摄像机原理与应用解析学习教案.pptx

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1、会计学1摄像机原理摄像机原理(yunl)与应用解析与应用解析第一页，共102页。2/7/20232摄像机是一种将景物图像变换成电视信号的装置，是电视系统中的关键设备。摄像机的发展：以电真空摄像管为摄像器件以电荷耦合器件CCD为摄像器件；模拟(mn)摄像机数字摄像机；黑白摄像机彩色摄像机；标清摄像机高清摄像机。第1页/共102页第二页，共102页。2/7/202334.1.1 4.1.1 摄像机的分类摄像机的分类摄像机的分类摄像机的分类(fn li)(fn li)1 1）按应用领域分，可分为）按应用领域分，可分为(fn wi)(fn wi)广播级、业务级和家用级。广播级、业务级和家用级。广播级：

2、技术指标高、图像质量(zhling)好，价格贵，主要用于广播电视系统中。ENG（电子新闻采集）摄像机，用于新闻采访、外景拍摄、现场直播等台外摄录任务，体积小、重量轻、便于携带、简单灵活，能肩扛。第2页/共102页第三页，共102页。2/7/20234ENG（电（电子子(dinz)新闻采集）新闻采集）第3页/共102页第四页，共102页。2/7/20235ESPESP演播室制作演播室制作/EFP/EFP电子现场制作摄像机，以图像高电子现场制作摄像机，以图像高质量性能为主，一般体积大、重量质量性能为主，一般体积大、重量(zhngling)(zhngling)重，重，通常安装滚轮和云台。通常安装滚轮

3、和云台。SONY HDC-900 演播室座机(zu j)BVP-950P演播室座机(zu j)第4页/共102页第五页，共102页。2/7/20236EFP电子(dinz)现场制作第5页/共102页第六页，共102页。2/7/20237第6页/共102页第七页，共102页。2/7/20238第7页/共102页第八页，共102页。2/7/20239第8页/共102页第九页，共102页。2/7/202310第9页/共102页第十页，共102页。2/7/202311第10页/共102页第十一页，共102页。2/7/202312ESP电子电子(dinz)演演播室制作播室制作第11页/共102页第十二页

4、，共102页。2/7/202313虚拟虚拟虚拟虚拟(xn(xn)演播室演播室演播室演播室的应用的应用的应用的应用第12页/共102页第十三页，共102页。2/7/202314第13页/共102页第十四页，共102页。2/7/202315n n专业级：体积小、重量轻、价格便宜，图像专业级：体积小、重量轻、价格便宜，图像(t(t xinxin)质量不如广播级，主要用于工业、医疗、质量不如广播级，主要用于工业、医疗、交通、电教、监视等。交通、电教、监视等。松下(sn xi)AJ-D410AMCJVC GY-DV500EC第14页/共102页第十五页，共102页。2/7/202316n n家用级：小巧

5、灵活、价格低廉，多为摄录一体，图像家用级：小巧灵活、价格低廉，多为摄录一体，图像比专业比专业(zhuny)(zhuny)级差，主要用于家庭娱乐。级差，主要用于家庭娱乐。松下(sn xi)NV-GS258GK CANON MVX45i第15页/共102页第十六页，共102页。2/7/2023172 2）按摄像器件的尺寸分，可分为）按摄像器件的尺寸分，可分为5/45/4英寸英寸(yngcn)(yngcn)、1 1英寸英寸(yngcn)(yngcn)、2/3 2/3英寸英寸(yngcn)(yngcn)、1/21/2英寸英寸(yngcn)(yngcn)、1/31/3英寸英寸(yngcn)(yngcn)

6、、1/41/4英寸英寸(yngcn)(yngcn)等，等，CCDCCD尺寸越大，像素数量越多，图像细节越丰富。广播级多采用三片尺寸越大，像素数量越多，图像细节越丰富。广播级多采用三片2/32/3英寸英寸(yngcn)(yngcn)，专业级一般采用三片，专业级一般采用三片1/21/2英寸英寸(yngcn)(yngcn)或或1/31/3英寸英寸(yngcn)(yngcn)，家用级，家用级一般为单片一般为单片1/31/3英寸英寸(yngcn)(yngcn)或或1/41/4英寸英寸(yngcn)(yngcn)。3 3）按摄像芯片数量分，三片）按摄像芯片数量分，三片CCDCCD摄像机和单片摄像机和单片C

7、CDCCD摄像机，前者图像质量好、清晰摄像机，前者图像质量好、清晰度高、信噪比高、价格贵，主要用于广播级和专业级。度高、信噪比高、价格贵，主要用于广播级和专业级。4 4）按摄录功能分，普通摄像机、摄录一体机，后者既有摄像又有录像模块。）按摄录功能分，普通摄像机、摄录一体机，后者既有摄像又有录像模块。第16页/共102页第十七页，共102页。2/7/202318摄摄像像机机从从工工作作原原理理的的角角度度可可分分为为由由光光学学系系统统(xt(xt ng)ng)、光光电转换系统电转换系统(xt(xt ng)ng)、电路系统、电路系统(xt(xt ng)ng)三部分。三部分。光学系统光学系统(xt

