第三节摄像机分类、性能

第三节摄像机分类、性能及安装教学目的和要求：了解和掌握摄像机的种类、性能指标，摄像机的安装重点和难点：摄像机的种类。摄像机的性能指标快速球摄像机网络摄像机海螺型红外夜视摄像机:

防暴外壳，彩色黑白自动转换，带红外灯，10Lux时红外灯自动开启，红外夜视距离20米，一、摄像机的评价（一）摄像机的基本特性和特征（二）摄像机的主要功能及与外设的接口（三）环境适应性（四）摄像机主要参数与性能

（一）摄像机的基本特性和特征1．摄像机的基本特性：（1）电视制式（扫描方式、黑白彩色信号的处理）（2）适用电源（交直流、频率、范围）（3）摄像性能的定性说明2．摄像机的关键器件，包括摄像器件和DSP等特殊的专门器件。（二）摄像机的主要功能及与外设的接口1．摄像机可以实现的自动调整功能：（1）AGC及有无关断控制（2）γ校正，γ数值及有无关断控制。（3）EI，可调节的范围，用最短积累时间表示，及有无关断控制。（4）白平衡，自动白平衡，及有无关断控制。（5）同步方式；是否可以电源锁相，及相位调节。（6）黑白/彩色自动转换，转换方式，适应范围。2．摄像机外围设备的接口（1）镜头接口，主要有两种接口方式：C、CS接口（2）自动光圈控制输出方式，DC或VIDEO及接头的接线。（3）PC接口，通常为RS232接口及可通过PC进行设定的功能和参数。（三）环境适应性1．工作环境温度2．电源功率3．运输和存储环境（四）摄像机的主要参数像素数是指摄像机CCD传感器的最大像素数。有些给出水平及垂直方向的像素数，如：500H×582V；有些给出两者的乘积，如30万像素。对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，则摄像机的分辨率也就越高。1.CCD摄像机主要参数在电视监控系统中选择摄像机，一般要看几个主要参数。（四）CCD摄像机主要参数与性能1）

CCD尺寸与像素数（1）CCD尺寸

CCD尺寸是指CCD图像传感器感光面（靶面）的对角线尺寸，早期的CCD尺寸比较大，为1in、2/3in和1/2in等几种，近年来用于电视监控摄像机的CCD尺寸以1/3in为主流。摄像机的几个主要参数分辨率：是指当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数。当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能分辨出黑白相间的线条。主要取决于图像传感器的像素数，（分辨率单位为TVL）。黑白摄像机分辨率一般380－600线，常用400线左右。彩色摄像机分辨率一半为380-480线，中解析为420线，470线以上为高解析

分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。

摄像机的几个主要参数最低照度：是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。测定此参数时，应特别注明镜头的最大相对孔径。3）照度（灵敏度）

在镜头光圈大小一定的情况下，获取规定信号电平所需要的最低靶面照度。例如：使用F1.2的镜头，当被摄物体表面照度为0.04Lux时，摄像机输出信号的幅值为350mV，即最大幅值的50％，则称此摄像机的灵敏度为0.04Lux/F1.2。如果被摄物体表面照度再低，监视器屏幕上将是一幅很难分辨层次的灰暗图像。根据经验一般所选摄像机的照度为被摄物体表面照度的1/10时较为合适。

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信噪比指信号电压对于噪声电压的比值通常用S/N来表示。干扰噪点的强弱（也即干扰噪点对画面的影响程度）与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系，即摄像机的信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。基本定义是信号电压对于噪声电压的比值取以10为底的对数再乘以20，一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。行业标准要求信噪比为38dB以上

