《应用电视技术》课件第2章 摄像机

第2章摄像机2.1

CCD摄像机2.2

摄像机的配套设备

2.1CCD摄像机20世纪80年代，电荷耦合器件CCD(ChargeCoupledDevices)制成的固体摄像机已经付诸实用。固体摄像机的寿命很长，能够经受强烈的震动而不损坏，工作电压又很低，体积小重量轻，而且均匀性好，几乎没有几何失真。由于这些突出的优点，现在CCD固体摄像机几乎完全代替了视像管摄像机。2.1.1CCD的基本原理

1.势阱图2―1所示的MOS结构，是由P型半导体、二氧化硅绝缘层和金属电极组成的。在电极上未加电压之前如图2―1（a）所示，P型半导体中的空穴均匀分布。当栅极G上加正电压UG时，栅极下面的空穴受到排斥，从而形成一个耗尽层，见图2―1(b)。当UG数值高于某一临界值Uth时，在半导体内靠近绝缘层的界面处，将有自由电子出现，形成一层很薄的反型层，

反型层中电子密度很高，通常称为沟道，如图2―1(c)所示。这种MOS电极结构与MOS场效应管不同之处是没有源极与漏极，因此即使栅极电压脉冲式突变到高于临界值Uth，反型层也不能立即形成，这时，耗尽层将进一步向半导体深处延伸。耗尽层的深度可想象成势阱的概念，当注入电子形成反型层时，加在耗尽层上的电压将要下降，把耗尽层想象成一个容器(阱)，这种下降可看成向阱内倒入液体，势阱中的电子不能装到边沿。

图2―1MOS结构与势阱

2.电荷的转移(耦合)

图2―2表示一个四相CCD中电荷的转移。在图2―2（a）中，Φ1是2V，Φ2～Φ4是10V,所以Φ2～Φ4下面的势阱很深，电荷存在里面。在图2―2(b)中，Φ2由10V变为2V，Φ2下面的势阱变浅，所有的电荷转移到Φ3、Φ4下面的势阱中，结果如图2―2(c)所示。在图2―2(d)中，Φ1由2V变为10V，原来在Φ3、Φ4下面的势阱中的电荷向右转移分布到Φ3、Φ4、Φ1下面的势阱中，结果如图2―2(e)所示，这整个的过程就是Φ2～Φ4下面的势阱中的电荷转移到Φ3、Φ4、Φ1下面的势阱中。图2―2四相CCD电荷的转移图2―3三个电荷包在时钟Φ1~Φ4的驱动下向前转移3.面阵CCD的三种基本类型

CCD作为摄像机中的光电传感器，必须能接受一幅完整的光像，所以CCD必须排列成二维阵列的形式，称为面阵CCD。面阵CCD的每列都是一个如前所述的线阵CCD移位寄存器，而列之间有由扩散形成的阻挡信号电荷的势垒，该势垒叫做沟阻，可以防止电荷从与转移方向相垂直的方向流走。面阵CCD有下面三种基本类型：(1)帧转移型(FT型，FrameTransfer)

帧转移型面阵CCD如图2―4(a)所示。摄像器件分为光敏成像区和存储区两部分。在场正程期间，在光敏成像区积累信号电荷；在场消隐期间，由垂直CCD移位寄存器把信号电荷全部高速传送到存储区，存储区的信号在每一行消稳期间向前推进一行。在行正程期间，由水平CCD移位寄存器逐像素读出信号。

帧转移型CCD在帧转移期间，全部电荷在成像区移动，一列中的每一个像素都被这列中后面的其他像素的光线照射过，因此景物中的亮点就会在图像上产生一条垂直亮带，这个现象称为拖尾。图2―4面阵CCD的三种基本型式(2)行间转移型(IT型，InterlineTransfer)

行间转移型面阵CCD如图2―4(b)所示。摄像器件的光敏成像部分和存储部分以垂直列相间的形式组合。在场正程期间，在成像列积累信号电荷，场消隐期间一次转移到相应的存储列上。存储列的信号在每一行消隐期间沿垂直方向下移一个单元；在行正程期间，由水平CCD移位寄存器逐像素读出信号。在行间转移型CCD中，电荷包在存储列中每行时间移动一行距离，经过一场才能将全部电荷移出，虽然存储列采用光屏蔽，但斜射光和多次反射光仍会形成假信号而产生拖尾。

（3）帧行间转移型(FIT型)

帧行间转移型面阵CCD如图2―4(c)所示。成像区与行间转移型CCD相似，成像区与存储区的关系与帧转移型CCD相似。在帧行间转移型CCD中，电荷包从成像区向存储区转移是在场消隐期间进行的，而且是在光屏蔽和存储列中进行的，基本上不存在拖尾。2.1.2黑白CCD摄像机的基本原理图2―5是黑白CCD摄像机的方框图。

(1)CDS是相关双取样电路（CorrelatedDoubleSampling）。CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。为了取出图像信号并消除干扰，要采用取样保持电路。某像素信号被取样后，由一电容把信号保持下来，一直到保持到取样下一个像素信号为止。图2―5黑白CCD摄像机的方框图

（2）驱动脉冲产生电路产生CCD传感器所需的垂直CCD移位寄存器多相时钟驱动信号，水平CCD读出寄存器多相时钟驱动信号等各种脉冲信号和视频通道所需的箝位和取样脉冲。（3）同步信号发生电路产生行推动、场推动、复合消隐和复合同步等各种电视信号脉冲。信号处理电路包括AGC放大、γ校正、白电平限幅和黑电平箝位等电路。叠加电路将经过处理的视频信号与复合同步、复合消隐信号叠加成全电视信号。输出驱动电路则将全电视信号进行驱动，以适配75Ω电缆。

除上述电路外，黑白摄像机还可能会有自动光圈接口电路、电源同步接口电路、外同步接口电路和电子亮度控制电路等附加电路。图2―7相关双取样时干扰抵消示意图2.1.3单片式彩色CCD摄像机广播电视中常用的是三片式CCD摄像机。被摄物体的光线从镜头进入摄像机后被分色棱镜分为红、绿、蓝三路光线分别投射到三片CCD传感器上，在分别进行光电转换后由各自的信号处理电路进行各种处理，最后经彩色编码后输出。由于每种基色光都有一片CCD传感器，因此可以得到较高的分辨率。在应用电视中所用的彩色摄像机都是单片式彩色CCD摄像机。由于一片CCD传感器要对三种基色光感光，因而单片式彩色CCD摄像机的分辨率较低，但成本也降低了许多。1.基带色信号单片彩色CCD摄像机单片彩色CCD摄像机用一个CCD传感器产生R、G、B三种颜色的信号，必须用滤色器将光进行分色。从原理上讲，R、G、B垂直条重复间置的栅状滤色器完全可以用于单片彩色CCD摄像机，但如果CCD传感器对色光的R、G、B三个分量用相同的采样频率fck进行采样，被采样的三种基色光的上限频率必须限制在相同的数值(fck／2)以下，而接收机中利用人眼对红色、蓝色分辨力低的特点，将R、B信号限制在1.3MHz左右。