8、(xt ng)ng)包括变焦距镜头、分光棱镜、滤色片；包括变焦距镜头、分光棱镜、滤色片；光电转换系统光电转换系统(xt(xt ng)ng)包括：包括：CCDCCD芯片及其附属电路；芯片及其附属电路；电电路路系系统统(xt(xt ng)ng)分分三三部部分分：信信号号处处理理电电路路，自自动动控控制制电电路和其它附属电路。路和其它附属电路。调节(tioji)焦距，改变拍摄空间范围分解(fnji)为红、绿、蓝三基色光束校正光源色温4.1.2 摄像机的工作原理第17页/共102页第十八页，共102页。2/7/202319光学系统光学系统n n摄像机的光学系统有三个主要功能：景物成像、基色分光和摄像机

9、的光学系统有三个主要功能：景物成像、基色分光和色温校正。色温校正。n n这三种主要功能分别由变焦距镜头、分色装置和色温滤色片这三种主要功能分别由变焦距镜头、分色装置和色温滤色片来完成。来完成。n n变焦镜头变焦镜头(bin jio jn(bin jio jn tu)tu)又称为外部光学系统，而分色装置又称为外部光学系统，而分色装置和色温滤色片称为内部光学系统。和色温滤色片称为内部光学系统。第18页/共102页第十九页，共102页。2/7/202320第19页/共102页第二十页，共102页。2/7/202321镜头(jngtu)系统内部结构图第20页/共102页第二十一页，共102页。2/7/

10、202322n n电视摄像机的光学镜头一般由多片正透镜和负透电视摄像机的光学镜头一般由多片正透镜和负透镜以及相应的金属零件组合而成，一般还带有自镜以及相应的金属零件组合而成，一般还带有自动光圈、电动变焦距等装置。动光圈、电动变焦距等装置。n n我们掌握镜头，主要我们掌握镜头，主要(zhyo)(zhyo)是要掌握镜头的光是要掌握镜头的光学特性。学特性。n n镜头的光学特性：是指由其光学结构所形成的物镜头的光学特性：是指由其光学结构所形成的物理性能，由焦距、视场角和相对孔径三个因素组理性能，由焦距、视场角和相对孔径三个因素组成。成。第21页/共102页第二十二页，共102页。2/7/202323n

11、 n镜头的光学中心到成像平面上所形成的清晰影像之镜头的光学中心到成像平面上所形成的清晰影像之间的距离。电视摄像机装配的一般是变焦镜头。间的距离。电视摄像机装配的一般是变焦镜头。n n变焦比：最长焦距和最短焦距之比。变焦比：最长焦距和最短焦距之比。n n标准镜头：焦距与像平面对角线接近或者相等标准镜头：焦距与像平面对角线接近或者相等(xingdng)(xingdng)的镜头称为标准镜头。的镜头称为标准镜头。n nCCDCCD对角线对角线 英寸英寸 英寸英寸 1 1英寸英寸 1/3 1/3英寸英寸n n 标准镜头焦距标准镜头焦距 12.7mm 18mm 25.4mm 12.7mm 18mm 25.

12、4mm 8.47mm8.47mm1英寸(yngcn)25.4mm 1）焦距(jioj)第22页/共102页第二十三页，共102页。2/7/202324标标标标准准准准镜镜镜镜头头头头（常常常常用用用用镜镜镜镜头头头头）：4050405040504050毫毫毫毫米米米米焦焦焦焦距距距距(jioj)(jioj)(jioj)(jioj)镜镜镜镜头头头头；从从从从标标标标准准准准镜镜镜镜头头头头中中中中观观观观察察察察的的的的感感感感觉觉觉觉与与与与我我我我们们们们平平平平时时时时所所所所见见见见的的的的景景景景物物物物基基基基本本本本相同相同相同相同 长长长长焦焦焦焦距距距距(jioj)(jioj)

13、(jioj)(jioj)镜镜镜镜头头头头（窄窄窄窄角角角角镜镜镜镜头头头头）：焦焦焦焦距距距距(jioj)(jioj)(jioj)(jioj)大大大大于于于于50505050毫毫毫毫米米米米的的的的镜镜镜镜头头头头；视视视视角角角角窄窄窄窄，能能能能使使使使远远远远处处处处的的的的物物物物体体体体显显显显的的的的大大大大而而而而且且且且近。近。近。近。短短短短焦焦焦焦距距距距(jioj)(jioj)(jioj)(jioj)镜镜镜镜头头头头（广广广广角角角角镜镜镜镜头头头头）：焦焦焦焦距距距距(jioj)(jioj)(jioj)(jioj)小小小小于于于于40404040毫米的镜头（可产生很宽的

