摄像机基本参数及技术应用.ppt

摄像机基础知识 2 模拟摄象机基本参数概述目录 一 图像传感器 CCD 二 镜头 三 图像参数 四 电视信号 五 摄像机主要参数 六 摄像机的功能 七 镜头焦距的计算 3 一 图像传感器 CCD 被摄物体的图像经过镜头聚焦在图像传感器 CCD上， CCD根据光的强 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控制下， 逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。 CCD的尺寸用 对角线长度表示，通常以像素为单位。 4 一 图像传感器 CCD 1. CCD定义及尺寸 6 4.8 3.6 1/3 例如 ， Sony FCB- EX45C 使用 1/4inch Super HAD CCD， FCB- EX48CP 使用 1/4inch EXview HAD CCD ， SUPER HAD CCD是高 感光度 CCD， EXVIEW HAD CCD是超高感光度 CCD， 可以有效利用普 通 CCD未能使用的近红 外线光 （ 800900 纳 米 ） ， 使得可视光范围 扩充到红外线 ， 让感亮 度能大幅提高 ， 它的感 光效率比优质的 “ super had高出了 2倍 。 5 一 图像传感器 CCD 2. 有效像素 (Effective Pixels) 最高像素的数值是 CCD的真实像素 ， 通常包含了感 光器件的非成像部分 ， 而有效像素是 CCD实际能使 用的像素值 。 如日立 VK-S274ER,总像素为 47万 ， 有 效像素为 44万 ， CCD有一部分没有参与成像 。 6 二 镜头 1. 镜头尺寸 镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小要一致。 7 二 镜头 2. 焦距 f 焦距决定了摄取图像的大小 ， 用不同焦距的镜头对同一位置的某物 体摄像时 ， 配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物占屏幕显示的像素较 大 ， 反之 ， 配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物占屏幕显示的像素较 小 。 Sony的 FCB-EX45CP， f=4.1mm(WIDE)至 73.8mm(TELE)； FCB-EX980P ， f=3.5mm(WIDE)至 91.0mm(TELE),F1.6至 F3.8。 8 二 镜头 3. 光圈 F=f/D F代表光圈 ， f为焦距 ， D为镜头实际的有效孔径 ， F标注在镜头光圈调整圈上 ， 标称值为 F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64等序列值 。 F值越小 ， 光圈越大 ， 到达摄像机靶面的光通量就 越大 。 比如 ， Sony的 FCB-EX45CP光圈值为 F1.4至 F3.0， FCB-EX980P 为 F1.6至 F3.8。 9 二 镜头 4. 视场角 镜头的视野范围 ， 分为水平和垂直视场角 。 焦距影响视场角 ， 焦距越大视场 角越小 ， 焦距越小 ， 视场角越大 。 例如三洋摄像机 VCC-MD800P， 水平视场 角 57.8 (近端 ) 1.7 (远端 )， 垂直视场角 43.7 (近端 ) 1.3 (远端 )， 近 端视场角要远大于远端视场角 。 5. 最小工作距离 最小工作距离是景物距离镜头至少多远能够聚焦清楚物体 ， 分为广角端和远 端最小工作距离 。 例如 FCB-EX980SP的最小工作距离为 320mm(广角端 )至 1500mm(远端 )。 10 三 图像参数 1. 亮度 亮度是画面总体的明亮程度，其值越大，画面越明 亮。通常使用从 0%（黑色）至 100%（白色）的百分 比来度量。 2. 锐度 锐度又叫“清晰度”，它是反映图像平面清晰度和 图像边缘锐利程度的一个指标。 