摄像机的基本原理.docx

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1、1.摄像机的基本结构原理(1)一般摄像机组成原理：外壳、镜头、CCD感光元件、基本电路板(含Q9头X电源模块(一般是220V转 12V的变压器)外壳就不用多说了，地球人都明白了。镜头也就是实现光圈开关、变动焦距功能的器件。CCD感光元件是摄象机中重要的组成部分，它的好坏直接影响到摄象机的质量，感光 元件在效果中的体现为视频画面的清楚度，也就是常说的420线、480线、520线等参数。 还有CCD按规格分，常见的有1/3、1/4规格，当然还有1/2、2/3、1的规格，由于在成 本上考虑，大部分生产商会考虑廉价的1/4、1/3规格的CCDO基本电路板就相当于电脑的主板，也称为系统总线全部的器件都要

2、通过它来实现 自己的功能。电源模块其实就是个变压器，为电路板和与电路板相连接的器件供应稳定持续的电力 供应。(2)网络摄像机在制造CCD摄像机时，从以往的Analog模拟系统逐步实现DSP数字化处理，可以 借助电子计算福口特地软件系统实现对CCD摄像机，特殊是对彩色CCD摄像机的各种参 数的量化调整，可以确保CCD摄像机性能指标的优化全都性以及在特殊使用条件下的参数 量化修改。三、CCD摄像机的技术性能、特点及进展-Hyper-D高动态范围CCD摄像机CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。但是人眼在观看目标时，可以看清目 标的最低照度为lLux ,当目标照度达到3xlO5Lux时，即为人

3、眼动态范围，这种摄像机 被称为Hyper-D CCD摄像机。二从模拟Analog CCD摄像机向DSP数字处理CCD摄像机方向的进展采纳DSP技术，可以使CCD摄像机在数字检测和数字运算技术上能够有效实现智能 化逆光背景补偿；能够自动跟踪白平衡，即可以在任何条件下检测和跟踪白色，并以 数字运算处理功能来再现原始的景物颜色。4 .摄像机的镜头参数镜头跟角度跟距离的比例相对孔径F光阑F数，F=f/D f=焦距，D二镜头的有效孔径镜头焦距 2.8mm 3.5mm 4mm 4.8mm 6mm 8mm1/3 CCD 视角 86.3 67.4 62 52.2 42.3 32.6物体距离 43m 5.4m

4、6m 7.3m 9m 12m镜头焦距 12mm 16mm 25mm 60mm 73.8mm1/3 CCD 视角 22.1 17.1 10.6 3.5 2.9物体距离 18m 25m 38m 120m 150m以监视器显示5m高物体为准镜头安装部位口径为25.4mm镜头安装基准面到焦点的距离为17.526mmC型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配5mm厚的接圈5 .如何选购摄像机首先依据客户的要求来选购那些摄像机，看客户需要高清机还是一般的摄像机，当确 定摄像楣口品牌，那然后就要依据安装的现场来选择摄像机的镜头。组成原理:网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像、声音、掌

5、握 器网络服务器、外部报警、掌握接口等部分组成。1 .镜头镜头作为网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种 类，与模拟摄像机相同。图像传感器、声音传感器图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS既互补性金属氧化物半导体，CMOS 主要是采用硅和褚这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来 实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。 CMOS针对CCD最主要的优势就是特别省电。不像由二级管组成的CCD和CMOS电路 几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有一般CCD的1/3左右，CMOS重 要问题是在

6、处理快速变换的影像时，由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问 题不大，假如抑制的不好就特别简单消失杂点。CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。光电 二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。通常，传送优良图像质量的设施都采纳CCD图像传感器，而注意功耗和成本的产品则 选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。这一部分与模拟摄像机相同。声音传感器即拾声器或叫麦克风，与传统的话筒原理一样。2 .A/D转换器A/D转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。基于CMOS模式的图像传感器模块有

7、直接数字信号输出的接口，无须A/D转换器； 而基于CCD模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口 ,亦无须A/D转换器，但由 于此模块主要针对模拟摄像机设计，只有模拟输出接口，故需要进行A/D转换。3 .图像、声音编码器经A/D转换后的图像、声音数字信号，按肯定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩 的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及万 维网上不失真地传输上述信号。目前，图像编码压缩技术有两种：一种是硬件编码压缩，即将编码压缩算法固化在芯 片上；另一种是基于DSP的软件编码压缩，即软件运行在DSP上进行图像的编码压缩。 同样，声音的压缩亦可采纳硬件编码

