CCD彩色摄像机的主要技术指标有哪些?
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发布时间：2022-04-26 07:00
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时间：2022-06-25 00:23
CCD彩色摄像机的主要技术指标
在摄像机这个圈子,一张彩页里的技术指标其实就已经涵盖了大部份的技术,不信,有几个人敢说他完全知道的,不管是销售人员或工程商,最先拿到的就是一张彩页,而那张彩页,大部份就在吹牛,只有在最后的技术指标上还”稍”有些学问,今天就带大家来搞一搞:
在搞清楚技术指标之前,要先搞清楚下列东西:
1.成像元件：也就是CCD啦!(当然也有C-MOS),主要区分为彩色,黑白,1/3”,1/4”, 1/2”及品牌。
尺 寸:大小的差别主要在于灵敏度,也就是最低照度,1/4照度会比1/3差,原理很简单:相同数量的感 光点,摆在1/4上的每一点一定比较小点,他的受光就较少,当然照度就较差,好处是便宜一些,还有体积较小,板子可以做小一些.
品 牌:以价位来说,从贵到便宜,分别是 Sony, Panasonic,Sharp,A1(L.G),YUCOO邮科这几种,如果用Sony 通常会标“Sony Super-HAD CCD”这是Sony的注册商标,或是低照度会标 “Sony Ex-View CCD“ 在CCD的制造过程中有一个制程叫作”HAD”, 所以不管那家的CCD 都可称为” HAD CCD, 但索尼改进了这个制程,认为做出来的CCD品质较好,就叫做”Super-HAD”并把这名称注册, 因此只有索尼有所谓的 Super-HAD CCD, 在一般型录上常看到 “ 1/3” SONY Super-HAD CCD” 就是这样来的,不可能标” 1/3” Sharp Super-HAD CCD” 那会闹笑话的.
Ex-view 是索尼CCD注册的专有名辞, 强调照度比 Super-HAD 更低,当然价格也贵多了,其它特性及接脚都跟原来Super-HAD 差不多.
而不是用SONY的,就只标” 1/3” Color CCD“ 了
2.像 素: 在PAL制,有752(H) x 582(V),也就是所谓44万画素,及500(H) x 582(V) 也就是所谓25万画素, 在NTSC制,有768(H) x 494(V),也就是所谓38万画素,及510(H) x 492(V) 也就是所谓25万画素,44万画素,就叫高解,25万就叫低解,普解或中解.以上讲的画素是指”有效画素
3.分辩率:这就比较好玩了,25万像素的摄像机,其技术极限大概是320条,在十多年前,搞出了摄像机,大概就280-300条之间,但跟日本货比起来就差了一截,怎办?那就标350线好了,后来又有新公司及韩国搞出来了,大概在300左右,那就标380条好了,到了近几年,*也搞出来了,怎办?那就标420好了!,搞到现在,全部都标420了,无耻的还有标450 ,更让人搞不懂的是,不管在或是*,送去检测,居然也是420?真让人匪夷所思!而44万的,技术极限大概在480线,一般中,台,韩做出来大概就是400-450之间,同上理,就标480,500,520,550吧!各凭良心.
还有,最近流行所谓520线的更是个大*,为什么他说520线?是因为主芯片用索尼HQ1(CXD3172AR),翻遍原厂资料,找不到520这个字,只有非官方说法:是有520线,但仅限Y/C输出.所以只要是HQ1方案,大家就标520,在加上灌水法,550及560就出来了,估计580也快有了.
4.最低照度:
最简单的定义:在暗房内,摄像机对着被测物,然后把灯光慢慢调暗,直到显示器上快要看不清楚 被测物为止,这时量光线的照度, 就是最低照度.够含糊了吧!,实际上还得考虑用几毫米镜头,入光量多少,摄像机AGC必须关掉,视频讯号是降到多少IRE等等.几乎没有厂家会去做这种测试,之前,松下跟索尼的机子低解的标1.1Lux(F1.2),那做出来就标0.5吧,后来的只好标0.2,你标0.2,我就标0.1,他标0.05…….就这样了.
还有,高解CCD照度会比低解的差,还是老话,同样芯片面积,一个摆了44万点,一个摆了25万点,那个大点?