3. 对比度 画面最亮的部分和最暗部分的比，其值越大，明暗 对比越强（配合亮度调整，确保画面整体层次丰富、 清晰）。 4. 色度 颜色的鲜艳程度，其值越大，色彩越鲜艳。 11 三 图像参数 5. 灰度 灰度也可认为是亮度 ， 简单的说就是色彩的深浅程度 。 灰度图像而言 ， 每个像素的亮度用一个数值 （ 即灰度值 ） 来表示 ， 通常数值范围在 0到 255之间 ， 即可用一个字节来表示 ， 0表示黑 、 255表示白 ， 而其它表示灰 度级别 。 6. 色调 是对一幅画面的整体颜色评价。一幅画虽然用了多种颜色，但总体有一种 倾向，是偏兰或偏红，是偏暖或偏冷等等。这种颜色上的倾向就是一副画 的色调。如右图为红色调、暖色调。 7. 分辨率 图像分辨率是指数字化图像的大小 ,以水平和垂直的像素点表示。常见的 图像分辨率有 640*480,800*600,1024*768。 12 三 图像参数 对比度设定： 对比度 -弱 对比度 -标准 对比度 -强 锐度设定： 锐度 -柔和 锐度 -标准 锐度 -锐化 色度设定： 色度 -淡 色度 -标准 色度 -柔浓 13 四 电视信号 1. 视频信号分类 Y/C信号 Y/C信号即 S-Video（ Separate Video） ， 就是将色度信号 C 和亮度信号 Y进行 分离 ， 再分别以不同的通道进行传输 ， 极大地提高了图像的清晰度 。 传输介质 是 4芯传输线 。 N制还是 P制 14 四 电视信号 复合视频（ CVBS） CVBS是一种亮度 /色度 (Y/C)混合的视频信号 ， 传输 介质为单根带屏蔽的同轴电缆 ， 终端电阻为 75欧姆 ， 常 用的接头为 BNC接头 ， 莲花 （ RCA接头 ） 。 15 四 电视信号 2. 电视制式 目前世界上彩色电视主要有三种制式 ， 即 NTSC、 PAL和 SECAM制式 。 NTSC制 NTSC制式 , 即正交平衡调幅制式 ， 美国 、 加拿大等大部分西半球国家以及中 国的台湾 、 日本 、 韩国 、 菲律宾等均采用这种制式 。 PAL制 它采用逐行倒相正交平衡调幅的技术方法 ， 西德 、 英国等一些西欧国家 ， 新 加坡 、 中国大陆及香港 ， 澳大利亚 、 新西兰等国家采用这种制式 。 PAL制式中 根据不同的参数细节 ， 又可以进一步划分为 G、 I、 D等制式 ， 其中 PAL D制 是我国大陆采用的制式 。 SECAM制 又称塞康制 ， 顺序传送与存储彩色电视系统 ， 也称行轮换调频制式 ， 主要应 用于俄罗斯 ,前苏联和东欧国家以及部分非洲国家 。 16 四 电视信号 TV制式 NTSC M PAL D SECAM 帧频 （ Hz） 30 25 25 行 / 帧 525 625 625 亮度带宽 （ MHz） 6.0 4.2 6.0 彩色幅载波 （ MHz） 3.58 4.43 4.25 色度带宽 （ MHz） 1.3(I)， 0.6(Q) 1.3(U)， 1.3(V) 1.0(U)， 1.0(V) 17 五 摄像机主要参数 1. 分辨率 分辨率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（应比摄像 机的分辨率高）上能够看到的最多线数，数值越大图像越清晰。用电视线来表示，例 如三洋摄像机 VCC-MD800P的分辨率为 540TV线。 2. 信噪比 信噪比表示了信号与噪声的比值，用 S/N来表示，单位用 dB表示 如果图像的信噪比大，图像的画面就干净，就看不到什么噪波的干扰（主要画面 中有雪花状），人们看起来就很舒服；如图像的信噪比小，则在画面中会满是雪花状， 就会影响正常的收看效果。目前摄像机的信噪比在 50dB左右，例如 Sony 的 FCB- EX980SP信噪比为 50dB. 18 五 摄像机主要参数 3. 最低照度 最低照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 到标准值为 0.7Vp-p的 1/3到 1/2时景物光亮度值。