在CCD传感器分辨率不高的情况下，对三种基色光使用相同的采样频率显然是不合理的，所以采用一种镶嵌式的GCFS(GreenCheckerFieldSequence)滤色器。图2―8是GCFS滤色器。滤色器的每一个小方块表示一个滤色单元，对应于CCD传感器的一个像素，标号为R、G、B的小方块分别表示能透过红光、绿光、蓝光。图2―8GCFS滤色器

图2―9是采用GCFS滤色器的单片CCD彩色摄像机方框图。单片CCD传感器输出信号为红、绿、蓝混合信号，必须通过彩色信号分离电路分解出红、绿、蓝基色信号。由于CCD传感器的输出信号是由时钟驱动脉冲控制的，与时钟脉冲有严格的对应关系，因而在取样保持电路中采用由时钟驱动脉冲形成的相位与时钟脉冲一致的脉冲取样，可分离出相应的基色信号。图2―9采用GCFS滤色器的单片CCD彩色摄像机方框图

图2―10是CCD传感器的光敏单元与滤色器的滤色单元的相对位置关系。垂直方向上每个滤色单元对应于两个光敏单元；在水平方向上每个滤色单元对应于一个光敏单元。存储在各滤色单元上部的光敏单元中的电荷包供奇数场用，存储在各滤色单元下部的光敏单元中的电荷包供偶数场用。

根据色光中的各基色光之间的线性叠加原理，可认为各种滤色单元是对色光中相应的光分量单独作用的，允许某种基色光通过滤色单元，对那种基色信号来说，相当于一个取样开关。由香农取样定理可知，要能够从取样后的信号中准确地恢复出原来的信号，被取样信号必须是频带有限的。所以，在光信号进入滤色器之前，必须用光学低通滤波器将光的空间频率成分限制在一定的带宽内。考虑到使用GCFS排列滤色器的CCD传感器每一行只输出两种基色信号，因而送到彩色分离电路信号有两路，一路直接来自CCD传感器，另一路是延迟一行后的信号。图2―10光敏单元与滤色器的相对位置关系

假如第n行的输出信号为u，如图2―11（a）所示，以R,G,R,G,…的顺序排列，经过一行延时，同时到达分离器的则是前一行的信号u′，以G′,B′,G′,B′,…的顺序排列。在R信号分离器的电路中只需要从u信号中取出uR；在G信号分离器中，沿图2―11(a)中箭头所指的顺序将u和u′中G信号取出并相加得到uG；在B信号分离器中则从u′信号中取出uB。图2―11在第n行和n+1行上uR、uG、uB信号的分

显然当n行以R,G,R,G，…顺序排列时，第n+1行必然以G,B,G,B，…的顺序排列，经过一行延迟同时到达分离器的信号u′以R′,G′,R′,G,…的顺序排列，信号分离的过程与n行类似，见图2―11(b)。

CCD传感器的成像单元数目越多，组成uG信号的相邻信号G与G′之间差别越小，G与G′叠加在一起时越接近于被取样的信号。这意味着，当绿色信号的上限频率fm高于fck／2时，存在于被取样的G和G′信号频谱中的混叠干扰相互抵消得越充分，在电视图像上看不出明显的频谱混叠干扰。2.频谱交错型单片彩色CCD摄像机［1］

前述采用GCFS滤色器仅利用基带色信号的摄像机对缺少绿色的图像需要补偿电路和宽带取样保持电路，且垂直方向容易有固定的噪波出现，东芝公司设计了一种频谱交错型单片彩色CCD摄像机，利用频率分离出R、B信号。为实现频谱交错采用图2―12所示的滤色器，图中W,G,Y,C分别代表全透射，透射绿光，透射黄光，透射青光。其中，W=R+B+G、Y=R+G、C=G+B。图2―12频谱交错型滤色器CCD传感器的每一个像素与图2―12所示滤色器的一个滤色单元对应，垂直方向上两个相同的滤色单元，与上面一个滤色单元相对应的像素在第一场用，与下面一个滤色单元相对应的像素在第二场用。所以奇数行上滤色单元以W,G,W,G,…的顺序排列，偶数行上滤色单元以Y,C,Y,C，…的顺序排列。当入射全白光时，CCD传感器奇数行、偶数行的输出信号如图2―13(a)、(b)所示。可以看出，R信号在每一行的相位都是相同的，B信号逐行倒相180°，所以调制在脉冲基波分量上的R信号和B信号频谱是以半行频为间距交错间置，

频谱交错的被调制信号的理论上频谱分布如图2―14所示，情况类似于PAL制系统中的U和V信号。实际上，CCD传感器输出的载频的高次谐波不会被重新产生，而只有基波成分被利用。图2―13频谱交错型滤色器产生的调制彩色信号图2―14亮度信号和调制的R、B信号频谱交错

图2―15是这种频谱交错型单片彩色CCD摄像机的方框图。Y信号由0～3MHz的低通滤波器分离，脉幅调制的R、B信号由带通滤波器滤出(fc±0.5MHz)，然后由一行延迟线组成的梳状滤波器将R和B信号分离，延迟一行后相加、相减信号波形如图2―13(c)、(d)所示。图2―15频谱交错型单片CCD彩色摄像机方框图3.场积累方式(FieldIntegrationMode)［2］

前述两种单片CCD彩色摄像机的基本型式是帧积累方式的。帧积累方式(FrameIntegrationMode)的结构如图2―16所示。存储在奇数扫描行的各像素中的光生电荷在奇数场读出，存储在偶数扫描行的各像素中的光生电荷在偶数场读出，每个像素的光生电荷的积累时间是一帧时间，PAL制是1／25秒。帧积累方式的光生电荷积累时间长，上一场的光生电荷保留在光敏区，会出现在下一场中，所以有一场时间的延迟，引起动态分辨率下降。

场积累方式的结构如图2―17(a)、(b)所示，两个相邻扫描行的电荷加起来同时转移到垂直CCD移位寄存器。隔行扫描是由相加电荷的组合方式不同来实现的。图2―17(a)的组合方式是奇数场，图2―17(b)的组合方式是偶数场。每个像素的光生电荷积累时间是一场时间，PAL制中是1／50秒。图2―16帧积累方式电荷转移