8、压缩和软件压缩，其编码标准有MP3等格式。4 .掌握器掌握器是网络摄像机的心脏，它肩负着网络摄像机的管理和掌握工作。假如是硬件压 缩编码掌握器是一个独立部件假如是软件编码压缩掌握器是运行编码压缩软件的DSP,即二者合而为一。5 .网络服务器网络服务器供应网络摄像机的网络功能，它采纳了 RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP 等相关网络合同，允许用户从自己的PC机使用标准的扫瞄器依据网络摄像机的IP地址对 网络摄像机进行访问，观看实时图像，及掌握摄像机的镜头和云台。6 .外部报警、掌握接口网络摄像机为工程应用供应了有用的外部接口，如掌握云台的485接口，用于报警信 号输入输出的I/O

9、口。如红外探头发觉有目标消失，发报警信号给网络摄像机，网络摄像 机自动调整镜头方向并实时录像；另一方面，当网络摄像机侦测到有移动目标消失时，亦 可向外发出报警信号。7 .摄像机的种类摄像机的种类有一般枪机、半球摄像机、红外摄像机、一体摄像机等。1 :一般枪机：这种摄象机是最普遍的监控摄象机，也就是说它是依据监控摄象机的基本组成结构来 制作的。这里要强调的是镜头的区分。在枪机上可以安装一般、长距离和广角镜头。按镜 头的标准来说以6.0mm镜头为分界线，比其小的一般为广角镜头，角度一般大于30度。 比其大的一般为长距离镜头，距离一般要大于30米。2:半球摄象机：这种摄象机除了外壳和一般枪机不同以外

10、，其他的标准都差不多。3:红外摄象机：这种摄象机就是在一般摄象机的基础上配和红外灯来增加夜视效果的摄象机。这里要 强调的是CCD感光元件和镜头。有的一般摄象机的CCD就有感红外功能，对于这种摄象 机来说，直接加装红外灯就可以了。有的摄象机本身不含感红外功能，这就需要对镜头加 以要求，必需是可以感红外的镜头加红外灯才能满意要求。还有，红外灯的有效距离和角度可以依据摄象机本身的有效距离和角度来选配，使用 高性能的红外灯协作指标较差的摄象机也是资源铺张。4:一体化摄象机这种摄象机的使用也特别频繁，它是一种将变焦镜头（分为手动和自动）和摄象机的 基本组成元件一起集成起来的一种特殊的监控摄象机。它一般有

11、2中用途：一是与球型云 台协作使用，也被称为球机中的机芯；二是于红外灯做到一个大的壳子中，被称为红外 一体化摄象机3.摄像机的参数摄像机的进展速度很快，从摄像管到CCD元件，以其构成的CCD摄像机具有体积小、 重量轻、不受磁场影响、具有抗震惊和撞击等特点，同时清楚度、照度、牢靠性等指标大 大提高而被广泛应用。CCD是Charge Coupled Device （电荷耦合器件）的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震惊等 优点。被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD依据光的强弱积累相应比例的电 荷，各个像素积累的电荷在视频时序的掌握下，逐点

12、外移，经滤波、放大处理后,形成视 频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的 视频图像。一、CCD摄像机的分类一依据成像颜色划分CCD摄像机按成像颜色划分为彩色摄像机和黑白摄像机两种。除色度处理方面不同 外，其它原理基本全都。主要有光学系统、光电转换系统、信号处理系统组成。其中光电 转换系统是摄像机的核心。自然图像通过光学镜头成像于摄像机的光靶面上，彩色摄像机的光学系统中使用相干 分色棱镜或特殊条状滤色镜将光信号分成红、绿、蓝三色光信号，光电转换系统通过摄像 管或CCD元件采用电视扫描方法把光图像信号转换成随时间变化的视频电信号，再经放 大、处理、编码而成为