最低照度的测定值要在一定光圈 系数的前提下，考虑电子快门的速度和其他条件进行测定。例如 FCB-EX980SP ，最低照度在四种情况下进行测定： 2.0Lux (F1.6,1/50秒 )， 0.14Lux (F1.6,1/3秒 ) ， 0.7Lux (ICR-ON， F1.6,1/50秒 )， 0.05Lux (ICR-ON， F1.6,1/3秒 )。 4. 同步方式 摄像机的同步方式一般有内同步、电源同步和外同步。 内同步（ INT） 是利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。 电源同步（ LL， Line Locked）， 也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄象 机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。 外同步（ EXT） 利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外 同步输入端来实现同步。 19 六 摄像机的功能 1. 光学变倍 Optical Zoom 通过镜片的移动来实现景物的放大与缩小。例如 FCB-EX980SP 光学变倍 36倍。 20 六 摄像机的功能 2. 数字变倍 数字变倍是摄像机内部的处理器通过算法放大一部分像素的面积， 而使图像放大。数字变倍会损失图像的信息，图像清晰度下降，如果 数字变倍过大，会出现马赛克现象。 Sony摄像机的数字变倍为 12倍。 21 六 摄像机的功能 3. 电子快门 电子快门 （ Electronic Shutter ） 是控制 CCD 图像传感器的感光时间 。 电子快门速度越 低感光时间越长 ， 图像的灵敏度高 ， 但会出现慢动作和拖尾现象；电子快门速度增加 ， 降 低摄像机的灵敏度 ， 但会增加拍摄移动物体的动态分辨率 。 例如 FCB-EX980SP电子快门 速度为 1/3 1/10,000秒 ， 20档 。 4. 曝光模式 （ Exposure） 曝光量影响图像的质量 ， 曝光量与快门速度 （ 决定感光时间 ） 与光圈大小 （ 决定感光面积 ） 有关 。 曝光模式就是摄像机采用光源的方式 ， 分为快门优先 、 光圈优先 、 手动曝光和自 动曝光 。 例如 Sony摄像机的曝光模式分为自动 、 手动 、 优先模式 。 快门优先模式 手动设定快门速度 ， 由摄像机根据设定的快门速度自动选定光圈大小 。 光圈优先模式 手动设定光圈大小 ， 由摄像机根据设定的光圈大小自动选择快门速度 。 手动曝光模式 手动完成快门速度和光圈大小的调节 。 自动曝光 由摄像机根据环境的照度 、 景物的亮度自动选择合适的快门速度和光圈大小 . 22 六 摄像机的功能 5. 曝光补偿 曝光补偿也是一种曝光控制方式，如果环境光源偏暗，即可增加曝光 值以突显画面的清晰度。左面为曝光补偿为 0时拍摄，右面为曝光补 偿 +1时拍摄的，图像的亮度明显增加。 23 六 摄像机的功能 6. 自动增益（ AGC） 通过检测视频信号的平均电平，在较大范围内调节内部电路放大器的增益， 使摄像机在不同景物照度下都能够输出标准的视频信号。这种电路是自动增 益控制电路，这种调节为自动增益控制。 7. 背光补偿（ BLC） 背光补偿也称逆光补偿，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。适用于很亮的背景区域和很暗的前景目标，主要有中心测光 和多点测光两种方式。如三洋摄像机 VCC-MD800P有中心测光和多点测光。 24 六 摄像机的功能 无背光补偿 普通背光补偿 理想的背光补偿 25 六 摄像机的功能 8. 超宽动态（ WDR） 超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。例如，下面的图像，室内 照度为 100Lux，外面风景的照度是 10,000Lux，对比就是 10,000/100=100:1。