(a)奇场；(b)偶场图2―17场积累方式电荷转移

(a)奇场；(b)偶场

场积累方式有如下特点：

(1)没有一场时间的延迟。

(2)图像垂直边缘的闪烁减少。

(3)宽的动态范围和抗弥散性好。

(4)垂直方向分辨率略有降低。图2―18(a)是一种频谱交错型场积累方式的滤色器，图2―18(b)、(c)是当入射全白光时，CCD传感器奇数行与偶数行的输出信号波形。

选取滤色器的排列时应该注意以下两点：

(1)滤色器的每一个滤色单元应该透射绿光，因为清晰度主要取决于绿光，绿光全透射能增加信噪比。

(2)在频谱交错型CCD摄像机中，R、B信号都调制于色度调制信号的边频而形成频谱混叠；红色信号的混叠更引人注目，经过逐行倒相，两相邻行的混叠信号在监视器屏幕上相互抵消。图2―18场积累方式的滤色器及CCD传感器输出信号4.行顺序色差信号法［3］

行顺序色差信号法(LineSequentia1CompleteColorDifferenceSignalMethod)，也有译作色差顺序法。图2―19行顺序色差信号法的滤色器

行顺序色差信号法采用图2―19所示的滤色器，有Mg′、G′、Ye′、Cy′四种滤色单元。这四种滤色单元的频谱响应如图2―20所示。行顺序色差信号法的特征如下：

(1)每个像素行具有的调制分量依行顺序产生两个色差信号(Mg-G)、（B-R）。两者在色矢量图上交叉如图2―21所示。

(2)每一种色差信号的频谱响应被调整好，使对于无色的黑白场景，色差信号为零。色差信号的频谱响应如图2―22所示。

图2―20四种滤色单元的频谱响应

图2―21色差信号矢量图2―22色差信号的频谱响应(3)按下列等式依行顺序得到色差信号R-Y和B-Y：

B-Y=(Mg-G)+(B-R)

(2―1)R-Y=(G-Mg)+(B-R)

(2―2)

在无色的黑白场景的垂直边缘，由于色差信号变为零，有害的寄生信号被抑制。对于无色的黑白场景，由于色度信号边频而产生的寄生亮度信号也消除了。

通过调整滤色器中每种滤色单元的频率响应，使得R-Y、B-Y信号的频率响应与理想值接近，从而得到高的彩色逼真度。这种滤色器的另一种特点是每个滤色单元通过相当多的彩色成分，每个滤色单元取样各种成分，所以即使是彩色的场景，寄生亮度信号被显著地抑制。图2―23是采用行顺序色差信号法的单片彩色CCD摄像机的方框图。

中心频率为色载频fc的带通滤波器滤出被调制的行顺序色差信号，经同步检波后，检出行顺序色差信号，因为每一行只有一种色差信号，所以另一种色差信号就必须由上一行的该色差信号延迟一行而得到，本行的信号与经过一行延迟的信号被送到两组逐行切换的视频开关，分出两路色差信号，然后与Y信号一起经编码器编码成全电视信号。

图2―23采用行顺序色差信号法的单片

CCD彩色摄像机方框图5.同时化(Simultaneous)型单片彩色CCD摄像机［4］［5］行顺序色差信号型单片彩色CCD摄像机的性能有了很大的提高，但仍有一些缺点。比如，在室内、室外使用时，光源波长的改变，色差信号频谱改变，会导致彩色重现性不稳。另外，为了使摄像机更小型化，信号处理系统要尽可能简单。采用新信号处理系统的同时化型单片彩色CCD摄像机有如下三个特点：

(1)好的彩色重现性。

(2)减少频谱混叠。(3)采用与图像同步的一个1H延迟CCD后，使信号处理系统简单。通常一个摄像机用三个以上1HCCD延迟线，一个用作垂直方向图像增强，另外两个用于逐行色度信号处理。在本系统中，只有一个被图像信号同步驱动的延迟线，这个同步的延迟线不仅用来处理色度信号和增强亮度信号，而且免除了附加的低通滤波器，使延迟时间误差减少到1ns以下。延迟线的级数N被置成完全与图像同步。

(2―3)

式中,fc是色载波，fh是水平扫描频率。同时化型单片彩色CCD摄像机采用与行顺序色差信号型单片彩色CCD摄像机相同的滤色器，即图2―19所示的滤色器。可以看到在第n行滤色器由Mg+Cy和G+Ye组成，在n+1行滤色器由G+Cy和Mg+Ye组成。令Wb、Gr、Gb、Wr分别表示Mg+Cy、G+Ye、G+Cy、Mg+Ye。图2―24是同时化型单片彩色CCD摄像机的方框图。图2―25是各方框输出信号波形示意图。图2―24同时化型单片彩色CCD摄像机方框图

在单片彩色CCD摄像机中，色度信号的混叠和彩色逼真度差是影响图像质量的两个主要因素。大部分摄像机从一行图像输出信号重新产生色度信号，而从二行图像输出信号进行算术运算来产生彩色信号可以改进彩色逼真度。因为它使彩色信号具有理想的频谱，但是这种方法易增加频谱混叠。在同时化型单片彩色CCD摄像机中，由相邻两行的图像输出信号用彩色矩阵产生R、G、B信号，改进了彩色的重现性而不增加频谱混叠。图2―25同时化型摄像机的有关波形示意图R、G、B信号是由四个补色信号Wr、Gb、Gr、Wb经算术运算而产生的。如果滤色器有理想的频谱，这四个补色由下式表示：

(2―4)式中,r、g、b代表三基色成分。

从Wr、Wb、Gr、Gb四个信号中任取三个，根据上面公式的逆矩阵运算可以产生R、G、B信号。在四个信号中任选三个推出的公式中有两个是独立的。因此r、g、b信号可用下式表示：

(2―5)式中，α、β、γ是经验常数。6.场顺序彩色编码法和高清晰度摄像机［6］［7］高清晰度单片彩色CCD摄像机采用场顺序彩色编码法(FieldSequentialColorCodingMethod)，采用的滤色器如图2―26所示。滤色器的第3行与第1行反相，第4行与第2行反相。图2―26场顺序彩色编码法滤色器

在第一场的第n行，从CCD传感器获得交替的(Mg+Ye)和(G+Cy)信号，调制成分(R-Y)n，叠加在亮度信号上按下式被分离：

(Mg+Ye)-(G+Cy)=(R-Y)n(2―6)

在(n+1)行，相反相位的调制成分-(R-Y)n+1，按下式被分离：

(G+Cy)-(Mg+Ye)=-(R-Y)n+1

(2―7)