14、视角）。毫米的镜头（可产生很宽的视角）。毫米的镜头（可产生很宽的视角）。毫米的镜头（可产生很宽的视角）。第23页/共102页第二十四页，共102页。2/7/202325n n变焦镜头的变焦比：最长焦距与最短焦距之比，即从长变焦镜头的变焦比：最长焦距与最短焦距之比，即从长变焦镜头的变焦比：最长焦距与最短焦距之比，即从长变焦镜头的变焦比：最长焦距与最短焦距之比，即从长焦到广角的变化倍数焦到广角的变化倍数焦到广角的变化倍数焦到广角的变化倍数n n常见变焦比：常见变焦比：常见变焦比：常见变焦比：1515倍（如变焦范围为倍（如变焦范围为倍（如变焦范围为倍（如变焦范围为8mm-120mm8mm-120mm

15、）、）、）、）、1616倍倍倍倍（如（如（如（如9mm-144mm9mm-144mm）、）、）、）、1717倍（如倍（如倍（如倍（如9.5mm-162mm9.5mm-162mm）。）。）。）。n n扩距器：这种光学器件实际上不扩大扩距器：这种光学器件实际上不扩大扩距器：这种光学器件实际上不扩大扩距器：这种光学器件实际上不扩大(kud)(kud)变焦范围，变焦范围，变焦范围，变焦范围，但是改变镜头向长焦端时的放大率，即远摄倍数。大多但是改变镜头向长焦端时的放大率，即远摄倍数。大多但是改变镜头向长焦端时的放大率，即远摄倍数。大多但是改变镜头向长焦端时的放大率，即远摄倍数。大多数为数为数为数为 扩距

16、器，假如一个变焦范围为扩距器，假如一个变焦范围为扩距器，假如一个变焦范围为扩距器，假如一个变焦范围为8mm-120mm8mm-120mm的变的变的变的变焦镜头，在使用焦镜头，在使用焦镜头，在使用焦镜头，在使用 扩距器时能把变焦范围扩大扩距器时能把变焦范围扩大扩距器时能把变焦范围扩大扩距器时能把变焦范围扩大(kud)(kud)为为为为8mm28mm2至至至至120mm2120mm2。扩距器减少了摄像机的进光量，。扩距器减少了摄像机的进光量，。扩距器减少了摄像机的进光量，。扩距器减少了摄像机的进光量，这在光线不足的情况下拍摄时画面的清晰度会受损。这在光线不足的情况下拍摄时画面的清晰度会受损。这在光

17、线不足的情况下拍摄时画面的清晰度会受损。这在光线不足的情况下拍摄时画面的清晰度会受损。第24页/共102页第二十五页，共102页。2/7/202326n n鱼眼镜头：可产生鱼眼镜头：可产生鱼眼镜头：可产生鱼眼镜头：可产生180180度视角，使被摄体产生戏剧度视角，使被摄体产生戏剧度视角，使被摄体产生戏剧度视角，使被摄体产生戏剧性变形。性变形。性变形。性变形。n n潜望镜镜头：利用上下潜望镜镜头：利用上下潜望镜镜头：利用上下潜望镜镜头：利用上下(shngxi)(shngxi)两面两面两面两面4545度的全反度的全反度的全反度的全反射镜子，从低处可以拍摄高处景物。射镜子，从低处可以拍摄高处景物。射

18、镜子，从低处可以拍摄高处景物。射镜子，从低处可以拍摄高处景物。n n 科学家利用潜望镜在地下室中观察火箭的发射；科学家利用潜望镜在地下室中观察火箭的发射；科学家利用潜望镜在地下室中观察火箭的发射；科学家利用潜望镜在地下室中观察火箭的发射；在进行原子物理实验时，科研工作者利用潜望镜隔在进行原子物理实验时，科研工作者利用潜望镜隔在进行原子物理实验时，科研工作者利用潜望镜隔在进行原子物理实验时，科研工作者利用潜望镜隔着厚厚的保护墙，就能观察到那些有放射性的危险着厚厚的保护墙，就能观察到那些有放射性的危险着厚厚的保护墙，就能观察到那些有放射性的危险着厚厚的保护墙，就能观察到那些有放射性的危险实验。实验

