视频监控系统基本知识课件

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Dong Chunli Confidential,#,STUDENT FULFILLMENT,STUDENT FULFILLMENT,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Dong Chunli Confidential,#,1,第二章 视频监控系统基本知识,第一节 视频监控系统的概念与组成,第二节 图像产生基础知识,第三节 摄像机基础知识,第四节 监视器基础知识,第五节 数字视频压缩基础知识,第三节,摄,摄像,机,机基础,知,知识,摄像机,主,主要传,感,感部件,是,是CCD和CMOS图像传,感,感器。,它们的,作,作用是,对,对监视,区,区域进,行,行摄像,并,并将其,转,转换成,电,电信号,。,。,CCD和CMOS图像传,感,感器的,工,工作原,理,理是：,被摄物,体,体反射,光,光线，,传,传播到,镜,镜头，,经镜头,聚,聚焦到CCD和CMOS图像传,感,感器芯,片,片上，,图像传,感,感器根,据,据光的,强,强弱积,聚,聚相应,的,的电荷,，,，经周,期,期性放,电,电，,产生表,示,示一幅,幅,幅画面,的,的电信,号,号，,经过滤,波,波、放,大,大处理,，,，通过,摄,摄像头,的,的输出,端,端子输,出,出一个,标,标准的,复,复合视,频,频信号,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（一,）,）CCD图像传,感,感器,CCD电荷耦,合,合器件,（,（ChargeCouple Device）,是一种,金,金属氧,化,化物半,导,导体（MOS）集成,电,电路器,件,件。,它以电,荷,荷作为,信,信号，,基,基本功,能,能是进,行,行电荷,的,的存储,和,和电荷,的,的转移,。,。,CCD图像传,感,感器：,由,由CCD电荷耦,合,合器件,制,制成，,是固态,图,图像传,感,感器的,一,一种，,是在MOS集成电,路,路基础,上,上发展,起,起来的,，,，,能进行,图,图像信,息,息光电,转,转换、,存,存储、,延,延时和,按,按顺序,传,传送,。,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（一,）,）CCD图像传,感,感器,1电荷,耦,耦合器,件,件,CCD电荷耦,合,合器件,是,是按一,定,定规律,排,排列的MOS电容器,组,组成的,阵,阵列。,在P型或N型硅衬,底,底上生,长,长一层,很,很薄（,约,约1200A）的二,氧,氧化硅,，,，,再在二,氧,氧化硅,薄,薄层上,依,依次沉,积,积金属,或,或掺杂,多,多晶硅,形,形成电,极,极，称,为,为栅极,。,。,该栅极,和,和P型或N型硅衬,底,底就形,成,成了规,则,则的MOS电容器,阵,阵列。,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（一,）,）CCD图像传,感,感器,1电荷,耦,耦合器,件,件,每一个MOS电容器,实,实际上,就,就是一,个,个光敏,元,元件。,光照射,到,到MOS电容器,的,的P型硅衬,底,底上时,，,，会产,生,生电子,空,空穴对,（,（光生,电,电荷）,，,，,电子被,栅,栅极吸,引,引存储,在,在陷阱,中,中。,入射光,强,强，则,光,光生电,荷,荷多，,入,入射光,弱,弱，则,光,光生电,荷,荷少。,无光照,的,的MOS电容器,则,则无光,生,生电荷,。,。,若停止,光,光照，,由,由于陷,阱,阱的作,用,用，电,荷,荷在一,定,定时间,内,内也不,会,会消失,，,，,可实现,对,对光照,的,的记忆,。,。,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（一,）,）CCD图像传,感,感器,1电荷,耦,耦合器,件,件,MOS电容器,可,可以被,设,设计成,线,线阵或,面,面阵。,一维的,线,线阵接,收,收一条,光,光线的,照,照射。,二,二维的,面,面阵接,收,收一个,平,平面的,光,光线的,照,照射。,CCD摄像机,、,、照相,机,机使用,的,的是二,维,维的面,阵,阵。,CCD电荷耦,合,合器件,的,的集成,度,度很高,，,，,在一块,硅,硅片上,制,制造了,紧,紧密排,列,列的许,多,多MOS电容器,光,光敏元,件,件。,线阵的,光,光敏元,件,件数目,从,从256个到4096个或更,多,多。