 42db;当增益+18db，=0.45时，s/n为36db。为了在低照度下不使s/n过度恶化，ccd摄像机通常采纳以下措施：1、芯片ccda.采纳大的ccd芯片普通来说，大的ccd芯片，其相应的象素面积也较大，接受所摄光的面积增大，必定使象素输出电荷增多，敏捷度升高，简单使摄像机整体质量提高。如目前 2/

4、3英寸芯片广泛用于广播级，1/2英寸芯片广泛应用于专业级，1/31/4英寸广泛用于家用级。但芯片尺寸大小，必定增强摄像机镜头和分色棱镜的体积和分量，这也是家用机种采纳小芯片尺寸的一个缘由。另外须解释的是，即使采纳较大的芯片也未必能令s/n有显然的转变。按理说，2/3英寸ccd芯片的象素面积比1/2英寸ccd芯片的象素面积大一倍，而1/2英寸ccd芯片象素面积比1/3英寸ccd芯片象素面积也大一倍，但并非相应s/n高一倍。由于目前芯片技术不断改进，特殊是应消费的需求，1/2、1/3英寸ccd芯片结构做得较为复杂，使移位寄存器、传输门、控制线和通道中止等所占面积减小，从面使象素受光面积增大，结果提

5、高了这些小芯片的敏捷度，或者说提高了s/n。b.微透镜技术在每个ccd象素芯片上都加有一个新型的半球形微透镜，并结合光跟踪模拟技术，使光电转换效率大大提高。c.backthinning技术它可增强量子效率12倍，这种技术在专业级ccd中用法，可较好地充实低照度性能。d.致冷ccd虽然ccd暗噪波或者说热噪波和固定图案噪波在常温下并不重要，但随着温度上升，其影响不行忽略。通常温度上升10，暗电流增强一倍。在ccd芯片上采纳特有的冷却器，可使芯片的工作温度降低15左右。当芯片的温度超过35时，这种电子冷却器开头工作，以使s/n维持不变，这对室外恶劣环境下作业的eng很有效。1、ccd信号读出采纳双

6、象素读出技术，dpr(doublepixelreadout)将两个ccd象素的电荷(电平)加在一起，从而输出一个两倍电平的图像信号。这样，可在不加大噪波电平的同时实现图像信号+6db的提高。2、电路处理a.黑压缩我们知道，系数对于低照度下信号(0.10.3v)影响很大，特殊是噪波。采纳黑压缩，可以减小值，相对来说减小了噪波。b.黑切割通过切割低照度下的黑电平，可以显然减小噪波。c.减小带宽低照度下普通都陪同着高增益。为了减小噪波，减小带宽，或者说降低清楚度是常采纳的。常用的办法是采纳数字降噪技术;比较视频场，其间差别不大，予以平均可提高s/n;其缺点是产生滞后(lag)。也可以对一个场内象素间

7、举行比较平均，但这样辨别力降低。上面已经谈到，最低照度值受多个条件制约，在普通条件下最低照度值可以由摄像机智敏度推出：如某一摄像机的敏捷度为f8、2,000lux(0db)，它等效于f1.4、62.5lux(0db)，或f1.4、7.8lux(+18db)。其原理是每减小一档光圈，2,000lux就减小一倍;增益每增强+6db，2,000lux也减小一倍。因此在100%信号输出状况下该摄像机最低照度为7.8lux，70%信号幅度输出状况下其最低照度为 3.2lux。推算过程：f8f1.4，经过5档光圈(f8、f5.6、f4、f2.8、f1.4)，那么2,000lux也应被25除，即2,000l

8、ux/25=62.5lux。增益0db18db(6db×3)照度62.5lux/23=7.8lux。假如摄像机s/n为60db(条件：增益0db，off)，那么在增益+18db下，s/n减小+18db，为42db(off)。但最低照度是在 =0.45状况下测得的，所以这时s/n下降到36db。如不实行任何降噪措施，在增益=+30db时，s/n将惟独24db，严峻影响图像质量，这也是为什么在高增益下必定要实行相应的降噪措施以提高s/n的缘由。考虑到目前在低照度状况下为提高s/n而实行的上述措施，我们列出这种状况下的最低照度以及s/n的估量值：最低照度=2,000/2fs/fmin

9、15;2g/6×nbin×nfluxs/n(最低照度)s/n(0db)-g+10×log10(nbin×nf)db其中：fs为标准状态下测量的敏捷度光圈数，fmin为最低照度下的光圈数(即摄像机的最大光圈)，g为最低照度下增益值，nbin表示ccd读出时几行并读数，nf为几场积分(降噪)。如果fs=f8，fmin=f1.4，s/n(0db)=60db，g=24db，nbin=2，nf=1，则：最低照度=2luxs/n(最低照度)39db之所以取，是由于考虑光子噪波，普通应降低35db。假如在计算最低照度时g取30db，其他条件如上所述，那么计算结果为1lux。如上所述，因为最低照度至今还没有国际标准，所以摄像机生产厂家在摄像