19、。实验。实验。n n 潜水艇在水下航行的时候，也必须利用潜望镜观潜水艇在水下航行的时候，也必须利用潜望镜观潜水艇在水下航行的时候，也必须利用潜望镜观潜水艇在水下航行的时候，也必须利用潜望镜观察海面的情况。察海面的情况。察海面的情况。察海面的情况。其他类其他类型型(lixng)镜头镜头第25页/共102页第二十六页，共102页。2/7/202327微距微距“Macro”环环n n摄像机移向景物过近时，有可能使摄像机不再聚焦。摄像机尽量摄像机移向景物过近时，有可能使摄像机不再聚焦。摄像机尽量(j(j nling)nling)靠近景物但仍能聚焦的那个点叫作镜头的最小目标距靠近景物但仍能聚焦的那个点叫

20、作镜头的最小目标距离。离。n n变焦镜头有近摄功能，可以将焦点对准镜头前很近（小于变焦镜头有近摄功能，可以将焦点对准镜头前很近（小于90cm90cm）的物体，通过调节镜头上有的物体，通过调节镜头上有“Macro”“Macro”标记的装置，仍能保持聚标记的装置，仍能保持聚焦，并产生巨像效果，但这时不能再实现推拉拍摄了。焦，并产生巨像效果，但这时不能再实现推拉拍摄了。第26页/共102页第二十七页，共102页。2/7/202328变焦调节变焦调节变焦调节变焦调节(tioji)(tioji)方式方式方式方式n n手动（手动（手动（手动（ManulManul）：摄像机的变焦镜头可手动调节）：摄像机的变

21、焦镜头可手动调节）：摄像机的变焦镜头可手动调节）：摄像机的变焦镜头可手动调节（变焦选择设于（变焦选择设于（变焦选择设于（变焦选择设于“M”“M”）n n自动自动自动自动(Auto)(Auto)：也可自动调节（变焦选择设于：也可自动调节（变焦选择设于：也可自动调节（变焦选择设于：也可自动调节（变焦选择设于“S”“S”）。自动变焦开关）。自动变焦开关）。自动变焦开关）。自动变焦开关WW是缩小广角相片（广角是缩小广角相片（广角是缩小广角相片（广角是缩小广角相片（广角变焦），变焦），变焦），变焦），T T是放大长焦相片（长焦变焦）。变焦速是放大长焦相片（长焦变焦）。变焦速是放大长焦相片（长焦变焦）。变

22、焦速是放大长焦相片（长焦变焦）。变焦速度与按的压力成正比，使用电动马达自动变焦，要度与按的压力成正比，使用电动马达自动变焦，要度与按的压力成正比，使用电动马达自动变焦，要度与按的压力成正比，使用电动马达自动变焦，要比手动变焦来得平稳比手动变焦来得平稳比手动变焦来得平稳比手动变焦来得平稳(pngwn)(pngwn)。自动变焦时画面。自动变焦时画面。自动变焦时画面。自动变焦时画面变化平滑，符合人的视觉习惯。手动变焦可以实现变化平滑，符合人的视觉习惯。手动变焦可以实现变化平滑，符合人的视觉习惯。手动变焦可以实现变化平滑，符合人的视觉习惯。手动变焦可以实现急推或急拉，遇到需给人们醒目、震惊的镜头时可急

23、推或急拉，遇到需给人们醒目、震惊的镜头时可急推或急拉，遇到需给人们醒目、震惊的镜头时可急推或急拉，遇到需给人们醒目、震惊的镜头时可以使用。以使用。以使用。以使用。第27页/共102页第二十八页，共102页。2/7/202329遮光罩 聚焦(jjio)(Focus)环变焦控制(kngzh)变焦(Focus)环光圈(gungqun)变焦镜头的构造第28页/共102页第二十九页，共102页。2/7/202330n n焦点前后清晰的范围叫做景深焦点前后清晰的范围叫做景深(jngshn)(jngshn)。n n清晰的范围越大，我们就说景深清晰的范围越大，我们就说景深(jngshn)(jngshn)越深；

24、越深；n n 清晰的范围越小，我们就说景深清晰的范围越小，我们就说景深(jngshn)(jngshn)越越浅。浅。2）景深(jngshn)第29页/共102页第三十页，共102页。2/7/202331第30页/共102页第三十一页，共102页。2/7/202332第31页/共102页第三十二页，共102页。2/7/202333 影响(yngxing)景深的三个因素：焦距、光圈和物距焦距越大，景深越浅光圈F数越大，景深越深物距越远，景深越深A、光圈和物距不变的情况(qngkung)下，焦距会如何影响景深？第32页/共102页第三十三页，共102页。2/7/202334A、光圈和物距不变的情况(q

25、ngkung)下，焦距会如何影响景深。第33页/共102页第三十四页，共102页。2/7/202335A、光圈和物距不变的情况下，焦距会如何影响景深？光圈大小和拍摄(pish)距离不变的情况下：焦距越短景深越深；焦距越长景深越浅。第34页/共102页第三十五页，共102页。2/7/202336B、镜头焦距(jioj)和拍摄距离不变的情况下，光圈会如何影响景深？第35页/共102页第三十六页，共102页。2/7/202337B、镜头焦距和拍摄距离不变的情况(qngkung)下，光圈会如何影响景深？镜头焦距和拍摄距离不变的情况(qngkung)下：光圈孔径越大，F值越小，景深越浅；光圈孔径越小，F