5.讯噪比:任何电路只要通电后都会产生噪讯,包括元件及线路本身所产生的,当然噪讯越小,画面看起来会越干净,我们用视频讯号跟噪讯的比值来表示,那当然越大越好,数学式是 20log(V2/V1), V2指视频讯号,V1指噪讯大小,单位是”dB”。以前,松下跟索尼的机子噪讯比标50 dB ,那做出来就标……..嘿嘿! 一看起来就是比较差,不好意思吹牛了,那就标48好了,可是不好看?修饰一下:”大于48 dB “,所以 “ >48dB” 就是这样来的,不论阿猫阿狗做出来的摄像机,一律就这样标了,有去测? 我头剁给他!
6.电子快门:为了让影像亮度正确,我们必须正确控制摄像机的入光量,要调整入光量要从镜头的光圈及像机的快门着手,一般我们用手动镜头时,光圈调固定就不动了,如果这时遇到强光怎办?很简单,在CCD还没过曝前,D.S.P就赶紧把CCD上的讯号”扫”下来吧,也就是光线强时抓快些,光线弱时抓慢些,抓一次相当于我门用单反相机时”喀嗏”一声,单反像机是机械式快门,我们这是电子式,所以叫”电子快门”。跟据D.S.P规格书,电子快门速度在PAL制时是1/50秒到十万分之一秒,所以大家就这样标了,实际应用上如果机子调校不良,是达不到十万分之一的,如果机子在太阳下看起来像蒙层细白裟,不是很清楚,那八成是快门速度不够.还有如果用自动光圈镜头,那入光量就由镜头光圈来控制了,这时后机子本身快门速度就定在1/50 秒。
7.Gamma补偿:
什么是Gamma?简单解释,CRT管子是跟据电子束打在屏幕上的强度来决定产生的亮度,打的越强就越亮,但不是1:1的,也就是说,在很强的时后并不会成比例的那么亮,这是CRT管的特性,因此视频输出就得在高亮度时做些刻意的增强,这就叫Gamma补偿,个补偿曲线叫0.45,只要给DSP下个指令就好了,一点技术都没有,有的机子会加个开关,让你选择0.45或1,1的补偿曲线是1:1的,在某些强光环境下还蛮好用的(是强光下,非逆光下)。
8.背光补偿:
什么是背光补偿,这又跟快门速度有关了,举个例子,当一部摄像机装在ATM上,对着大街,在大太阳下,环境很亮,所以机子快门速度当然是很快的,才不会过曝,这时如果有人来提款,脸对着镜头,由于目前机子采全面测光,基本上受环境影响,整体还是很亮,在高速快门下,人脸的曝光量不足,就显的黑黑的,这就是摄影学上面所说的”背光”,就是:背面有强光,导致主体曝光不足而变黑.所以问题就出在全面曝光上,假使我们只取一部份划面来测光,比如说中间,那人脸在划面中间,这时DSP会测到曝光不足,便会放慢快门速度,这时人脸就清楚了,但是因为快门速度慢了,导致背景(街上)反而过曝而白茫茫一片.所以,背光补偿就是根据特定的测光区域,调整电子快门(或自动光圈),使得测光区域内的曝光值正常,不在测光区域内的就不管了,测光区域由DSP参数设定,一般是取中间1/9处,或加上下方1/3处成凸字型.至于什么是”宽动态”。
9.同步系统:分内同步,外同步及电源同步.
电源同步：简单的说,就是使每一支摄像机丢图场出来的时间点要一致,好比对伍行进时,虽然每人速度一样,但如果没有人在旁吹哨或喊口令的话,脚步是不会一致的,这个功用是用在矩阵切换时,画面不会抖一下再恢复正常,否则管理员眼睛不花掉了,要实现电源同步就须加电源同步电路,再加个开关电源,从交流电中取同步讯号(电源是50周固定的)来当同步的依据.另外在NTSC系统中,因D.S.P里的振荡频率无法跟市电60周一致,在灯光下会有色滚现像,尤其是SONY 2163方案更严重,这时就得加电源同步来解决,强制让D.S.P 的频率与灯光一致.
还有我们所用的AC电源有三相,彼此差120度,如果电源同步的机子若接在不同相位电源上,会有相位差导致无法彼此同步,所以还需有一个调相旋钮,将彼此触发相位调到一致.