⑸白（黑）平衡白平衡（WhiteBalance）是彩色摄像机的重要参数，它直接影响重现图像的彩色效果。白平衡是指用彩色摄像机摄取纯白色景物（如白色的墙壁或纸片）时，应使其输出的视频信号中所含的“彩色信息”恰好能使在监视器屏幕上重现的景物颜色为纯白色，此时摄像机输出的红、绿、蓝信号电压是相等的。人们把拍摄白色物体时摄像机输出的红、绿、蓝三基色信号电压UR＝UG＝UB的现象称为白平衡彩色CCD摄像机的性能参数水平相位调整：水平相位（行相位）与彩色副载波具有严格的锁定关系。防止重现的图像无彩色或彩色失真。大多数中低档摄像机不设外置HP调整功能。垂直相位调整：垂直相位（场相位）与行相位具有严格的锁定关系。用于保证正确的电视扫描规律。彩色CCD摄像机的性能参数外同步输入（SYNC）：单独使用摄像机时，SYNC端口一般无需连接，只需将视频输出端口通过视频电缆连接到监视器等视频设备上即可。当同时使用多个摄像机并共用后端视频设备（如画面分割器）时，有时会出现多个画面不同步现象，这时就要用到SYNC端口。摄像机的几个主要参数其他参数：校正系数电源一般为直流12V，有些为交流24V或交流220V。CCD摄像机的附带功能自动光圈电子快门自动增益控制逆光补偿线锁定同步自动光圈为保证CCD摄像机能够在大范围光照度变化的场合正确曝光成像，必须随时调整镜头的光圈，以保证电视图像不出现“限幅”现象，否则可能使图像亮处失去灰度层次，或因通光量减小而使画面灰暗出现噪点。摄像机附带自动光圈功能，提供驱动自动光圈镜头的接口，可在配接自动光圈镜头的情况下，使摄像机输出的视频信号自动保持在标准状态。自动光圈工作原理：根据视频信号电平的变化输出一控制电压，驱动镜头中控制光圈的微型电动机做正反向转动，从而实现光圈的自动调整，使摄像机输出的视频信号保持在预先选定的标准电平上。通常为峰值电平的70％。光圈的调整应以中心部分的图像信号的电平的变化为依据。自动光圈驱动方式自动光圈镜头有两种驱动方式（视频驱动和直流驱动）标准的CCD摄像机大都带有驱动自动光圈镜头的接口。

视频驱动直流驱动b、自动光圈的接口结构如图所示：其中阴式方四孔接口最为常见；C、各针脚定义

视频驱动接口使用

3个针：即电源、视频、接地；直流驱动接口使用4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负；同时具有两种光圈驱动方式，须由专门拨动开关选择

电子快门作用：控制CCD图像传感器的感光时间。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。市面上常见的CCD摄像机绝大多数都带电子快门功能。特殊种类：多场积累电子快门方式：适于低照度环境下非运动场景或缓慢运动物体的摄像监视。高速电子快门：适于高速运动物体可实现自动光圈的效果。自动增益控制（AGC）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0.7Vp-p。作用：为了能在不同的景物照度下都能输出0.7Vp-p的标准视频信号，必须使放大器的增益能在较大范围内可调。方法：通过检测视频信号的平均电平自动完成。逆光补偿（BLC）作用：补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。原因：AGC功能的局限性方法：摄像机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，从而使监视器上的主体画面明朗。（2）技术措施引入背光补偿技术，摄像机仅对整个视场的一个子区域（如从第80行~200行的中心区域）进行检测，通过求此区域信号的平均电平来确定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。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。

线锁定同步（LINELOCK）是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步（L.L.）的位置，就可消除交流电源的干扰。摄像机的分类CCD摄像机大致可分为下列几大类：依成像色彩划分

(1)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。因有颜色而使信息量增大，信息量一般认为是黑白摄像机的10倍。

(2)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。依摄像机分辨率划分

(1)影像像素在25万像素（pixel）左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率420线左右的低档型。

(2)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

(3)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。摄像机的分类依摄像机灵敏度划分

(1)普通型：正常工作所需照度为1~3Lux

(2)月光型：正常工作所需照度为0.1Lux左右

(3)星光型：正常工作所需照度为0.01Lux以下

(4)红外照明型：原则上可以为零照度，采用红外光源成像。按摄像元件的CCD靶面的大小划分

(1)linch靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm

(2)2/3inch靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm

(3)1/2inch靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm

(4)1/3inch靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm

(5)1/4inch靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm其他形式的黑白CCD摄像机枪式摄像机针孔式摄像机小半球式摄像机一体化摄像机红外摄像机高速球摄像机

（五）安防摄像机

安防摄像机是指要非正常条件下工作的摄像机，包括光照气候、危险环境等，通常可采用普通摄像机加配套设备来实现，这里主要是指在极低照度条件的摄像。

主动红外摄像机：最简便的方式，工作在近红外段。其实它是主动照明的方式，利用人眼对红外不觉察，而CCD摄像器件仍有响应的特点，实现隐蔽的摄像（0照度）。关键设备是光源，一是光谱范围适应摄像机的响应，0.78~0.9µ又无红暴。二是照明范围要与摄像机视场相匹配。摄像机的选择要注意是否有较好的红外响应。黑“人眼特性、橙：CCD响应、红：LED光谱

建立红外摄像系统，镜头的选择往往被人忽视，其实不然。我们知道镜头将景物图像成像在焦平面上，或聚集在焦平面上，摄像器件的感光面与之重合，得到清晰的图像。但光学镜头对不同波长的光线的焦平面是变化的，这就是所谓色差。摄像镜头都要采用消色差技术来保证一定的波长内，有一个精确的焦平面。但对于红外波段，普通镜头还会有色差现象。这就会使红外光的图像变得模糊。要解决这个问题应采用宽光谱镜头，或在从可见光转到红外摄像时进行自动的调节。