这样，调制成分(R-Y)n和-(R-Y)n+1，从相邻的扫描行得到，以相反的相位相加，获得色差信号R-Y。在第二场，因为隔行，滤色器滤色单元的结合方式改变。那么，在第n行，(Ye+G)和(Cy+Mg)信号交替获得，-(B-Y)n调制成分按下式被分离：

(Ye+G)-(Cy+Mg)=-(B-Y)n

(2―8)

在n+1行，(B-Y)n+1，调制成分按下式被分离：

(Cy+Mg)-(Ye+G)=（B-Y）n+1(2―9)

调制成分-(B-Y)n和(B-Y)n+1。在相邻的扫描行得到，以相反的相位相加，得到色差信号B-Y。

图2―27表示了为改善水平清晰度而采取的插入。以(Mg+Ye)信号作为一个例子，这个信号能从第n行和第n+1行的每隔一个像素获得，这些位置是取样点，它们逐行倒相，因此取样频率等于亮度信号的一半。现将第n行和第n+1行如箭头所示的单元求和来插入，而(G+Cy)信号通过如虚线箭头所示的单元求和来插入。插入后，由调制成分(Mg+Ye)和(G+Cy)组成的色差信号水平取样频率加倍，等于亮度信号的取样频率fck。图2―27场顺序彩色编码法为改善水平清晰度而采取的插入示意图

当被摄物体有较高的空间频率时,彩色混叠噪波信号等于亮度混叠噪波信号，因此当进行彩色运算的时候，彩色混叠噪波信号被消除，用来抑制彩色混叠噪波干扰的光学低通滤波器变得没有必要。这种场顺序彩色编码法还有抑制彩色寄生信号的功能。在图2―26的滤色器上，若第1列为白光，第2～4列为无光(物体为黑色)，则第一场的第n行G+Cy成分为0，而Mg+Ye成分有信号；同样在n+1行，只有G+Cy成分有信号，Mg+Ye成分为0，这两个信号Mg+Ye和G+Cy会引起寄生的彩色信号，而现在色差信号通过如虚线箭头所示的单元求和来插入。R-Y由这两个信号相加产生，因此不会产生寄生的彩色信号。

普通CCD摄像机为了抑制噪波都采用相关双取样的方法，简称CDS。而高清晰度摄像机采用新的反射延迟噪声抑制(ReflectionDelayedNoiseSuppression)的方法，简称RDS。图2―28是CDS法的示意图。(这里为了便于与RDS法相比较，画的是分离电路，与图2―6的集成电路原理相同，箝位脉冲和取样脉冲相当于图2―6中的SHP和SHD。)CDS法主要由箝位电路和取样保持电路组成。在箝位电路中，CCD输出信号的复位电平被箝位到箝位电压Uel；在取样保持电路中，信号电平Us被取样保持。

这样，复位电平与信号电平的差值能有效地确定，而加在两个电平上的噪波电压被消除。然而，CDS法需要产生箝位脉冲和取样保持脉冲共两种窄脉冲，高清晰度CCD摄像机水平方向像素接近2000个，这时需要产生的是脉宽为5～7ns的窄脉冲，产生这种窄脉冲比较困难，而且不易获得所需的稳定的箝位特性。图2―28CDS法示意图图2―29RDS法示意图图2―30反射延迟的梳状滤波特性

图2―29是RDS法示意图。RDS法主要由前置滤波和取样电路两部分组成。前置滤波电路包括延迟线与缓冲电路，CCD光电传感器的输出信号经电阻Z0加到延迟线输入端，Z0等于延迟线的特性阻抗，因为延迟线的输出端接地，这个信号延迟了时间τ后在延迟线输出端全反射，这个反射信号延迟了时间τ后与未经延迟的信号在延迟线输入端混合，延迟时间2τ调整到大约是CCD输出信号周期的一半。反射和延迟的信号的混合信号波形示于图2―29。反射延迟的频率转移特性是如图2―30所示的梳状滤波。在取样电路中，信号Us被取样。

由于RDS法电路简单，易得到较宽的带宽，能取得稳定的较好的噪波抑制效果因而在高清晰度CCD摄像机中得到广泛的采用。图2―31是高清晰度单片彩色CCD摄像机的方框图。摄像机由CCD传感器、RDS电[CM)]路、彩色分离电路、彩色与亮度信号处理电路、场插入电路等组成。CCD传感器是行间转移结构，具有1920×1035个像素，水平数据率是普通摄像机的3倍，因此水平读出寄存器采用双通道结构，从两个相邻的垂直移位寄存器来的信号电荷被分别转移到两个水平读出寄存器。图2―31高清晰度单片彩色CCD摄像机方框图

两倍数据率的视频信号，它的带宽由低通滤波器限制在30MHz。在第一场，彩色调制成分由下式给出n行：

S(t)n=(R-Y)cosωt(2―10)

n+1行：

S(t)n+1=(R-Y)cos（ωt+π）

(2―11)

在第二场：

n行：

S(t)n=(B-Y)cos（ωt+π）

(2―12)

n+1行：

S(t)n+1=(B-Y)cosωt(2―13)

这里ω=fck/4，调制信号相位是逐行倒相，经过逐行倒相电路后，各个调制成分变成相同相位，将经过一行延迟线延迟的信号与未经延迟的信号相加可以场顺序形成R-Y、B―Y信号。为了获得窄带亮度信号YL，将两个H―CCD输出信号相加，再将经一行延迟线延迟的信号与未经延迟的信号相加可得到YL信号。B-Y、R-Y、YL信号的带宽限制在7MHz。

为了获得窄带亮度信号YL，将两个H―CCD输出信号相加，再将经一行延迟线延迟的信号与未经延迟的信号相加可得到YL信号。B-Y、R-Y、YL信号的带宽限制在7MHz。彩色信号处理电路由线性矩阵和处理电路构成。为了校正YL的摄像特性，由线性矩阵电路按下式对YL信号进行校正：奇场：

Y′

L

=YL-k3(R-Y)

(2―14)

偶场：

Y′

L

=YL-k4(B-Y)

(2―15)R、B信号由线性矩阵电路按下式产生：

R=(R-Y)+k1Y′

L

(2―16)B=(B-Y)+k2Y′

L

(2―17)

式中，k1～k4是由滤色器、CCD传感器的性质决定的系数。

Yw信号的处理包括轮廓校正、γ校正和光斑校正。

因为色差信号是按场顺序产生的，必须通过场插入电路使信号连续。这里用一个250k×8位的场存储器，时钟频率为fck／4，那末一场的取样点是2M／(2×4)=250k，A／D转换是8位的。场顺序彩色编码法中色度信号有时间延迟，因为每个色差信号是被延迟了一场，当摄取高速移动物体时会产生红、蓝边界或较高的色饱和度，这个时间延迟能用运动补偿电路来消除。7.电子变倍摄像机［8］