26、值越大，景深越深。书本上表述的是光圈值，也就是光圈的f值，光圈的f值的大小和光圈大小（孔径大小）刚好是相反的，比如f2就比f16要大。第36页/共102页第三十七页，共102页。2/7/202338n n指摄像管有效成像平面（视场）边缘与镜头后焦点所指摄像管有效成像平面（视场）边缘与镜头后焦点所形成的夹角。即用感光面（矩形）的对角线长度为底，形成的夹角。即用感光面（矩形）的对角线长度为底，镜头的焦距为高，组成等腰三角形，其顶角就是视场镜头的焦距为高，组成等腰三角形，其顶角就是视场角。角。n n视场角主要受成像尺寸和焦距两个因素影响视场角主要受成像尺寸和焦距两个因素影响(yngxing)(yng

27、xing)。n n镜头成像尺寸，也就是摄像管或者镜头成像尺寸，也就是摄像管或者CCDCCD的大小是确定的，的大小是确定的，所以在实际应用过程中影响所以在实际应用过程中影响(yngxing)(yngxing)视场角大小的视场角大小的就是焦距：焦距越长，视场角越小；焦距越短，视场就是焦距：焦距越长，视场角越小；焦距越短，视场角越大。角越大。n n标准镜头的视场角在标准镜头的视场角在4545度左右。度左右。3）视场角第37页/共102页第三十八页，共102页。2/7/202339n n相对孔径：镜头相对孔径：镜头(jngtu)(jngtu)的入射光孔直径（的入射光孔直径（D D）与）与焦距（焦距（f

28、 f）的比值。）的比值。n n光圈系数：相对孔径（光圈系数：相对孔径（D/fD/f）的倒数（）的倒数（f/Df/D），即焦），即焦距与入射光孔直径的比值。距与入射光孔直径的比值。n n摄像机镜头摄像机镜头(jngtu)(jngtu)上面标刻的光圈数值就是光圈上面标刻的光圈数值就是光圈系数。系数。n n 相邻两档光圈的曝光量相差一级。相邻两档光圈的曝光量相差一级。n n光圈会影响曝光量和景深。光圈会影响曝光量和景深。4）相对孔径和光圈(gungqun)系数第38页/共102页第三十九页，共102页。2/7/202340n n镜头上有一个决定摄像机镜头的进光量的环，控制着镜头上有一个决定摄像机镜头

29、的进光量的环，控制着光圈的大小。光圈的大小。n n光圈控制：可以手动（光圈控制：可以手动（M M）与自动（）与自动（A A），可选择），可选择f/1.4f/1.4，f/2f/2，f/2.8f/2.8，f/4f/4，f/5.6f/5.6，f/8f/8，f/11f/11，f/16f/16，f/22f/22及关（及关（C C）。）。n n光圈系数光圈系数(xsh)F(xsh)F越大，光圈的孔径越小。人们通常越大，光圈的孔径越小。人们通常说的光圈开大、缩小往往指的是光圈的孔径大小。在说的光圈开大、缩小往往指的是光圈的孔径大小。在选择手动光圈时，按下瞬间自动光圈按钮，可暂时处选择手动光圈时，按下瞬间自动

30、光圈按钮，可暂时处于自动光圈控制模式，松开此钮，返回手动。于自动光圈控制模式，松开此钮，返回手动。第39页/共102页第四十页，共102页。2/7/2023414.1.3 4.1.3 摄像机的基本摄像机的基本摄像机的基本摄像机的基本(jbn)(jbn)组成组成组成组成n n摄像机主要由摄像单元部分（变焦距镜头(jngtu)、滤色片、分光棱镜、CCD器件等）、模拟信号处理、数字信号处理、控制电路、同步信号发生器、彩条发生器、声音与信号系统、寻像器以及电源部分组成。第40页/共102页第四十一页，共102页。2/7/202342第41页/共102页第四十二页，共102页。2/7/2023431 1

31、）摄像单元）摄像单元(dnyun)(dnyun)部分部分变焦距镜头：能任意改变焦距而成像面位置固定不变的镜头。作用是将拍摄变焦距镜头：能任意改变焦距而成像面位置固定不变的镜头。作用是将拍摄的景物成像在的景物成像在CCDCCD器件的感光面上，并调节入射光量和焦距。器件的感光面上，并调节入射光量和焦距。滤色片：校正光源色温，适应不同的光源色温条件。滤色片：校正光源色温，适应不同的光源色温条件。分光棱镜：将入射光分解为分光棱镜：将入射光分解为RGBRGB三基色光，分别投射到三片三基色光，分别投射到三片CCDCCD摄像器件的摄像器件的感光面上。感光面上。CCDCCD摄像器件：电荷耦合器件，由高感光度的