黑白/彩色自动转换机，又

称日/夜转换机，一种高灵敏度摄像机，当照度低到限值时，彩色就失去了，摄像机工作在黑白方式可以提高灵敏度。所谓自动转换是指：自动把滤色片移去或进行摄像器件转换。

高灵敏度摄像机：CCD摄像机灵敏度为0.1lx水平，不能满足安防的特殊要求。有两个提高灵敏度的途径：

（1）高灵敏度器件，新型的HAD（空穴积累光敏二极管）结构，它的光电转换效率比前者高，因此灵敏度高。目前视频监控系统中应用的日/夜自动转换摄像机几乎都是采用这种新型的HADITCCD；EM-CCD，通过在电荷转移中的高压控制产生电子增强作用。它们都可提高灵敏度两个量级。

（2）图像积累，利用CCD摄像器件势阱存贮、积累电荷的功能，可以增加图像的曝光时间（与EI相反），从而提高摄像机的灵敏度。为此专门设计了TD-CCD摄像器件。TD既时间延迟的概念，实现电荷的时间积累，大大的提高摄像器件的灵敏度。增加电荷的积累时间，就意味着降低图像的帧频，所以这种方式又称为慢扫描摄像机。采用DSP，利用存贮器进行图像积累也可以提高摄像机的灵敏度两个量级。当然它也降低了图像的连续性和实时性（由于DSP处理、积累时间、数字化过程和D/A均产生时延）。积累过程具有降低噪声的作用，也对提高摄像机的灵敏度有一定的作用。综合上述技术可使摄像机最低可用照度达到1×10-4lx以上，在一般夜光下、甚至无月光的夜晚也能摄到清晰的图像。达微光CCD摄像机水平。

宽动态摄像机：宽动态范围安防摄像机的突出特点（可达80db）。有两个宽动态的概念：

光照时域的变化，通过镜头的自动光圈和摄像机的EI功能可实现。

安防摄像机空间域的光照变化，通常采用背光抑制技术，通过摄使一幅图像中观察对象与背景之间具有不同的益（视频通道的放大量），从而均衡画面的亮度。大多摄像机通过OSD进行多区的设置，但作用有限。目前主要采用的技术有：双扫描，所谓双扫描就是双快门（曝光）技术，对一幅图像产生一个高曝光图像，以获得低照度区的图像细节；和一个低曝光的图像，以获得到高照度区的图像细节。然后、通过图像处理形成一个均衡的图像，从而极大的提高动态范围。

多重取样技术，它采用新型的DPS器件，对图像的每个像素进行分别的处理，决定它的曝光量，使全图像亮度均衡。

这些技术的实质是进行图像直方图（亮度密度分布）的变换，使其符合人眼的最佳视觉特性。

红外摄像机：被动方式的红外摄像。利用变像管的光谱转换作用可实现近红外段的摄像，变像管的光（电）阴极在近红外段有足够的灵敏度，由此产生的光电子打到荧光屏上产生可见光图像。可以作为夜视仪直视观察，也可与成像器件耦合作为红外摄像机。

远红外摄像机，利用工作在远红外段的面阵光电转换器件的摄像机。也称热成像摄像机。

微光摄像机，可在月光、星光条件下产生高质量图像（一定的分辨率、S/N）的摄像机。它是通过增强目标反射的光线（可见光范围内）提高了人的可视范围。不同于非可见光成像把非可见范围的信息转变为可见光图像，而是增强人的视觉由于照度低而不能分辨的图像，是一种被动方式。黑白CCD摄像机及性能参数介绍：

1/3英寸黑白迷你型低照度摄像机

型号：

MTC-368-1功能描述：内同步/外同步，自动增益控制，视频驱动参数

影像传感器:1/3英寸CCD总像素:537(水平)X597(垂直)(CCIR制式)扫描系統:625线，50场/秒(CCIR制式)同步系统:内同步/复合外同步最低照度:0.05Lux(F1.2,5600ºK)水平清晰度:420线增益控制模式:自动增益控制

信噪比:优于48dB

电子快门:1/50~1/100,000秒连续(CCIR制式)自动光圈:视频驱动视频输出:复合式影像信号输出,1.0Vp-pat75ohm伽玛修正:0.45工作环境温度:-20℃到+50℃工作环境湿度:85﹪RH以下电源:直流12伏±1伏

标准型彩色摄像机

型号：6617

技术指标：成像元件：1/4″SONYCCD

水平解析度：420TVL

最低照度：0.8Lux

同步系统：内同步

信噪比：≥50dB

珈玛：0.45