外同步：就是交由外步来触发丢出画面,这功能现在已经很少用了
内同步：就是自己每秒输出25张画面,不管别人了
10.AGC：就是电子自动增益,是摄像机基本功能,有人为了让画面看来亮些,刻意调的很高,这样在低照度时很容易就白茫茫一片了,所以有人干脆就在这搞个开关,要高要低,自己来吧
接下来就是些无关紧要的:
接头型式:
有C-Mount 及 C/S Mount:
又要说故事了,当初做出摄像机时,总得配个镜头,因此搞了个接口标准:
"节径为25.4mm,每英吋32个螺牙,边缘至CCD距离为17.526mm."
这就叫C接口, 机子及镜头就比照这标准,彼此才能搭配.
那时后的镜头里面有八片镜片组合而成,后来松下搞了个五片玻璃的镜头,成本是省了,但是成像距离短了约五毫米,也就是镜头要更靠近CCD 五毫米.
怎办? 那就改标准了,把上头”边缘至CCD距离为17.526mm”改为 12.5mm.不就得了, 这就叫C/S 接口 ,现在几乎所有机子都用C/S接口,再付一个C/S转C接口的加长环.
自动光圈:也就是可接的自动光圈镜头的型式,目前有两种:视频驱动(Video)及直接驱动(D.C)两种,因为直驱方式还得加个小电路,有些廉价机干脆就拿掉了,赌你花不起钱买DC自动光圈镜头.
视频输出:标准是1 Vpp,也就是1伏特(峰值对峰值),标都是这样标,但常有厂家为求看起来”亮”一点,故意增加讯问号强度,在接DVR及配线时会引起一些困扰.
消耗功率: 一般机子在12V 时,大致都在90-130毫安之间
电源:分12VDC, 24VAC, 220VAC三种,通常 24VAC还兼容12VDC
1. CCD尺寸：亦即彩色摄像机靶面。原多为1/2英寸，现在1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
2. CCD像素：是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度彩色摄像机。
3. 水平分辨率：彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。 分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。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。
4. 最小照度：也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。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。月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件，
1~3lux属一般照度
月光型 :正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型 : 正常工作所需照度0.01LUX以下
红外型 ：采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像（黑白）
5. 扫描制式：有PAL制和NTSC制之分。 中国采用隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行，50场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外，日本为NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。
6. 彩色摄像机电源：交流有220V、110V、24V，直流为12V 或9V。
7. 信噪比：典型值为46db，若为50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。
8. 视频输出：多为1Vp-p、75Ω，均采用BNC接头。
9. 镜头安装方式：有C和CS方式，二者间不同之处在于感光距离不同。
10. CCD彩色摄像机的可调整功能
（1）同步方式的选择
A、对单台摄像机而言，主要的同步方式有下列三种：
内同步——利用摄像机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。
外同步——利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄像机的外同步输入端来实现同步。
电源同步——也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步。
B、对于多摄像机系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，这样在变换摄像机输出时，不会造成画面失真彩色，但是由于多摄像机系统中的各台摄像机供电可能取自三相电源中的不同相位，甚至整个系统与交流电源不同步，此时可采取的措施有：
均采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号送入各台摄像机的外同步输入端来调节同步。
调节各台摄像机的"相位调节"电位器，因摄像机在出厂时，其垂直同步是与交流电的上升沿正过零点同相的，故使用相位延迟电路可使每台摄像机有不同的相移，从而获得合适的垂直同步，相位调整范围0~360度。
（2）自动增益控制
所有摄像机都有一个将来自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，需利用摄像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄像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像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。
（3）背景光补偿
通常，摄像机的AGC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个很暗的前景目标，则此时确定的AGC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显示状况。
当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC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。
（4）电子快门
在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄像机，则为1/50秒。当摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。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CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个"停顿动作"效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。
（5）白平衡
白平衡只用于彩色摄像机，其用途是实现摄像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。
A、自动白平衡
连续方式——此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。
按钮方式——先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，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像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。
B、手动白平衡
开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外，有的摄像机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次命令。
（6）色彩调整
对于大多数应用而言，是不需要对彩色摄像机作色彩调整的，如需调整则需细心调整以免影响其他色彩，可调色彩方式有：
红色—*色彩增加，此时将红色向洋红色移动一步。
红色—*色彩减少，此时将红色向*移动一步。
兰色—*色彩增加，此时将兰色向青兰色移动一步。
兰色—*色彩减少，此时将兰色向洋红色移动一步。
3、数字化式的调整控制方法 ：
新型摄像机对前述各项可选参数的调整采用数字式调整控制，此时不必手动调节电位计而是采用辅助控制码，而且这些调整参数被储存在数字记忆单元中，增加了稳定性和可靠性。