图2―32是电子变倍摄像机方框图。

1)多余电荷的转移进行电子变倍时，摄像机的扫描区域总是小于光电传感器，在扫描区域外光电传感器上积累的电荷在场消隐期间必须被除尽。图2―32

在场消隐期间，先发出高速的垂直转移脉冲，把扫描区域以下的ml行积累的电荷移走,然后令下一场电荷转移到垂直移位CCD寄存器，再发高速的垂直转移脉冲把扫描区域之前的ms行积累的电荷移走。当变倍率增大时，积累电荷容易溢出，会使扫描区域图像饱和。改进的措施是，在高速垂直转移脉冲期间停发水平转移脉冲；在高速垂直转移脉冲结束后，再用高速的水平转移脉冲将积累电荷送出。所需的各种脉冲信号全部从方框图中扫描脉冲发生器发出，这是一块新研制的大规模可编程集成电路。2)信号插入要进行电子变倍，必须在扫描像素的基础上插入新的像素，为了减少插入逻辑电路的复杂性，插入信号必须用简单的方法算出，插入算法详见参考文献［8］，插入由一块大规模可编程集成电路来完成。在对信号处理电路送来的Y、C-Y信号进行变倍处理时先存储两行信号，再逐位进行乘、加、延迟等运算后再把输出信号回送到信号处理电路。变倍处理电路还发出停止信号到扫描脉冲发生器，令其停止扫描，开始除去多余的电荷。垂直变倍率αV/βV和水平变倍率αH/βH是独立编程的，分别可以是256／256～256／1，共256挡。

8.宽高比可任选的数字摄像机

［9］

图2―33是宽高比可任选的数字摄像机的方框图。摄像机有四块可编程的大规模集成电路，除了前面所述的扫描脉冲发生器和变倍处理外，还有AGC放大和数字号处理(DSP)两块电路。其中，AGC放大集成电路的可编程参数为：增益、拐点(折线转折点)、AGC增益、脉冲选择。扫描脉冲发生器集成电路的可编程参数为垂直方向扫描起始地址和结地址。变倍处理集成电路的可编程参数为垂直、水平变倍率，水平方向扫描起始和结束地址。

数字信号处理集成电路的可编程参数为RGB矩阵系数、RGB增益、Y和C的γ校正、C―Y增益、C噪波限幅、白箝位电平，Y和C衰减、色同步电平、YRGB设置、HV增强、噪波限幅、白和彩色检测、信号幅度检测、同步脉冲时间、制式选择等。这些参数存放在EEPROM中，微机通过串行接口向各集成块传送数据，数字信号处理集成电路也把检测到的数据送到微机，在微机控制下进行自动调整和自适应图像控制。图2―33宽高比可任选的数字摄像机方框图9.能输出多种格式数字图像的多媒体彩色摄像机［10］用多媒体计算机获取图像，要有视频卡将模拟电视信号转换成适当的数字图像数据。在可视通讯网中传送电视信号，则要把电视信号转换成H2.61CIF(CommonIntermediateFormat)格式。有了多媒体摄像机，图像卡等转换电路使多媒体彩色摄像机的组成变得很简单，甚至没有必要再用转换电路。这种多媒体摄像机有以下三个特点：(1)能提供数字信号输出。

(2)能灵活地产生多种图像格式。

(3)可让外部系统来控制摄像机。图2―34是多媒体彩色摄像机的方框图。CCD传感器输出的信号经AGC放大、再进行A／D转换，输出的数字信号送到彩色分离电路分离出C1～C4(G、Mg、Cy、Ye)四种补色信号。图2―34多媒体彩色摄像机方框图

四种补色信号经彩色矩阵运算后输出R、G、B和Y信号，Y信号经过高通滤波得到高频成分YH，R、G、B信号经低通滤波、白平衡校正、放大后和YH相加产生亮度信号Yo，白平衡校正后的R、G、B信号经γ校正后产生色差信号(R-Y)o和(B-Y)o，Yo信号也经γ校正后和(R-Y)o、(B-Y)o信号一起经D／A转换后编码成模拟全电视信号，也可以按所需的格式输出数字图像信号。

在图2―34中，时基信号发生器产生CCD传感器所需的各种驱动信号，同步信号发生器产生合成全电视信号所需的行场同步和消隐信号，检测电路是为了进行自动聚焦控制、自动曝光控制和自动白平衡控制而设置的。虚线框内的所有电路集成在一块大规模集成电路上。变倍插入电路的功能与前面介绍的电子变倍摄像机一样，A／D转换、D／A转换和上述数字信号处理电路都由微机控制。其中的RAM可由外部PC机通过RS―232C接口存取数据，RAM上电复位后立即送入预定的数据。2.1.4CCD摄像机的主要性能与测试

CCD摄像机的主要性能有视频输出幅度、信噪比、清晰度和最低可用照度。

1.输出幅度测试时，摄像机摄取GB6996.12规定的灰度测试图，摄像机输出端接75±3.75Ω的标准电阻，用示波器观察，从最高电平到同步脉冲顶部，应为1V(p―p,即峰-峰)。同时观察亮度信号幅度、同步信号幅度、色同步信号幅度，以消隐电平为基准，应是0.7V±0.1V、-0.3V(+0.05V,-0.10V)、0.3V(+0.20V,-0.05V)。2.信噪比测试时，断开摄像机通道中自动控制和校正电路，如AGC(自动增益控制)、BLC(背后光补偿)、ATW(自动跟踪白电平)等开关均应处于断开(OFF)位置，摄像机摄取GB6996.12规定的灰度测试图，摄像机输出端接入视频杂波测量仪，接通视频杂波测量仪的6MHz低通滤波器和10kHz高通滤波器，使摄像机输出端视频信号幅度为0.7V;盖上镜头盖后，在视频杂波测量仪上读取信杂比。

