摄像机基础知识-V1.0.ppt

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1、摄像机基础知识摄像机基础知识主要内容主要内容摄像机定义、分类摄像机定义、分类关键组成部件关键组成部件常见性能指标常见性能指标网络摄像机网络摄像机摄像机发展趋势摄像机发展趋势4/5/20232摄像机定义摄像机定义定义：定义：是一种把景物光像转变为电信号的装置，其结构大致是一种把景物光像转变为电信号的装置，其结构大致可分为三部分：可分为三部分：光学系统：主要指镜头光学系统：主要指镜头 光电转换系统：主要指摄像管或影像传感器件光电转换系统：主要指摄像管或影像传感器件 电路系统：主要指视频处理电路电路系统：主要指视频处理电路4/5/20233摄像机分类摄像机分类按摄像机形状分：枪机、球机、针孔机按摄像

2、机形状分：枪机、球机、针孔机按感光芯片分：按感光芯片分：CCDCCD摄像机、摄像机、CMOSCMOS摄像机摄像机按输出图像信号格式划分按输出图像信号格式划分:模拟摄像机、数字摄像模拟摄像机、数字摄像机机4/5/20234摄像机分类摄像机分类按成像色彩划分：彩色、黑白按成像色彩划分：彩色、黑白按分辨率划分：按分辨率划分：330330、420420、480480、540540按灵敏度划分：普通、月光、星光、红外按灵敏度划分：普通、月光、星光、红外照明照明按感光元件靶面大小划分：按感光元件靶面大小划分：1 1、2/32/3、1/21/2、1/31/3、1/41/44/5/20235摄像机关键部件摄像

3、机关键部件镜头镜头滤光片滤光片感光元件感光元件专用图像处理单元专用图像处理单元4/5/20236镜头分类 按焦距分标准：水平视场角为30度广角：水平视场角为64度长焦：水平视场角为15度 按按调焦方式分手动调焦、自动调焦 按光圈分手动光圈、自动光圈4/5/20237镜头安装方式镜头安装方式CS-mount图像传感器到镜头之间的距离应为图像传感器到镜头之间的距离应为12.5mm12.5mmC-mount图像传感器到镜头之间的距离应为图像传感器到镜头之间的距离应为17.5mm17.5mm4/5/20238镜头参数镜头参数 尺寸尺寸2/32/3”、1/21/2”、1/31/3”、1/41/4”4/5

4、/20239镜头参数镜头参数 焦距焦距 决定特定距离所能看到的水平区域大小，焦距越长，决定特定距离所能看到的水平区域大小，焦距越长，所能看到的区域越狭窄。所能看到的区域越狭窄。当使用当使用1/41/4”CCD CCD传感器和一个传感器和一个4mm4mm镜头时，所能看到镜头时，所能看到的一个的一个3 3米处物体的宽度。米处物体的宽度。H HD Dh/fh/f3 33.6/43.6/42.72.7米米4/5/202310镜头参数镜头参数 光圈光圈手动光圈：通常设置为手动光圈：通常设置为“平均平均”值值自动光圈：直流驱动（自动光圈：直流驱动（DCDC）、视频驱动（）、视频驱动（VIDEOVIDEO）

5、F F值：值：F F焦距焦距/光圈直径，光圈直径，F F值越大，进光量越少值越大，进光量越少F1.0F1.02020（光通量百分比）（光通量百分比）F1.4F1.41010F2.8F2.82.52.54/5/202311滤光片滤光片 定义定义光学低通滤波器（光学低通滤波器（OLPFOLPF）功用功用滤除红外线：镀膜、蓝玻璃滤除红外线：镀膜、蓝玻璃修整光线：石英修整光线：石英4/5/202312感光元件感光元件CCD：电荷耦合器件电荷耦合器件，传感器中每一行中每一个象素的电荷数据传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边都会依次传送到下一个象

6、素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。缘的放大器进行放大输出。CMOS：互补性氧化金属半导体，传感器中每个象素都会邻接一互补性氧化金属半导体，传感器中每个象素都会邻接一个放大器及个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。4/5/202313感光元件感光元件 CCDCCD与与CMOSCMOS比较比较分辨率分辨率灵敏度灵敏度信噪比信噪比集成度集成度功耗功耗成本成本CCD优优优优优优CMOS优优优优优优4/5/202314感光元件感光元件CCD辨识辨识SONYCCD、SHARPCCD、松下、松下CCD4/5/20231

7、5图像处理单元图像处理单元V-DriverCDS/AGCTGDSP4/5/202316图像处理单元图像处理单元DSPSONY方案：方案：SS-1（2163）、）、SS-11（3141/2）、）、SS-HQ1（3172）、）、SS-11X（4103）SHARP方案：方案：D4（38603）、）、D5松下：松下：D5（673276）其它厂家：其它厂家：Nextchip、A-NOVA4/5/202317摄像机常见性能指标摄像机常见性能指标 清晰度清晰度最低照度最低照度信噪比信噪比电子快门电子快门ES自动增益控制自动增益控制AGC背光补偿背光补偿BLC白平衡白平衡WB4/5/202318清晰度清晰度清

8、晰度，也称水平分辨率，是衡量摄像机优劣的一个重要清晰度，也称水平分辨率，是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹参数，它指的是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，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再辨出黑白相间的屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。线条。分辨率是用电视线（分辨率是用电视线（TV-Line）来表示的，彩色摄像头的）来表示的，彩色摄像头的分辨率在分辨率在330500线之间。分辨率与线之间。分辨率与CCD和镜头有关，还和镜头有