13、全电视信号。二依据辨别率划分依据辨别率划分为25万像素左右，对应彩色330线/黑白400线的低档型；25万至 38万像素之间，对应彩色420线/黑白500线的中档型；38万像素以上，对应彩色大于或等于460线黑白570线以上的高档型。三依据摄像机智敏度划分依据灵敏度可分为最低照度1至3lux的一般型；0.llux左右的月光型；O.Ollux以下 的星光型以及原则上可以为OLux ,采纳红外光源成像的红外照明型。四依据CCD靶面尺寸划分摄像机摄像器件（CCD ）的尺寸分为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英寸最为常见。CCD尺寸水平（mm）垂直（mm）对角线（

14、mm ）1英寸12.79.6162/3英寸8.86.6111/2英寸6.44.881/3英寸4.83.661/4英寸3.62.441/5英寸的CCD摄像机正待开发之中，将来也会在市场上占有肯定比例。一般来说, 大的CCD芯片，其相应的象素面积也较大，接收所摄光的面积增大，必定使象素输出电荷增多，灵敏度提升，在弱光条件下具有较好的拍摄力量，简单使摄像机整体质量提高，图 像细部明显细腻自然。而光学系统聚焦影像时的焦平面越小，则成像过程中丢失的细节就 越多，得到的影像放大后细部过渡就可能有突变的现象，显得不自然。此外小尺寸CCD拥 有更多的象素和更高的辨别率也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足

15、的可能。单 个像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄。每个象素上的信息趋 于与在它四周的象素的信息混合（在电子学上这个概念叫做色度亮度干扰X二、CCD传感器的技术进展趋势CCD是摄像机的核心器件，因此其性能凹凸将直接影响摄像机的品质，并且CCD的 进展是摄像机更新换代的基础。CCD传感器有两种，第一种是特殊CCD传感器，如红外CCD芯片（红外焦平面阵列 器件I高灵敏度背照式和电子轰击式CCD. EBCCD等，此外还有大靶面如2048x2048、 4096x4096可见光CCD传感器、宽光谱范围（紫外光一可见光近红外光-3-5pm中 红外光-8-14um远红外光）焦平面阵列传感

16、器等。目前已有商业化产品，并广泛应用于 各个领域。其次种是通用型或消费型CCD传感器，在很多方面都有较大地进展，总的方向 是提高CCD摄像机的综合性能。一 CCD传感器的像面尺寸向集成化、轻量化方向的进展。由于制造CCD传感器的硅片和加工成本都很高，所以很盼望一片6.5英寸的硅片上光 刻出更多的CCD传感器芯片而于光刻机的进步，所以在仍保持具有很高灵敏度的特性下, CCD传感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向进展。在1993年, 1/2英寸的CCD传感器占总产量的5%;1/4英寸的CCD传感器占总产量的10% ； 1/3英 寸的CCD传感器占总产量的85%。在199

17、7年,在总产量比1993年增加200%以上的状 况下，1/2英寸的CCD传感器仍有很大进展，已占总产量的15% (1/2英寸由于靶面较大 仍有很多场合需要，尤其在科研领域中)；1/4英寸的CCD传感占总产量的60%o也就是 说，1/2英寸较大靶面尺寸CCD传感器仍有很大增长。1/4英寸的CCD传感器的产量比 1/3英寸的CCD传感器来说，占总产量的比例在削减。二CCD传感器向高素数、多制式进展各种CCD传感器的像面尺寸在削减，但其像素数在增加，已由早期的512( H )x596 (V )向795 ( H ) x596 ( V )进展，甚至消失超过百万像素的CCD传感器。为提高水平 方向和垂直方

18、向的辨别力量，已从通常的隔行扫描向逐行扫描格式进展。三降低CCD传感器的工作电压、削减功耗在初期研制的CCD摄像机有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的为+ 12V。 为协作PC摄像机和网络图像传输的应用，逐步以+12V和+ 5V两种工作电压为主。提高CCD摄像机的制造效率为了降低CCD摄像机的制造成本，实现高速自动化生产，制造厂家追求紧密性结构, 致力于CCD摄像机的小型化，即由Dip On Board ( DOB )过锡板工艺改进为Chip On Board ( COB )板上连接IC芯片的贴片方式。到目前为止，已实现多层板的Multi Chip Module ( MCM )多芯片集成模组化制造技术。五CCD摄像机的数字化