人眼能 处理 1000:1的对比度，所以人眼很容易看清楚室内和室外的影像。只具有 3:1动态范 围的摄像机不能同时得到室内和室外清楚的影像，而宽动态摄像机比传统摄像机的对 比度超出了几十倍。当打开超宽动态时，摄像机对室内景物和室外景物分别进行完美 曝光，然后叠加这两次曝光的影像，得到清晰的图像。日立摄像机具有超宽动态功能。 过度暴光室外影像被清除 暴光不足室内影像变黑 宽动态摄像 26 六 摄像机的功能 9. 白平衡（ WB） 物体颜色会因投射光线颜色产生改变，在不同光线的场合下拍摄出的照片会 有不同的色温。在 镜头 的下面有白平衡感测器，自动的感知周围环境，从而 调整色彩的平衡，对摄像机输出的信号进行一定修正的过程就叫做白平衡 （ White Balance）的调整。调整的原理是通过调整蓝、绿、红的放大比例， 使影像中蓝、绿、红的比例相同。例如，若景物的白色偏蓝，白平衡调整就 减弱蓝电路的放大，增加绿和红的比例，使所成影像依然为白。白平衡分为 自动白平衡、自动跟踪白平衡、室内模式、室外模式和手动白平衡。 自动白平衡（ Auto） 摄像机根据镜头和白平衡感测器的光线情况，自动探测出物体的色温值，由 白平衡自动控制电路自动将白平衡调到合适的位置，色温范围在 30007500K。 自动跟踪白平衡（ ATW） 自动跟踪白平衡（ Automatic Tracking White balance），是随着景物色彩温 度的改变而连续地调整，范围为 200010000K。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，但是会出现 延迟。 27 六 摄像机的功能 室内模式（ Indoor） 以 3200K的色温为白色基准进行拍摄，通常用于阴雨天和室内时选择 室内模式，白平衡功能则会加强图像的蓝色，以此来校正颜色的偏 差 。 28 六 摄像机的功能 室外模式（ Outdoor） 以 5800k的色温为白色基准进行拍摄 ， 适用于阳光明媚的室外拍摄 ， 白平衡功能会加强图像的黄色 ， 以此来校正颜色的偏差 。 29 六 摄像机的功能 手动白平衡（ Manual） 手动白平衡关闭自动白平衡，通过手动调节红色或蓝色调整装置，以 改变红色或蓝色状况，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少 蓝色各一个等级。 30 六 摄像机的功能 10. 隐私遮蔽 隐私遮蔽就是将需要保密的区域（例如银行的密码）用遮蔽区域遮挡起来， 在高速球运动的过程中，球机做水平 /上下变倍控制时，遮蔽块就能够很好 的随着球机的移动而移动，无论摄像机处于何种倾斜角度，遮蔽块都要很好 的将目标遮住。 31 六 摄像机的功能 11. 电子翻转 对图像进行电子翻转， 使图像符合人眼的平视 位置，正确在监视器上 显示。例如，在球机应 用中，如果一个被跟踪 的对象在球机下方移动， 为获得正确的显示，可 对图像进行翻转。 32 六 摄像机的功能 12.帧积累 就是把多个帧叠加为一帧，等效于加强图像的亮度，但由于单位时间 内帧数少了，必然产生动画和拖尾现象，适用于静态场景，这种功能 也叫做电子慢快门（ Digitial Slow Shutter,DSS）。 33 六 摄像机的功能 13. 日夜转换 日夜转换摄像机是在白天和晚上都能使用的摄像机，也称为彩转黑摄 像机，分为自动和手动彩转黑，一般做法是移去红外滤光片。 34 六 摄像机的功能 14. 动态侦测 根据该摄像机的监视现场图像，在重要部位（比如门、窗、保险柜等） 设置移动侦测报警区域，有些摄像机与控制系统一起跟踪移动目标， 例如三洋摄像机。 15.其他图像效果 摄像机支持镜像、冻结、翻转等效 果。 35 七 镜头焦距的计算 假设被摄物体的高度和宽度分别为 V 、 H ，被摄物体与镜头间的 距离为 D，镜头的焦距为 f。靶面成像的高度和宽度分别为 v、 h，则计 算公式如下： f=h D/H 或 f=v D/V