9、关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是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的频带宽度相当于清晰度为80线。线。频带越宽，图像频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。越清晰，线数值相对越大。4/5/202319最低照度最低照度最低照度，也称为灵敏度，是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使最低照度，也称为灵敏度，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，或者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，或者说是摄像机正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯说是摄像机正常成像时所需要

10、的最暗光线。照度的单位是勒克斯（LUX），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。相对于彩色摄像机而言，黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的相对于彩色摄像机而言，黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱（亮度）信号敏感，所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要强弱（亮度）信号敏感，所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低。低。普通照度：普通照度：1 13 3 LuxLux 月光型：月光型：0.1 0.1 LuxLux 星光型：星光型：0.01 0.01 LuxLux 红外型：采用红外灯照明，在没有光线情况下也能成像（黑白）红外型：采用红

11、外灯照明，在没有光线情况下也能成像（黑白）4/5/202320信噪比信噪比信噪比，是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号信噪比，是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示。来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，因此，由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，因此，实际计算摄像机信噪比的大小通常都是对均方信号电压与均方噪声电实际计算摄像机信噪比的大小通常都是对均方信号电压与均方噪声电压的比值取以压的比值取以10为底的对数再乘以系数为底的对数再乘以系数20，单位用，单位用dB表示。表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在一般摄像机给出的信噪比值均是在AG

12、C关闭时的值，因为当关闭时的值，因为当AGC接接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。CCD摄像机摄像机信噪比的典型值一般为信噪比的典型值一般为45dB55dB。若为。若为50db，则图像质量良好，则图像质量良好，有少量噪声；若为有少量噪声；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。测量信噪比，则图像质量优良，不出现噪声。测量信噪比参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。参数时，应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。4/5/202321自动增益控制自动增益控制AGCAutomaticGainCo

13、ntrol的缩写。所有摄象机都有一个将的缩写。所有摄象机都有一个将来自来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄象机的自动环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄象机的自动增益控制（增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低从而使摄象

14、机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。具有晰的图像。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。4/5/202322背光补偿背光补偿BLCBackLightCompesation的缩写，也称作逆光的缩写，也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍补偿或逆光补正，

15、它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。摄时画面主体黑暗的缺陷。通常，摄象机的通常，摄象机的AGC工作点是通过对整个视场的内容作平工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的个很暗的前景目标，则此时确定的AGC工作点有可能对于工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。显示状况。当背景光补偿为开启时，摄象机仅对整个视场的一个子区当背景光补偿为开启时，摄象机仅对整个视场的一个子区域

16、求平均来确定其域求平均来确定其AGC工作点，此时如果前景目标位于该工作点，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。子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。4/5/202323电子快门电子快门电子快门的英文全称为电子快门的英文全称为ElectronicShutter，是对比照，是对比照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图图像传感器的感光时间。由于像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，

17、输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积出信号电流的幅值也就越大。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），即可实现控制累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感感光时间的功能。光时间的功能。当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在焦在CCD上的光减少，结果将降低摄象机的灵敏度，然而，上的光减少，结果将降低摄象机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作停顿动作”效应，这将大大地增加摄象机的动态分辨率。效应，这将大大地增加摄象机的动

18、态分辨率。4/5/202324白平衡白平衡白平衡（白平衡（WhiteBalance），只用于彩色摄象机，其用途是实现摄象），只用于彩色摄象机，其用途是实现摄象机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。自动白平衡（自动白平衡（AWB）分为自动跟踪白平衡和自动控制白平衡。）分为自动跟踪白平衡和自动控制白平衡。自动跟踪白平衡（自动跟踪白平衡（ATW），是随着景物色彩温度的改变而连续地调整，），是随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为范围为28006000K。自动控制白平衡（自动控制白平衡（AWC），需要先将摄象机对准诸

19、如白墙、白纸等白），需要先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色参考目标，然后将通过菜单或开关设置从手动改变为自动方式，保色参考目标，然后将通过菜单或开关设置从手动改变为自动方式，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄象机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为将保持在摄象机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为230010000K。4/5/202325网络摄像机网络摄像机网络摄

20、像机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代网络摄像机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品，除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，产品，除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于机内还内置了数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统，的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，通过局域网，使得视频数据经压缩加密后，通过局域网，internet或无或无线网络送至终端用户。线网络送至终端用户。远端用户可在自己的远端用户可在自己的PC上使用标准的网络浏览器，对网上使用标准的网络浏览器，对网络摄像机进行访问，实时监控目标现场的情况，并可对图络摄像机进行访问，实时

21、监控目标现场的情况，并可对图像资料实时编辑和存储，另外还可以通过网络来控制摄像像资料实时编辑和存储，另外还可以通过网络来控制摄像机的云台和镜头，进行全方位地监控。机的云台和镜头，进行全方位地监控。4/5/202326网络摄像机网络摄像机应用优势应用优势可采用逐行扫描方式，提供更清晰的图像画面；可采用逐行扫描方式，提供更清晰的图像画面；支持支持POE技术，有效节约成本，提高系统可靠性；技术，有效节约成本，提高系统可靠性；支持百万象素分辨率支持百万象素分辨率将智能集成到前端将智能集成到前端内部集成内部集成PTZ控制和输入控制和输入/输出接口输出接口集成音频集成音频安全通信安全通信基于灵活性高、经济实用的基础设施基于灵活性高、经济实用的基础设施真正的数字化解决方案真正的数字化解决方案更低的总体成本更低的总体成本4/5/202327谢谢大家谢谢大家4/5/202328