没有视频杂波测量仪时，可用示波器测试杂波有效值后再计算出信噪比。摄像机摄取白卡，使输出视频信号幅度为0.7V;示波器置于交流挡、灵敏度较高位置，读取白电平上杂波的数值。计算信噪比：杂波有效值3.清晰度测试时，摄像机摄取GB6996.1规定的综合测试图，摄像机的输出视频信号接到清晰度大于800TV线的黑白监视器上，在黑白监视器上用目测法读出图像中心能分辨的最多TV线数。4.最低可用照度给出最低可用照度值时都必须要注明光圈值，如同一台摄像机光圈为F1.4时最低照度为0.8lx；光圈为F0.75时最低照度为0.4lx。测试时，摄像机取GB6996.12规定的灰度测试图，摄像机镜头的光圈调到规定值，用示波器观察摄像机输出视频信号幅度，摄像机输出端接75Ω匹配电阻，调节光源照度，使输出视频信号幅度为0.21V，同时S／N不能低于32dB；然后，用照度计测出测试图上的照度值就是摄像机的最低可用照度。2.1.5常用CCD摄像机介绍

1.WV―CP460的主要特点、组成和各部分功用松下公司WV―CP460型超级动态彩色摄像机的外形如图2―35所示，有如下主要特点：

(1)8mm(1/3英寸)双速CCD彩色图像传感器。

(2)设置时屏幕上显示选单，操作方便。

(3)高灵敏度。光圈为F1.4时最低照度为0.8lx；光圈为F0.75时最低照度为0.4lx。

(4)水平清晰度为480线。

图2―35(5)信噪比为50dB。(6)电子快门从1／50(关)到1/10000秒。(7)电子灵敏度提升可达32倍。(8)内装数字运动检测电路。(9)内装英文字符发生器。(10)采用第二代超级动态技术，比传统的摄像机扩展80倍动态范围。(11)C型／CS型可调整镜头接口。(12)自动光圈镜头接受直流或视频驱动。图2―36是WV―CP460摄像机侧视与后视图，向左滑动罩板直到锁定为止，罩板后是开关和按钮。图2―36WV―CP460摄像机侧视与后视图

图中所示的各部分开关与按钮的名称和作用如下：①自动光圈镜头插口:通过4芯针式插头连接自动光圈镜头。②聚焦固定螺丝。③后像焦调整环:此环调整镜头的后像焦距或图像焦距。使用C型接口的镜头时，顺时针旋转此环；使用CS型接口的镜头时，逆时针旋转此环。④镜头。⑤摄像机固定螺丝孔:此孔用于将摄像机固定在安装架上。⑥向下按钮:用于将光标向下移动，也用于摄像机设置选单中选择项目。⑦向左按钮:用于将光标向左移动，也用于选择模式和调整某些参数水平。⑧向上按钮:用于将光标向上移动，也用于在摄像机设置选单中选择项目。⑨向右按钮:用于将光标向右移动，也用于选择模式和调整某些参数水平。10设置按钮:用于决定在摄像机设置选单(CAMSETUP)中选择的项目。

11同步锁相终端开关:当同步锁相视频输入信号形成环接时，将开关置于高阻(HiZ)；其他情况下，将开关置于75Ω。

12同步锁相输入插口:(GENLOCK)用于连接与本机同步的外部系统。

13视频输出插口:用于连接监视器的视频输入插头(VIDEOIN)。

14交流电源插座:用于连接电源线。2.WV―CP640的设置步骤

1)开始设置①按住设置按钮2秒钟以上，监视器上出现如图2―37所示选单。②利用向上按钮、向下按钮、向左按钮和向右按钮，将光标移动到最下面一行设置无效(SETUPDISABLE)处。按下设置按钮，使设置无效(SETUPDISABLE)变为设置有效(SETUPENABLE)，再将光标移动到结束(END)处。图2―37摄像机设置选单

2)摄像机识别码设置(CAMERAID)

①将光标移动到摄像机识别码(CAMERAID)处，按下设置按钮，监视器上出现如图2-38所示选单。②将光标移动到要设置的字符位置，按下设置按钮，选中的字符出现在编辑区。如要加入空格将光标移动到空格(SPACE)处，并按下设置按钮。③重复上述步骤直到全部字符编辑完毕。识别码最长16个字符。④将光标移动到位置(POSI)处，并按下设置按钮，监视器上出现高亮的识别码，利用向上按钮、向下按钮、向左按钮和向右按钮将识别码移动到希望显示的位置。⑤按下设置按钮。图2―38摄像机识别码设置选单3)自动照度控制设置(ALC)

使用自动光圈镜头时，应选择自动照度控制(ALC)，并能使用超级动态2功能(SUPER-D2)，此功能对屏幕中间(有重要的物体的)部分给予较高的测光权重，可以消除背景上强光的干扰。①选中自动照度控制(ALC)后，按设置按钮，打开自动照度控制选单(ALCCONT)如图2―39。②将光标移动到超级动态2功能处，并选择ON。③若要调整视频输出的电平，将光标移动到“I”的位置。按向左按钮或向右按钮，调整所需要的电平。图2―39自动照度控制选单4)电子照度控制设置（ELC）使用固定或手动光圈镜头时，应选择电子照度控制(ELC)。①将光标移动到超级动态2功能(SUPER-D2)，并选择关(OFF)(选择了电子照度控制ELC，超级动态2功能不起作用)，屏蔽设置(MASKSET)出现在选单上。②将光标移动到屏蔽设置(MASKSET)处，并按下设置按钮。48个屏蔽区出现在监视器屏幕上。光标在屏幕左上角位置闪烁。③将光标移动到背景光线过强的区并按下设置按钮，即可对该区屏蔽处理。屏蔽区变成白色。(当光标移动到已经屏蔽处理过的区，屏蔽区和光标开始闪烁。)④屏蔽设置完成后，按下设置按钮2秒钟以上，自动照度控制选单(ALCCONT)出现。

5)快门速度设置(SHUTTER)

选择了自动亮度控制(ALC)，且选择SUPER-D2为关时，才能设置快门速度。①将光标移动到快门(SHUTTER)参数处，并选择ON。②按向左按钮或向右按钮，改变快门的设置值。

6)增益控制设置(AGC)

将光标移动到AGC处，选择自动调整(ON)或固定电平(OFF)。如果选择了ON，噪声削减功能在低照度时自动激活，以减少噪声。如果图像中有移动物体，可能会有拖尾现象。

7)电子灵敏度提升(SENSUP)

将光标移动到电子灵敏度提升(SENSUP)处，选择ON，选择提升参数值。

选择10倍自动(×10AUTO)，灵敏度可自动提升，最大达10倍；选择了自动(AUTO)，AGC就自动设置成ON；选择固定提升32倍(×32FIX)则灵敏度就提升32倍。如果在ALCCONT的SUPER―D2中选择了ON，固定(PIX)灵敏度提升就不起作用；如果在SENSUP中选择了自动(AUTO)，且在SUPER―D2中选择了ON，则SENSUP具有优先权，使SUPER-D2不会自动激活；选择了电子灵敏度提升(SENSUP)后，摄像机灵敏度提高时，图像上可能出现噪声、亮点或一些白斑点，这是正常现象。8)电源同步模式(LLLineLock)①将光标移动到SYNC处，选择电源同步(LL)，按下设置按钮，垂直相位调整选单出现。②将需要调整的摄像机视频输出信号和参考摄像机视频输出信号连接到一台双踪示波器上。③将光标移动到粗调(COARSE)处，用向左按钮或向右按钮调整两摄像机视频输出信号的垂直相位，使之尽量接近。④将光标移动到细调(FINE)处，用向左按钮或向右按钮调整两摄像机视频输出信号的垂直相位，使之尽量接近。

