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　　*章安防監(jiān)控設(shè)備
　　
　　*節(jié)攝像機(jī)
　　
　　一、工作原理
　　
　　在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)又稱攝像頭或CCD（ChargeCoupled
　　
　　Device）即電荷耦合器件。嚴(yán)格來說，攝像機(jī)是攝像頭和鏡頭的總稱，而實(shí)際上，攝像頭與鏡頭大部分是分開購買的，用戶根據(jù)
　　
　　目標(biāo)物體的大小和攝像頭與物體的距離，通過計(jì)算得到鏡頭的焦距，所以每個(gè)用戶需要的鏡頭都是依據(jù)實(shí)際情況而定的，不要以為攝像機(jī)（頭）上已經(jīng)有鏡頭。
　　
　　攝像頭的主要傳感部件是CCD，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長、抗震動(dòng)、抗磁場(chǎng)、體積小、無殘影等特點(diǎn)，CCD是電耦合器件
　　
　　（ChargeCoupleDevice）的簡稱，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛?chǔ)存及轉(zhuǎn)移，也可將儲(chǔ)存之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝像元
　　
　　件。是代替攝像管傳感器的新型器件。
　　
　　CCD的工作原理是：被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號(hào)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)同家用的錄像機(jī)、VCD機(jī)、家用攝像機(jī)的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機(jī)上觀看。
　　
　　二、CCD分類
　　
　　CCD攝像機(jī)的選擇和分類
　　
　　CCD芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。目前我國尚無能力制造，市場(chǎng)上大部分?jǐn)z像頭采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生產(chǎn)的芯片，現(xiàn)在韓國也有能力生產(chǎn)，但質(zhì)量就要稍遜*。
　　
　　因?yàn)樾酒a(chǎn)時(shí)采用不同等級(jí)，各廠家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在購買時(shí)，可以采取如下方法檢測(cè)：
　　
　　接通電源，連接視頻電纜到監(jiān)視器，關(guān)閉鏡頭光圈，看圖像全黑時(shí)是否有亮點(diǎn)，屏幕上雪花大不大，這些是檢測(cè)CCD芯片zui簡單直接的方法，而且不需要其它儀器。然后可以打開光圈，看一個(gè)靜物，如果是彩色攝像頭，攝取一個(gè)色彩鮮艷的物體，查看監(jiān)視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來清晰自然；而殘次品的圖像就會(huì)有偏色現(xiàn)象，即使面對(duì)一張白紙，圖像也會(huì)顯示藍(lán)色或紅色。個(gè)別CCD由于生產(chǎn)車間的灰塵，CCD靶面上會(huì)有雜質(zhì)，在一般情況下，雜質(zhì)不會(huì)影響圖像，但在弱光或顯微攝像時(shí)，細(xì)小的灰塵也會(huì)造成不良的后果，如果用于此類工作，一定要仔細(xì)挑選。
　　
　　１、依成像色彩劃分彩色攝像機(jī)：適用于景物細(xì)部辨別，如辨別衣著或景物的顏色。
　　
　　黑白攝像機(jī)：適用于光線不充足地區(qū)及夜間無法安裝照明設(shè)備的地區(qū)，在僅監(jiān)視景物的位置或移動(dòng)時(shí)，可選用黑白攝像機(jī)。
　　
　　２、依分辨率靈敏度等劃分影像像素在38萬以下的為一般型，其中尤以25萬像素（512*492）、分辨率為400線的產(chǎn)品zui普遍。
　　
　　影像像素在38萬以上的高分辨率型。
　　
　　３、按CCD靶面大小劃分CCD芯片已經(jīng)開發(fā)出多種尺寸：
　　
　　目前采用的芯片大多數(shù)為1/3"和1/4"。在購買攝像頭時(shí)，特別是對(duì)攝像角度有比較嚴(yán)格要求的時(shí)候，CCD靶面的大小，CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場(chǎng)角的大小和圖像的清晰度。1英寸--靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm，對(duì)角線16mm。
　　