32、半导体材料制成，将光转换成摄像器件：电荷耦合器件，由高感光度的半导体材料制成，将光转换成电荷。电荷。第42页/共102页第四十三页，共102页。2/7/2023442）视频信号处理放大电路部分 对图像信号进行放大和校正(jiozhng)。模拟信号处理部分：反杂波校正(jiozhng)、黑斑校正(jiozhng)、增益提升、白平衡调节和白斑校正(jiozhng)、杂散光校正(jiozhng)、黑平衡调节、白压缩和预弯曲。数字信号处理部分：A/D转换、轮廓校正(jiozhng)、彩色校正(jiozhng)、r校正(jiozhng)、白切割、混消隐、黑切割、黑扩展主黑压缩。第43页/共102页第四十

33、四页，共102页。2/7/2023453）自动控制系统自动调整：自动白/黑平衡、自动光圈、自动黑斑补偿、自动白斑补偿、全自动调整。自诊断：电池告警、磁带告警、低亮度指示、故障告警指示。4）寻像器 用于取景，播放图像，显示(xinsh)工作状态，菜单式调整操作。第44页/共102页第四十五页，共102页。2/7/2023465 5）同步信号发生器）同步信号发生器 产生复合同步脉冲产生复合同步脉冲T T、复合消隐脉冲、复合消隐脉冲X X、色同步门脉冲、色同步门脉冲K K、PALPAL相位识别脉相位识别脉冲冲HH、场推动脉冲、场推动脉冲V V、色度副载波信号、场信号脉冲等同步信号，并具有、色度副载波

34、信号、场信号脉冲等同步信号，并具有锁相功能，能受外来锁相功能，能受外来(wili)(wili)信号控制，达到与外来信号控制，达到与外来(wili)(wili)信号的频信号的频率和相位锁定。率和相位锁定。6 6）彩条信号发生器）彩条信号发生器 产生彩条图像的三基色信号，用于调节编码器，调节监视器的亮度、色度产生彩条图像的三基色信号，用于调节编码器，调节监视器的亮度、色度和对比度等。和对比度等。第45页/共102页第四十六页，共102页。2/7/2023477 7）声音与信号系统）声音与信号系统 包括内接话筒接口和外接话筒接口，声音信号放大器和电平调节电路，声音包括内接话筒接口和外接话筒接口，声音

35、信号放大器和电平调节电路，声音信号输出接口，摄像机与控制单元信号输出接口，摄像机与控制单元(dnyun)(dnyun)的对话系统等。的对话系统等。8 8）电源部分）电源部分 一般是一般是+12V DC+12V DC，演播室用摄像机直接用，演播室用摄像机直接用220V AC220V AC供电。摄像机内的电源电路供电。摄像机内的电源电路是直流变换（是直流变换（DC-ACDC-AC）电路，可从）电路，可从12V DC12V DC电压变换出各电路板及摄像器件所电压变换出各电路板及摄像器件所需的各种直流电压。需的各种直流电压。第46页/共102页第四十七页，共102页。2/7/2023484.1.4 4

36、.1.4 摄像机的性能指标摄像机的性能指标摄像机的性能指标摄像机的性能指标1 1）分解力）分解力指摄像机分解图像细节的能力，包含水平分解力和垂直分解力。指摄像机分解图像细节的能力，包含水平分解力和垂直分解力。垂直分解力由电视制式规定的扫描行数决定，目前垂直分解力由电视制式规定的扫描行数决定，目前625/50625/50、525/60525/60两种两种扫描制式。扫描制式。CCDCCD尺寸越大，像素数越多，图像细节越丰富；摄像机水平清晰度越高，尺寸越大，像素数越多，图像细节越丰富；摄像机水平清晰度越高，输出图像越清晰、细腻。输出图像越清晰、细腻。水平方向上等于像高宽度内的线数，即折算水平方向上等

37、于像高宽度内的线数，即折算(sh sun)(sh sun)后的线数定义为电后的线数定义为电视线，称视线，称TVTV线。线。第47页/共102页第四十八页，共102页。2/7/2023492）灵敏度与最低照度灵敏度的表示方法有两种，一种是用摄像管输出的光电流与通入光电靶面上的光通量之比Q来表示，另一种是用在一定测量条件下摄像机达到额定输出时所需的光圈数来表示。灵敏度的实质是光电转换效率高低的度量(dling)。最低照度表示摄像机对低照度环境的适应能力，灵敏度越高，最低照度越小。第48页/共102页第四十九页，共102页。2/7/2023503 3）信噪比）信噪比有用信号有用信号(xnho)(xn