9)VBS同步锁相模式(EXT(VBS))

①将光标移动到同步SYNC处，选择内部同步(INT)。②将彩色复合视频信号的同轴电缆接到同步锁相输入插口。③确认菜单上的内部同步(INT)变成VBS同步锁相模式(EXT(VBS))，按下设置按钮，相位调整菜单出现在监视器上。④将需要调整的摄像机视频输出信号和参考同步锁相输入信号接到一台双踪示波器上。⑤将光标移动到水平相位(HPHASE)处，用向左按钮或向右按钮调整，使两信号水平相位尽量接近。（调节范围为0～2μs。）⑥将光标移动到彩色粗调(SCCOARSE)处，用向左按钮或向右按钮调整摄像机视频信号的彩色相位，使在特效发生器（SEG）上观察到的颜色尽可能与原始场景相近。⑦将光标移动到彩色细调(SCFINE)处，用向左按钮或向右按钮调整摄像机视频信号的彩色相位，使在特效发生器（SEG）上观察到的颜色尽可能与原始场景相近。10)VS同步锁相模式(EXT(VS))

①将光标移动到SYNC处，选择内部同步(INT)。②将黑白复合视频或复合同步信号(VS)的同轴电缆连接到同步锁相输入插口。③确认菜单上的内部同步(INT)变成VS同步锁相模式(EXT(VS))，按下设置按钮，相位调整菜单出现在监视器上。④将需要调整的摄像机视频输出信号和参考同步锁相输入信号接到一台双踪示波器上。⑤将光标移动到水平相位(HPHASE)处，用向左按钮或向右按钮调整，使两信号水平相位尽量接近。（调节范围为0～2μs。）

11)白平衡设置(WHITEBAL)

将光标移动到白平衡(WHITEBAL)参数处，并选择自动跟踪白平衡模式(ATW)或自动白平衡控制模式(AWC)。

12)移动检测设置(MOTIONDET)

①将光标移动到MOTIONDET处，并选择开(ON)，按下设置按钮，移动检测设置(MOTIONDET)选单出现在监视器屏幕上。②将光标移动到检测设置(MASKSET)处，并按下设置按钮。48个检测区出现在监视器屏幕上。光标在屏幕左上角位置闪烁。③将光标移动到要检测的区并按下设置按钮，即可对该区进行检测。检测区变成白色。(当光标移动到已经检测设置过的区，检测区和光标开始闪烁。)④将光标移动到报警(ALARM)处，并选择开(ON)或关(OFF)。⑤将光标移动到显示模式(DISPLAYMODE)，并按下设置按钮来看当前检测的状况。检测到亮度变化的检测区开始闪烁。⑥要提高检测灵敏度，按下设置按钮，回到移动检测设置(MOTIONDET)选单，移动LEVEL后，移动“I”光标，调整检测水平以得到最佳检测灵敏度。

重复上述步骤以得到满意的设置。由于报警信号是与视频信号复用的，它可能被其他视频设备误认为时间编码信号，因此，如果摄像机未与Panasonic智能有线电视一起使用时，要设置成关(OFF)，以免上述情况发生。13)特殊选单

将光标移动到CAMSETUP选单下部的END处，并同时按下向左按钮和向右按钮2秒钟以上，特殊选单(SPECIAL)显示在监视器上。①摄像机图像颠倒位置(UPSIDEDOWN)。将光标移动到图像颠倒(UPSIDEDOWN)，选择开(ON)。②色度水平设置(CHROMAGAIN)。将光标移动到色度水平(CHROMAGAIN)，观察矢量示波器或彩色视频监视器的同时，移动“I”光标，调节色度水平。③通光增益设置(APGAIN)。将光标移动到通光增益设置(APGAIN)，观察监视器的波形，同时移动“I”光标，调节通光增益水平。④云台水平设置(PEDESTAL)。将光标移动到云台水平(PEDESTAL)，观察监视器的波形，同时移动“I”光标，调节云台水平。⑤重置成出厂设置(CAMERARESET)。将光标移动到摄像机重置(CAMERARESET)，PUSHSW成为高亮，按住向左按钮和向右按钮，并按住设置按钮2秒钟以上。摄像机重置为出厂设置。2.2摄像机的配套设备

2.2.1镜头镜头的作用是从被摄物体收集光信号到摄像机光电传感器的光敏区。

1.镜头的组成镜头是由一组透镜和光阑组成的。1)透镜透镜有凸透镜和凹透镜。凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜、正透镜。常用的凸透镜有双凸、平凸和正弯月三类，图2―40是三种凸透镜的纵截面示意图。凹透镜对光线有发散作用，所以也叫发散透镜、负透镜。常用的凹透镜有双凹、平凹和负弯月三类，图2―41是三类凹透镜纵截面示意图。图2―40三类凸透镜图2―41三类凹透镜

由于正、负透镜有相反的特性，如像差和色散等，所以镜头中常常用负透镜与正透镜一起配合使用，以校正像差和其他各类失真，以提高镜头的光学指标。在变焦镜头中，既要使镜头的焦距在很大范围内连续可调，又要保证成像面固定地落在摄像机光电传感器的光敏区，所以变焦镜头由多组正、负透镜组成。2)光阑能进入镜头成像的光束，其大小是由透镜框和其他金属框决定的。往往这样限制光束还不够，在镜头中设置一些带孔的金属薄片来限制光束，称为光阑。光阑的通光孔一般呈圆形，其中心在透镜的中心轴上。镜头的金属框也是一种光阑。①孔径光阑。为了调节镜头的进光量，普通镜头都有光圈调节环，调节环的转动带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心作伸缩运动，这一套装置称为可变孔径光阑。孔径光阑经其前边透镜组在物方空间所成的像称为镜头的入射光瞳，简称入瞳。对一定位置的物体来说，入瞳完全决定了能进入镜头成像的最大光束孔径，并且是物面上各点发出的进入镜头成像光束的公共入口。②视场光阑。物方空间可以被镜头清晰成像的范围称为镜头的视场。镜头中限定成像面大小的光阑叫视场光阑。③渐晕光阑。中心轴外的点发出的充满入瞳的光束进入镜头后，有一部分光束被透镜框拦掉，只有中间一部分光线可以通过镜头成像。这就使轴外物点的成像光束小于轴上物点的成像光束，从而使像面边缘的光照度降低而变暗，这种现象称为轴外点的渐晕。显然轴外物点离光中心轴越远，渐晕越大。对轴外物点产生渐晕的光阑称为渐晕光阑。④消杂光光阑。由非成像物点射入镜头的光束或由折射面和镜筒内壁反射产生的光束统称为杂光。杂光会使镜头像面产生明亮的背景，降低了像的衬度，是非常有害的，必须加以限制。一般镜头将镜管加工成螺纹并涂上黑色无光漆以达到消杂光的目的。2.镜头的基本参数镜头的基本参数有焦距、最大相对孔径、视场角和接口形式等。