　　2/3英寸--靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對(duì)角線11mm。1/2英寸--靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對(duì)角線8mm。
　　
　　1/3英寸--靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對(duì)角線6mm。1/4英寸--靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對(duì)角線4mm。
　　
　　４、按掃描制式劃分PAL制、NTSC制。
　　
　　中國采用隔行掃描（PAL）制式（黑白為CCIR），標(biāo)準(zhǔn)為625行，50場(chǎng)，只有醫(yī)療或其它專業(yè)領(lǐng)域才用到一些非標(biāo)準(zhǔn)制式。另外，日本為NTSC制式，525行，60場(chǎng)（黑白為EIA）。
　　
　　５、依供電電源劃分110v（NTSC制式多屬此類），220VAC，24VAC。12VDC或9VDC（微型攝像機(jī)多屬此類）。
　　
　　６、按同步方式劃分內(nèi)同步：用攝像機(jī)內(nèi)同步信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的同步信號(hào)來完成操作。
　　
　　外同步：使用一個(gè)外同步信號(hào)發(fā)生器，將同步信號(hào)送入攝像機(jī)的外同步輸入端。功率同步（線性鎖定，linelock）：用攝像機(jī)AC電源完成垂直推動(dòng)同步。外VD同步：將攝像機(jī)信號(hào)電纜上的VD同步脈沖輸入完成外VD同步。
　　
　　多臺(tái)攝像機(jī)外同步：對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)固定外同步，使每一臺(tái)攝像機(jī)可以在同樣的條件下作業(yè)，因各攝像機(jī)同步，這樣即使其中一臺(tái)攝像機(jī)轉(zhuǎn)換到其他景物，同步攝像機(jī)的畫面亦不會(huì)失真。
　　
　　7、按照度劃分，CCD又分為：
　　
　　普通型正常工作所需照度1~3LUX
　　
　　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
　　
　　紅外型采用紅外燈照明，在沒有光線的情況下也可以成像
　　
　　8、按外觀分：有機(jī)板型、針孔型、半球型。
　　
　　三、技術(shù)指標(biāo)
　　
　　CCD彩色攝像機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)
　　
　　（１）CCD尺寸，亦即攝像機(jī)靶面。原多為1/2英寸，現(xiàn)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的主要性能指標(biāo)，它決定了顯示圖像的清晰程度，分辨率越高，圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)越好。CCD是由面陣感光元素組成，每一個(gè)元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰。現(xiàn)在市場(chǎng)上大多以25萬和38萬像素為劃界，38萬像素以上者為高清晰度攝像機(jī)。
　　
　　（３）水平分辨率。彩色攝像機(jī)的典型分辨率是在320到500電視線之間，主要有330線、380線、420線、460線、500線等不同檔次。
　　
　　分辨率是用電視線（簡稱線TVLINES）來表示的，彩色攝像頭的分辨率在330~500線之間。分辨率與CCD和鏡頭有關(guān)，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通常規(guī)律是1MHz的頻帶寬度相當(dāng)于清晰度為80線。頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對(duì)越大。
　　
　　（４）zui小照度，也稱為靈敏度。是CCD對(duì)環(huán)境光線的敏感程度，或者說是CCD正常成像時(shí)所需要的zui暗光線。照度的單位是勒克斯（LUX），數(shù)值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。月光級(jí)和星光級(jí)等高增感度攝像機(jī)可工作在很暗條件，2~3lux屬一般照度，現(xiàn)在也有低于1lux的普通攝像機(jī)問世。
　　
　　（５）掃描制式。有PAL制和NTSC制之分。
　　
　　（６）攝像機(jī)電源。交流有220V、110V、24V，直流為12V或9V。
　　
　　（７）信噪比。典型值為46db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。
　　
　　（８）視頻輸出。多為1Vp-p、75Ω，均采用BNC接頭。
　　
　　（９）鏡頭安裝方式。有C和CS方式，二者間不同之處在于感光距離不同。
　　
　　四、可調(diào)整功能
