电视摄像系统简介

电视摄像系统简介

考虑到目前有多种生产和加工摄像头功能，从形状上看，从电视台摄像头的角度来看。中体积的人可以随时在银行、广场、医院、机场、车站和街道上看到监控摄像头。小型家庭摄影摄像头、小型“眼”、usb摄像头、视野中镜、手机摄像头等可分为摄像头。针对它们之间的区别,本文将以科普形式作说明。以下所述的电视摄像机指:1)工作在可见光光谱(370~780nm)范围,不包括其他光谱成像的摄像系统,如:超声波成像系统、X射线及其他射线系统、红外热释仪等;2)模拟电视摄像机制式彩色符合PAL或NTSC或SECAM,黑白符合CCIR,不包括高场频或慢扫描成像系统的摄像机。1根据用途分类1.1摄像机/分辨力较高用于电视台、电视节目制作单位。考虑到“节目源”要经过分配、发射、接收、传输、转换、录制、回放等多个环节,为保证最终用户看到较高质量的画面,广播级摄像机的质量要求很高(分辨力达800线或更高,信噪比一般不低于60dB)。广播级摄像机视区县、市、省、中央电视台的级别,或节目制作单位规模大小的不同,也有不同的档次。广播级摄像机一般为彩色三图像传感器(如3CCD),且以摄录一体机为主流,输出可包括所有模拟格式(RGB或YUV等分量、全电视复合),以及未经压缩的数字格式(ITU-R601)。广播级摄像机一般配有高质量的声音适配器及相应的语音处理转换电路。1.2镜头监视、记录用于电视视频图像监控系统,将摄像机安放在欲监视、观察区域的某个位置,摄像机图像信号经传输系统,送至监视室(或点),供特定的人(群)监视、记录。目前电视监控系统大都采用此类摄像机,通常与固定焦距、可变焦距光学镜头及电动云台配合使用。遇有特殊的监视环境,须有相应的措施,如:低照度环境,可采用微光增强型摄像机,或加辅助照明措施;对高温环境的监视,需采用高温电视系统;对水下环境监视,除防水外还需要辅助照明或微光增强或近红外摄像;还有井下环境,需加防爆处理措施的监视系统等。监控级摄像机也可按第3和第5节进行分类。1.3ip压缩技术即IP摄像机,整机内含有A/D转换器及DSP芯片,根据需要按照现有的图像压缩标准(H.26x,MPEG-x,JPEG,M-JPEG等)压缩,有的IP摄像机内置拾音放大处理器、模拟数字转换器及音频压缩单元。压缩后的音视频数据流采用RTP/RTCP,UDP,HTTP,TCP/IP等相关网络协议,通过LAN,DSL或无线网络适配器,直接连接到数字网络上。网络摄像机有独立的IP地址和嵌入式的操作系统,接收端(或录像端)需要相应的解压软件(或专门硬件)。网络化的电视监控系统已广泛被采用,起初常用的压缩方式基本为MPEG-4,后来H.264逐渐成为主流,特别是几年前美国TI公司目睹火爆的电视监控行业,推出了专用的“达芬奇”DSP芯片,使国内IP摄像机、DVR制造业上了一个台阶。这里需要提醒读者,为什么仍有不少IP摄像机(或视频服务器)制造商,尤其是那些较大的视频监控产品制造公司,在他们的IP摄像机、视频服务器中,没有放弃使用M-JPEG的压缩技术呢?在他们的产品中宁可以两种压缩格式同时并存。笔者认为,具有较低压缩率的M-JPEG产品,在今后很难成为监控领域的主流,但单帧画面清晰度,仍将是监控领域追求的目标,希望引起业内人士的关注,本人将在以后的文章与同行探讨。1.4机器人视觉等相关传感器的工作领域用于识别、显微图像、医学图像采集、证件制作、工业测量、工业检测、PCB检测、半导体及元器件检测还有机器人视觉等领域,图像传感器分辨力在1024×1024以上。1.5家庭摄影机如同彩电、DVD播放机一样,属消费类民用电子产品,此类产品已基本淘汰了模拟记录方式,取而代之的是数字记录格式,俗称“DV”。