1)焦距由物方射入一束平行且接近光轴的光，经过镜头的多组透镜，出射光线交于光轴F点，F点称为焦点。焦点到镜头中心的距离是焦距。(过入射光线与出射光线的交点作垂直于光轴的平面，平面与光轴的交点是镜头的中心。)焦点到镜头最后一面的距离是镜头的后截距。

只有变焦镜头的焦距是连续可变的，手动调焦镜头调节调焦环并不改变焦距。调焦环上标有0.5，1，2，4，∞表示物距为0.5m，1m，2m，4m，∞时调焦最好，图像最清楚。2)相对孔径相对孔径是入射光瞳直径D与焦距f之比。镜头都标出相对孔径最大值。例如，一个镜头标有“TVLENS8mm1∶1.4”表示这是一个电视镜头，焦距为8mm，最大相对孔径是1∶1.4，也就说镜头允许的最大入射光束直径为5.7mm。光圈是相对孔径的倒数，用F表示，F16就是相对孔径D／f=1∶16，在镜头的标环上将字母F省略，光圈调节环上常标有的1.4,2,2.8,4,5.6,8,…,C是光圈数，因为像面照度与相对孔径的平方成正比，要使像面照度为原来的1／2，

入射光瞳就应是原来的，因此每挡的F数差倍，光圈增大一挡，像场照度提高一倍，这是1900年巴黎会议规定的标准。当光瞳直径为零时叫全光闭，用Close的词头C来表示。

3)视场角摄像机的光电传感器是4∶3的矩形，其宽为w、高为h，对角线长为d。镜头的水平视角ωw、垂直视角ωh、对角线视角ωd分别由下面公式表示：

（2―19）

例如,摄像机的光电传感器尺寸为4.8×3.6mm，对角线尺寸为6mm、若用焦距为8mm的8mm（1／3英寸）镜头，则有：水平方向视角

（2―20）

（2―21）

实际的镜头视场角常常偏离理论值，所以若要精确计算，仍应查阅镜头的技术指标。12mm（1／2英寸）的镜头装在8mm（1／3英寸）的摄像机上，摄像机的视角比镜头标明的视角小；8mm（1／3英寸）的镜头装在12mm（1／2英寸）的摄像机上，则摄像机的图像不能充满监视器全屏幕。垂直方向视角对角线视角4)C和CS安装接口

C和CS安装接口是国际标准接口，对螺纹的旋合长度、制造精度、靠面尺寸以及装座距离公差都有详细的规定。C和CS安装都是25.4mm（1英寸）——32UN英制螺纹连接，C型接口的装座距离(安装基准面至像面的空气光程)为17.526mm，CS型接口的装座距离为12.5mm。

C接口的镜头可以通过接圈安装在CS接口的摄像机上，强行安装会损坏摄像机的光电传感器。CS接口的镜头不能安装在C接口的摄像机上.3.自动光圈镜头在室外，环境照度是变化的，而且变化远大于摄像机的自动增益控制范围，所以摄像机在室外应用时应该采用自动光圈镜头。自动光圈镜头的控制原理与人眼控制光的原理是相同的。可变孔径光阑相当于人眼的瞳孔，CCD光电传感器相当于人眼的视网膜。当人眼感觉到现场光线过强时，大脑控制肌肉动作使瞳孔收缩，减少眼球的进光量；当人眼感到现场光线过弱时，大脑控制肌肉动作使瞳孔扩张，增加眼球的进光量；这样视网膜上始终能感受到合适的光强。图2―42自动光圈镜头控制原理

自动光圈的控制原理如图2―42所示。来自被摄物体的光，经自动光圈镜头成像于摄像机的光电传感器，摄像机输出的视频信号幅度反映了CCD光电传感器上的受光情况，视频信号经整流滤波成直流电平与一个基准电平进行比较:若直流电平大于基准电平，驱动器发出使伺服系统关小光阑叶片的信号以减少进光；若直流电平小于基准电平，驱动器发出使伺服系统开大光阑叶片的信号以增大进光，直至直流电平与基准电平相等，表示进光量合适。调整基准电平使视频信号有恰当的幅度。

当环境照度发生变化时，摄像机输出视频信号的幅度变化，驱动器使光阑叶片作相应的动作使输入光变化，保证CCD光电传感器上光照保持恒定，电视图像就能保持合适的亮度。因为与人眼控制光的原理相类似，自动光圈镜头也称电眼镜头(ElectricEye)，即EE镜头。自动改变光阑直径的方法，在一般光照条件下能获得较好的效果。在光照强烈的条件下，入射光瞳小到一定限度时会产生光的衍射现象，使镜头分辨率下降，所以在叶片关至F32时被限位，而在靠近光阑叶片处放置一个中性滤光片(中性是指对不同波长的光波透光率相同)，

圆形滤光片的中心的透光率很小，不到1%，离中心越远，透光率越大。当光阑叶片开大时，滤光片遮光效果不显著；随光阑叶片的关闭，滤光片的作用逐渐增大，采用滤光片后，光圈数可达F360。随环境照度的变化，自动改变镜头的光圈以取得稳定的成像面照度称为自动光补偿，简称为ALC(AutomaticLightCompensation)。

很多自动光圈镜头的光圈范围是F=1.4～360，因为照度与光圈的平方成反比，所以自动光补偿的动态范围为360

2／1.4

2=66122，这表明在被摄物体亮度变化6万多倍的情况下仍能保持电视图像的亮度稳定。一般在摄像机的侧面有插座提供自动光圈镜头用的电源与视频控制信号。有的摄像机有(自动光圈)镜头选择开关，一端标有VIDEO表示输出视频控制信号；另一端标有DC，表示将视频信号整流滤波为直流控制信号输出。这