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視頻監(jiān)控系統(tǒng)知識 |
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| 監(jiān)控攝像機入門學習教程（一） |
第一節(jié)、攝像機
攝像機的發(fā)展速度很快，從攝像管到CCD元件，以其構(gòu)成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊等特點，同時清晰度、照度、可靠性等指標大大提高而被廣泛應用。CCD是Charge Coupled Device（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。
被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
一、CCD攝像機的分類
㈠按照成像色彩劃分
CCD攝像機按成像色彩劃分為彩色攝像機和黑白攝像機兩種。除色度處理方面不同外，其它原理基本一致。主要有光學系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)組成。其中光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是攝像機的核心。
自然圖像通過光學鏡頭成像于攝像機的光靶面上，彩色攝像機的光學系統(tǒng)中使用相干分色棱鏡或特殊條狀濾色鏡將光信號分成紅、綠、藍三色光信號，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過攝像管或CCD元件利用電視掃描方法把光圖像信號轉(zhuǎn)換成隨時間變化的視頻電信號，再經(jīng)放大、處理、編碼而成為全電視信號。
㈡按照分辨率劃分
按照分辨率劃分為25萬像素左右，對應彩色330線/黑白400線的低檔型；25萬至38萬像素之間，對應彩色420線/黑白500線的中檔型；38萬像素以上，對應彩色大于或等于460線黑白570線以上的高檔型。
㈢按照攝像機靈敏度劃分
按照靈敏度可分為最低照度1至3lux的普通型；0.1lux左右的月光型；0.01lux以下的星光型以及原則上可以為0Lux，采用紅外光源成像的紅外照明型。
㈣按照CCD靶面尺寸劃分
攝像機攝像器件（CCD）的尺寸分為1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/2英寸最為常見。
CCD尺寸水平（mm）垂直（mm）對角線（mm）
1英寸 12.7 9.6 16
2/3英寸 8.8 6.6 11
1/2英寸 6.4 4.8 8
1/3英寸 4.8 3.6 6
1/4英寸 3.6 2.4 4
1/5英寸的CCD攝像機正待開發(fā)之中，將來也會在市場上占有一定比例。一般來說，大的CCD芯片，其相應的象素面積也較大，接收所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機整體質(zhì)量提高，圖像細部明顯細膩自然。而光學系統(tǒng)聚焦影像時的焦平面越小，則成像過程中丟失的細節(jié)就越多，得到的影像放大后細部過渡就可能有突變的現(xiàn)象，顯得不自然。另外小尺寸CCD擁有更多的象素和更高的分辨率也會導致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動態(tài)范圍越窄。每個象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合（在電子學上這個概念叫做色度亮度干擾）。
二、CCD傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢
CCD是攝像機的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機的品質(zhì)，并且CCD的發(fā)展是攝像機更新?lián)Q代的基礎(chǔ)。
CCD傳感器有兩種，第一種是特殊CCD傳感器，如紅外CCD芯片（紅外焦平面陣列器件）、高靈敏度背照式和電子轟擊式CCD、EBCCD等，另外還有大靶面如2048×2048、4096×4096可見光CCD傳感器、寬光譜范圍（紫外光→可見光→近紅外光→3-5μm中紅外光→8-14um遠紅外光）焦平面陣列傳感器等。目前已有商業(yè)化產(chǎn)品，并廣泛應用于各個領(lǐng)域。第二種是通用型或消費型CCD傳感器，在許多方面都有較大地進展，總的方向是提高CCD攝像機的綜合性能。
㈠CCD傳感器的像面尺寸向集成化、輕量化方向的發(fā)展。
由于制造CCD傳感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD傳感器芯片；由于光刻機的進步，所以在仍保持具有很高靈敏度的特性下，CCD傳感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向發(fā)展。在1993年，1/2英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的5%;1/4英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的10%；1/3英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的85%。在1997年，在總產(chǎn)量比1993年增加200%以上的情況下，1/2英寸的CCD傳感器仍有很大發(fā)展，已占總產(chǎn)量的15%（1/2英寸由于靶面較大仍有許多場合需要，尤其在科研領(lǐng)域中）；1/4英寸的CCD傳感占總產(chǎn)量的60%。也就是說，1/2英寸較大靶面尺寸CCD傳感器仍有很大增長。1/4英寸的CCD傳感器的產(chǎn)量比1/3英寸的CCD傳感器來說，占總產(chǎn)量的比例在減少。
㈡CCD傳感器向高素數(shù)、多制式發(fā)展
各種CCD傳感器的像面尺寸在減少，但其像素數(shù)在增加，已由早期的512（H）×596（V）向795（H）×596（V）發(fā)展，甚至出現(xiàn)超過百萬像素的CCD傳感器。為提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已從通常的隔行掃描向逐行掃描格式發(fā)展。
㈢降低CCD傳感器的工作電壓、減少功耗
在初期研制的CCD攝像機有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合PC攝像機和網(wǎng)絡圖像傳輸?shù)膽茫鸩揭?12V和+5V兩種工作電壓為主。
⑷提高CCD攝像機的制造效率
為了降低CCD攝像機的制造成本，實現(xiàn)高速自動化生產(chǎn)，制造廠家追求緊密性結(jié)構(gòu)，致力于CCD攝像機的小型化，即由Dip On Board（DOB）過錫板工藝改進為Chip On Board（COB）板上連接IC芯片的貼片方式。到目前為止，已實現(xiàn)多層板的Multi Chip Module（MCM）多芯片集成模組化制造技術(shù)。
㈤CCD攝像機的數(shù)字化
在制造CCD攝像機時，從以往的Analog模擬系統(tǒng)逐步實現(xiàn)DSP數(shù)字化處理，可以借助電子計算機和專門軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對CCD攝像機，特別是對彩色CCD攝像機的各種參數(shù)的量化調(diào)整，可以確保CCD攝像機性能指標的優(yōu)化一致性以及在特殊使用條件下的參數(shù)量化修改。
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