1.6数字视频监控系统多为简易的板机结构,定焦的小型光学镜头直接安装在摄像机机体上,机体内部有简单的数字处理器,通过数字接口(通常为USB口)与计算机连接或直接内嵌在便携机上,通常需要专门的驱动程序。1.7手机摄影大部分的手机具有照相、摄像的功能,有些类似PC配套机种,通常更为廉价。2根据生产形式分类2.1u3000电压为传统的电视摄像机,输出的模拟全电视信号,电压峰峰值U=1.0V;彩色制式为PAL,黑白制式符合CCIR,隔行扫描,50场/25帧,15625行,75Ω输出阻抗。2.2输入为数字信号分为三种情况2.2.1录像数字录像通过高质量的模拟数字转换,满足ITU-R601格式,以数字形式记录在磁带上、计算机硬盘内或其他存储体(介质),通常用于广播级、家用级摄录一体数字机及某些工业数字摄像机。2.2.2硬件解码处理的数字输出即1.3节所述的网络摄像机。2.2.3数字视频监控系统如1.6和1.7节所述,这类摄像机直接从图像传感器(目前大多为CMOS器件)获取光电转换后的信号,经过简单放大处理、数字转换,得到数字信号,通常情况,此类摄像机输出与计算机相连,经过计算机的压缩等处理连接到网络。常用作PC机、笔记本计算机的配套件(也称摄像头或USB摄像头)和手机的组件,数字可视对讲系统也多为这类机型。3根据外观分类通常监控摄像头3.1方家体侧剖面为矩形或方形的摄像机。圆筒机型,由于侧剖面也为矩形,故归为方型机。3.2圆形喷枪侧剖面带有圆弧形状的摄像机,包括全圆、半圆、部分圆状等。3.3模拟输出酶的使用光学镜头及图像传感器直接安装于线路板上。扳机类的模拟输出机型,常用于模拟可视对讲系统及其他简单用途的场合;扳机类数字输出机型,常用于数字可视对讲系统及PC机附件(USB摄像头)。3.4固定或超小型各种“伪装”的外形,通常镶在装饰灯、钟表或其他物品内,或安放在壁画后,或以纽扣、钢笔形式等,通常为小型或超小型机种,有固定安装的及随身携带的,常与无线发送设备和录像设备配合使用,多为警用和采访之用。针孔摄像机属隐蔽型的一种,实际应称作针孔镜头摄像机,摄像机的镜头为针孔镜头,通常后部装有监控摄像机。4根据图像传感器的数量分类4.1省级以上图书馆的主要指标高质量测定由3个图像传感器分别同时处理三基色,以确保摄像机各项指标的高质量,早在一二十年前通常用于省级以上电视台。同样是三传感器的摄像机也有不同的档次级别,目前,高档的家用DV也有3CCD组成的机型。4.2双传感器摄像头由2个图像传感器同时处理复合彩色,能够保证较高质量的图像,早些时候用于市、地级电视台,此类机型已不是主流产品,逐渐被淘汰。4.3单传感器彩色摄像机使用了1个CCD图像传感器的彩色摄像机。4.4固体图像传感器使用了1个CCD图像传感器的黑白摄像机。除了广播级摄像机和高档的DV外,几乎所有的摄像机均为采用了单图像传感器的摄像机。早期的摄像管传感器目前已基本不采用,取而代之的是固体图像传感器,固体图像传感器目前常用的有两种:CCD及CMOS,对画面质量有一定要求的摄像机通常采用CCD图像传感器,而对画面质量要求不是很高的摄像机,比如,扳机类、PC套件类多为CMOS机型。传感器也有不同的尺寸,1in,2/3in或更大尺寸的产品越来越少,多用于1.4节所述的工业数字摄像机,目前电视监控用摄像机的主流产品尺寸多为1/3,1/4in。5根据集成的特殊功能分类通常是监视摄像头5.1光学摄像头集群将光学变焦镜头与摄像机合装为一体。有独立的光学镜头一体机,也有作为PTZ一体机的机芯。5.2云摄影摄像头将电动云台、光学变焦镜头与摄像机合装为一体,也称PTZ一体机,常见的机型为球形机。5.3辅助照明设备将辅助照明装置(如红外灯、红外发光二极管或其他发光材料的照明灯)、光学镜头与摄像机合装为一体。5.4分类结构设计与超声波探测器、微波探测器、