38、ho)与噪声的比值。灵敏度与信噪比之间存在相互牵制的与噪声的比值。灵敏度与信噪比之间存在相互牵制的关系。关系。4 4）几何失真）几何失真指重现景物图像与原图像几何形状的差异程度，主要表现为枕形、桶形、指重现景物图像与原图像几何形状的差异程度，主要表现为枕形、桶形、梯形、抛物形、梯形、抛物形、S S形失真等。形失真等。5 5）重合误差）重合误差指三幅单色图像在空间和几何位置重合在一起后，产生的误差。比如严指三幅单色图像在空间和几何位置重合在一起后，产生的误差。比如严重时一条白线会变成红、绿、蓝三条线。重时一条白线会变成红、绿、蓝三条线。第49页/共102页第五十页，共102页。2/7/20235

39、1第50页/共102页第五十一页，共102页。2/7/2023524.1.4 4.1.4 摄像机的支撑摄像机的支撑摄像机的支撑摄像机的支撑(zh(zh chng)chng)装置装置装置装置作用是固定摄像机以消除手持或肩扛拍摄中不可避作用是固定摄像机以消除手持或肩扛拍摄中不可避免的晃动免的晃动(hungdng)(hungdng)。如方便摄像机移动、升。如方便摄像机移动、升降、摇动等。降、摇动等。三角架升降台第51页/共102页第五十二页，共102页。2/7/202353摄像机轨道车第52页/共102页第五十三页，共102页。2/7/202354移动式升降(shngjing)摇臂第53页/共102

40、页第五十四页，共102页。2/7/2023554.2 光电检测器、光电检测器、像素像素(xin s)和信号处理和信号处理大部分机器视觉系统的基本功能模块是相似的：大部分机器视觉系统的基本功能模块是相似的：（1 1）手机辐射波并投影到图像平面）手机辐射波并投影到图像平面(pngmin)(pngmin)的设备（例如，镜的设备（例如，镜头、光学镜片）；头、光学镜片）；（2 2）光电转换器（例如，光敏二极管）；）光电转换器（例如，光敏二极管）；（3 3）信息读取单元电路和信号调理电路（例如，有源像素传感器）；）信息读取单元电路和信号调理电路（例如，有源像素传感器）；（4 4）像素信号读出电路（例如，）

41、像素信号读出电路（例如，CCDCCD移位寄存器）；移位寄存器）；（5 5）时序控制电路（例如，电子快门）；）时序控制电路（例如，电子快门）；（6 6）信号处理电路（例如，互相关双采样）；）信号处理电路（例如，互相关双采样）；（7 7）A-DA-D转换器；转换器；（8 8）接口模块。）接口模块。第54页/共102页第五十五页，共102页。2/7/2023564.2.1 4.2.1 辐射辐射辐射辐射(fsh)(fsh)与成像与成像与成像与成像机器机器(j q)(j q)视觉不止限于由物体的可视辐射或照明场景发视觉不止限于由物体的可视辐射或照明场景发出的可见光。出的可见光。第55页/共102页第五十

42、六页，共102页。2/7/202357n n与成像应用相关的电磁辐射频谱，涵盖了从波长为与成像应用相关的电磁辐射频谱，涵盖了从波长为l00m-1mml00m-1mm的太赫的太赫兹兹(Terahertz)(Terahertz)波段，到波长为波段，到波长为l0nml0nm或更短的或更短的x x射线。甚至波长更短的射线。甚至波长更短的伽马射线，被用在核医学、高能物理学以及天文应用。微波和无线电伽马射线，被用在核医学、高能物理学以及天文应用。微波和无线电波等波长非常长的成像，应用在雷达成像上。波等波长非常长的成像，应用在雷达成像上。n n在摄像机成像应用方面，包括机器视觉在内，电磁频谱应用最广泛在摄像

43、机成像应用方面，包括机器视觉在内，电磁频谱应用最广泛(gu(gu ngfn)ngfn)的区域可见光波段，其次就是附近的发热红外线。的区域可见光波段，其次就是附近的发热红外线。第56页/共102页第五十七页，共102页。2/7/2023584.2.2 4.2.2 成像检测器成像检测器成像检测器成像检测器1）量子检测器）量子检测器 该检测器的类型基于该检测器的类型基于(jy)量子光电效应，量子光电效应，并直接影响单光子。每个被吸收的光子产生并直接影响单光子。每个被吸收的光子产生作为电作为电X号读出的自由电荷。光子检测器是号读出的自由电荷。光子检测器是机器视觉应用最重要的传感器。它们涵盖了机器视觉应