　　
　　1.CCD彩色攝像機(jī)的可調(diào)整功能
　　
　　（１）同步方式的選擇
　　
　　A、對(duì)單臺(tái)攝像機(jī)而言，主要的同步方式有下列三種：
　　
　　內(nèi)同步--利用攝像機(jī)內(nèi)部的晶體振蕩電路產(chǎn)生同步信號(hào)來完成操作。
　　
　　外同步--利用一個(gè)外同步信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號(hào)送到攝像機(jī)的外同步輸入端來實(shí)現(xiàn)同步。
　　
　　電源同步--也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝像機(jī)的交流電源來完成垂直推動(dòng)同步，即攝像機(jī)和電源零線同步。
　　
　　B、對(duì)于多攝像機(jī)系統(tǒng)，希望所有的視頻輸入信號(hào)是垂直同步的，這樣在變換攝像機(jī)輸出時(shí)，不會(huì)造成畫面失真，但是由于多攝像機(jī)系統(tǒng)中的各臺(tái)攝像機(jī)供電可能取自三相電源中的不同相位，甚至整個(gè)系統(tǒng)與交流電源不同步，此時(shí)可采取的措施有：
　　
　　均采用同一個(gè)外同步信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號(hào)送入各臺(tái)攝像機(jī)的外同步輸入端來調(diào)節(jié)同步。
　　
　　調(diào)節(jié)各臺(tái)攝像機(jī)的"相位調(diào)節(jié)"電位器，因攝像機(jī)在出廠時(shí)，其垂直同步是與交流電的上升沿正過零點(diǎn)同相的，故使用相位延遲電路可使每臺(tái)攝像機(jī)有不同的相移，從而獲得合適的垂直同步，相位調(diào)整范圍0~360度。
　　
　　（２）自動(dòng)增益控制
　　
　　所有攝像機(jī)都有一個(gè)將來自CCD的信號(hào)放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號(hào)畸變。為此，需利用攝像機(jī)的自動(dòng)增益控制（AGC）電路去探測(cè)視頻信號(hào)的電平，適時(shí)地開關(guān)AGC，從而使攝像機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動(dòng)態(tài)范圍，即在低照度時(shí)自動(dòng)增加攝像機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號(hào)的強(qiáng)度來獲得清晰的圖像。
　　
　　（３）背景光補(bǔ)償
　　
　　通常，攝像機(jī)的AGC工作點(diǎn)是通過對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的內(nèi)容作平均來確定的，但如果視場(chǎng)中包含一個(gè)很亮的背景區(qū)域和一個(gè)很暗的前景目標(biāo)，則此時(shí)確定的AGC工作點(diǎn)有可能對(duì)于前景目標(biāo)是不夠合適的，背景光補(bǔ)償有可能改善前景目標(biāo)顯示狀況。
　　
　　當(dāng)背景光補(bǔ)償為開啟時(shí)，攝像機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的一個(gè)子區(qū)域求平均來確定其AGC工作點(diǎn)，此時(shí)如果前景目標(biāo)位于該子區(qū)域內(nèi)時(shí)，則前景目標(biāo)的可視性有望改善。
　　
　　（４）電子快門
　　
　　在CCD攝像機(jī)內(nèi)，是用光學(xué)電控影像表面的電荷積累時(shí)間來操縱快門。電子快門控制攝像機(jī)CCD的累積時(shí)間，當(dāng)電子快門關(guān)閉時(shí)，對(duì)NTSC攝像機(jī)，其CCD累積時(shí)間為1/60秒；對(duì)于PAL攝像機(jī)，則為1/50秒。當(dāng)攝像機(jī)的電子快門打開時(shí)，對(duì)于NTSC攝像機(jī)，其電子快門以261步覆蓋從1/60秒到1/10000秒的范圍；對(duì)于PAL型攝像機(jī)，其電子快門則以311步覆蓋從1/50秒到1/10000秒的范圍。當(dāng)電子快門速度增加時(shí)，在每個(gè)視頻場(chǎng)允許的時(shí)間內(nèi)，聚焦在CCD上的光減少，結(jié)果將降低攝像機(jī)的靈敏度，然而，較高的快門速度對(duì)于觀察運(yùn)動(dòng)圖像會(huì)產(chǎn)生一個(gè)"停頓動(dòng)作"效應(yīng)，這將大大地增加攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)分辨率。
　　
　　（５）白平衡白平衡只用于彩色攝像機(jī)，其用途是實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)圖像能反映景物狀況，有手動(dòng)白平衡和自動(dòng)白平衡兩種方式
　　
　　。
　　
　　A、自動(dòng)白平衡
　　
　　連續(xù)方式--此時(shí)白平衡設(shè)置將隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調(diào)整，范圍為2800~6000K。這種方式對(duì)于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場(chǎng)合是zui適宜的，使色彩表現(xiàn)自然，但對(duì)于景物中很少甚至沒有白色時(shí)，連續(xù)的白平衡不能產(chǎn)生*的彩色效果。
　　
　　按鈕方式--先將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)諸如白墻、白紙等白色目標(biāo)，然后將自動(dòng)方式開關(guān)從手動(dòng)撥到設(shè)置位置，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現(xiàn)白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，將自動(dòng)方式開關(guān)撥回手動(dòng)位置以鎖定該白平衡的設(shè)置，此時(shí)白平衡設(shè)置將保持在攝像機(jī)的存儲(chǔ)器中，直至再次執(zhí)行被改變?yōu)橹梗浞秶鸀?300~10000K，在此期間，即使攝像機(jī)斷電也不會(huì)丟失該設(shè)置。以按鈕方式設(shè)置白平衡zui為和可靠，適用于大部分應(yīng)用場(chǎng)合。
　　
　　B、手動(dòng)白平衡
　　
　　開手動(dòng)白平衡將關(guān)閉自動(dòng)白平衡，此時(shí)改變圖像的紅色或蘭色狀況有多達(dá)107個(gè)等級(jí)供調(diào)節(jié)，如增加或減少紅色各一個(gè)等級(jí)、增加或減少蘭色各一個(gè)等級(jí)。除次之外，有的攝像機(jī)還有將白平衡固定在3200K（白熾燈水平）和5500K（日光水平）等檔次命令。
　　
　　（６）色彩調(diào)整對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，是不需要對(duì)攝像機(jī)作色彩調(diào)整的，如需調(diào)整則需細(xì)心調(diào)整以免影響其他色彩，可調(diào)色彩方式有：
　　
　　紅色-黃色色彩增加，此時(shí)將紅色向洋紅色移動(dòng)一步。紅色-黃色色彩減少，此時(shí)將紅色向黃色移動(dòng)一步。
　　
　　蘭色-黃色色彩增加，此時(shí)將蘭色向青蘭色移動(dòng)一步。蘭色-黃色色彩減少，此時(shí)將蘭色向洋紅色移動(dòng)一步。
　　
　　2.數(shù)字化式的調(diào)整控制方法
　　
　　新型攝像機(jī)對(duì)前述各項(xiàng)可選參數(shù)的調(diào)整采用數(shù)字式調(diào)整控制，此時(shí)不必手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)而是采用輔助控制碼，而且這些調(diào)整參數(shù)被儲(chǔ)存在數(shù)字記憶單元中，增加了穩(wěn)定性和可靠性。
　　
　　DSP攝像機(jī)在模擬制式的基礎(chǔ)上引入部分?jǐn)?shù)字化處理技術(shù)，稱為數(shù)字信號(hào)處理（DSP，DIGITALSIGNALPROCESSOR）攝像機(jī)。該種攝像機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　１、由于采用了數(shù)字檢測(cè)和數(shù)字運(yùn)算技術(shù)而具有智能化背景光補(bǔ)償功能。常規(guī)攝像機(jī)要求被攝景物置于畫面*并要占據(jù)較大的面積方能有較好的背景光補(bǔ)償，否則過亮的背景光可能會(huì)降低圖像中心的透明度。而DSP攝像機(jī)是將一個(gè)畫面劃分成48個(gè)小處理區(qū)域來有效地檢測(cè)目標(biāo)，這樣即使是很小的、很薄的或不在畫面中心區(qū)域的景物均能清楚地呈現(xiàn)。
　　
　　２、由于DSP技術(shù)而能自動(dòng)跟蹤白平衡，即可以在任何條件檢測(cè)和跟蹤"白色"，并以數(shù)字運(yùn)算處理功能來再現(xiàn)原始的色彩。傳統(tǒng)的攝像機(jī)因系對(duì)畫面上的全部色彩作平均處理，這樣如果彩色物體在畫面上占據(jù)很大面積，那么彩色重現(xiàn)將不平衡，也就是不能重現(xiàn)原始色彩。DSP攝像機(jī)是將一個(gè)畫面分成48個(gè)小處理區(qū)域，這樣就能夠有效地檢測(cè)白色，即使畫面上只有很小的一塊白色，該攝像機(jī)也能跟蹤它從而再現(xiàn)出原始的色彩。在拍攝網(wǎng)格狀物體時(shí)，可將由攝像機(jī)彩色噪聲引起的圖像混疊減至zui少。