44、用最重要的传感器。它们涵盖了从从X射线到紫外线和可见光，以及红外线的射线到紫外线和可见光，以及红外线的整个电磁辐射范围，一个重要的例子就是固整个电磁辐射范围，一个重要的例子就是固态传感器。态传感器。第57页/共102页第五十八页，共102页。2/7/2023592）热检测器）热检测器 热检测器依赖于与温度相关的电性能检测器热检测器依赖于与温度相关的电性能检测器材料。吸收的电磁辐射改变检测器元件的温材料。吸收的电磁辐射改变检测器元件的温度并由此改变了相关变量。热检测器的信号度并由此改变了相关变量。热检测器的信号与检测器元件瞬时温度成正比，该元件总是与检测器元件瞬时温度成正比，该元件总是与它所处的

45、环境与它所处的环境(hunjng)保持热平衡。保持热平衡。热检测器成像的灵敏度基本上与波长无关。热检测器成像的灵敏度基本上与波长无关。热红外成像的微测辐射热计阵列广泛用于热热红外成像的微测辐射热计阵列广泛用于热检测器类型的例子中。检测器类型的例子中。第58页/共102页第五十九页，共102页。2/7/2023603）相干检测器）相干检测器 相干检测器把所接收光子的电磁场和本地振相干检测器把所接收光子的电磁场和本地振荡器发生荡器发生(fshng)同频率的参考场结合起同频率的参考场结合起来，直接测量入射光的电磁场。相干检测器来，直接测量入射光的电磁场。相干检测器用于监测相对频率低的辐射，范围从无线

46、电用于监测相对频率低的辐射，范围从无线电和微波频段到亚毫米波段。和微波频段到亚毫米波段。第59页/共102页第六十页，共102页。2/7/2023614.2.3 半导半导体光电检体光电检测器测器n n光电探测器的作用是把辐射能量转换成电信号。光电探测器的作用是把辐射能量转换成电信号。n n基于基于(jy)(jy)半导体材料的量子光电检测器是使用最广泛的检测器，可半导体材料的量子光电检测器是使用最广泛的检测器，可用来探测红外线、可见光以及紫外线波段。用来探测红外线、可见光以及紫外线波段。n n该检测器可以将以电磁辐射或光子形式接收到的光信号转变为自由载该检测器可以将以电磁辐射或光子形式接收到的光

47、信号转变为自由载流子形式的原始电信号。流子形式的原始电信号。n n两项基本功能：两项基本功能：用生成的自由电荷载流子来响应入射光；用生成的自由电荷载流子来响应入射光；分离和分离和收集的电子和空穴。收集的电子和空穴。n n把光转换成电信号的线路和光电检测器，被称为感光器，它是构成视把光转换成电信号的线路和光电检测器，被称为感光器，它是构成视觉或者图像传感器的基本传感元件。觉或者图像传感器的基本传感元件。第60页/共102页第六十一页，共102页。2/7/202362n n半导体光电检测器的类型：半导体光电检测器的类型：n n光电导体：通过改变检测器材料的阻抗光电导体：通过改变检测器材料的阻抗/电

48、导率来响应入射光。本征光电导率来响应入射光。本征光电导体是实现电导体是实现(shxin)(shxin)固态光电检测器最简单的途径。主要缺点中强噪固态光电检测器最简单的途径。主要缺点中强噪声和低响应速度，光电导体在图像传感器中并未广泛使用。声和低响应速度，光电导体在图像传感器中并未广泛使用。n n光敏二极管：是光敏二极管：是CMOSCMOS图像传感器中使用最广泛的检测器，可用于检图像传感器中使用最广泛的检测器，可用于检测可见光、近红外线和紫外线的相邻波段。光敏二极管作为一个图像检测可见光、近红外线和紫外线的相邻波段。光敏二极管作为一个图像检测器，通常工作在反向偏置状态。测器，通常工作在反向偏置状

49、态。第61页/共102页第六十二页，共102页。2/7/202363光敏晶体管：通常(tngchng)是纵向或横向NPN或PNP双极型晶体管，相当于内置放大器的光敏二极管。缺点高频特性差，很少用于固态成像系统中。光电门：相当于MOS电容，它可以将冲击光子转换成储存电荷，而不是光电流或电压信号。光电门是CCD图像传感器中的基本元件。第62页/共102页第六十三页，共102页。2/7/2023644.2.4 基本基本(jbn)像素结像素结构构1 1）光电耦合器件（）光电耦合器件（Charge-Coupled DeviceCharge-Coupled Device，CCDCCD）又称图像传感器，是一

50、种大规模集成电路光学器件。又称图像传感器，是一种大规模集成电路光学器件。电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。他大多数器件是以电流或者电压为信号。所以所以CCDCCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。它存储的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定(tdng)(tdng)时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCDCCD内作定向传输。内作定向传输。CCDCCD工作过程的主要问题是