,在CCD芯片上,同,同时集,成,成有扫,描,描电路,，,，,能在外,加,加时钟,脉,脉冲的,控,控制下,，,，产生,三,三相时,序,序脉冲,信,信号，,由,由左到,右,右，由,上,上到下,将存储,在,在整个,面,面阵的,光,光敏元,件,件下面,的,的电荷,逐,逐位、,逐,逐行地,以,以串行,模,模拟信,号,号输出,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（一,）,）CCD图像传,感,感器,3CCD图像传,感,感器应,用,用,CCD电荷耦,合,合器件,单,单位面,积,积光敏,元,元件位,数,数很多,、,、,一个光,敏,敏元件,形,形成一,个,个像素,，,，,成像分,辨,辨率高,、,、信噪,比,比大、,动,动态范,围,围大，,可,可以在,微,微光下,工,工作。,彩色图,像,像传感,器,器采用,三,三个光,敏,敏二极,管,管组成,一,一个像,素,素的方,法,法。,被测景,物,物图像,的,的每一,个,个光点,由,由彩色,矩,矩阵滤,光,光片分,解,解为红,、,、绿、,蓝,蓝三个,光,光点，,分别照,射,射到每,一,一个像,素,素的三,个,个光敏,二,二极管,上,上，,各自产,生,生的光,生,生电荷,分,分别代,表,表该像,素,素红、,绿,绿、蓝,三,三个光,点,点的亮,度,度。,经输出,和,和传输,后,后，可,在,在显示,器,器上重,新,新组合,，,，显示,出,出每一,个,个像素,的,的原始,彩,彩色。,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（二,）,）CMOS图像传,感,感器,1CMOS光电转,换,换器件,CMOS图像传,感,感器是,按一定,规,规律排,列,列的互,补,补型金,属,属氧化物半导体,场,场效应,管,管组成,的,的阵列,。,。,CMOS型放大,器,器，如,图,图,以E型NMOS场效应,管,管V1作为共,源,源放大,管,管，,以E型PMOS场效应,管,管V2、V3构成的,镜,镜像电,流,流源作,为,为有源,负,负载,CMOS型放大,器,器是,由NMOS场效应,管,管和PMOS场效应,管,管组合,而,而成的,互,互补放,大,大电路,，,，,CMOS就叫互,补,补型金,属,属氧化,物,物半导,体,体。,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（二,）,）CMOS图像传,感,感器,1CMOS光电转,换,换器件,CMOS型光电,变,变换器,件,件原理,。,。,与CMOS型放大,器,器源极,相,相连的P型半导,体,体衬底,充,充当光,电,电变换,器,器的感,光,光部分,。,。,放大器,的,的栅源,电,电压uGS=0时，CMOS型放大,器,器处于,关,关闭状,态,态，即iD=0。,P型衬底,受,受光信,号,号照射,产,产生并,积,积蓄光,生,生电荷,，,，,CMOS型光电,变,变换器,件,件同样,有,有存储,电,电荷的,功,功能。,当积蓄,过,过程结,束,束，栅,源,源之间,加,加上开,启,启电压,时,时，,源极通,过,过漏极,负,负载电,阻,阻对外,接,接电容,充,充电形,成,成电流,即,即为光,信,信号转,换,换为电,信,信号,一、摄,像,像机图,像,像传感,器,器,（,（二,）,）CMOS图像传,感,感器,2CMOS图像产,生,生原理,利用CMOS型光电,变,变换器,件,件可以,做,做成CMOS图像传,感,感器。,CMOS线型图,像,像传感,器,器由,光敏二,极,极管和CMOS型放大,器,器阵列,以,以及扫,描,描电路,集,集成在,一,一块芯,片,片上制,成,成。,一个光,敏,敏二极,管,管和一,个,个CMOS型放大,器,器组成,一,一个像,素,素。,光敏二,极,极管阵,列,列在受,到,到光照,时,时，便,产,产生相,应,应于入,射,射光量,的,的电荷,。,。,扫描电,路,路以时,时,时间间,隔,隔轮流,给,给CMOS型放大,器,器阵列,的,的各个,栅,栅极加,上,上电压,，,，,CMOS放大器,轮,轮流进,入,入放大,状,状态将,光,光敏二,极,极管阵,列,列的光,生,生电荷,放,放大输,出,出。,CMOS面型图,像,像传感,器,器则是,由,由光敏,二,二极管,和,和CMOS放大器,组成二,维,维像素,矩,矩阵，,分,分设水,平,平垂直,选,选址扫,描,描电路,水平与,垂,垂直选,址,址扫描,电,电路发,出,出的扫,描,描脉冲,电,电压，,由,由左到,右,右，由,上,上到下,，,，,分别使,各,各个像,素,素的CMOS型放大,器,器处于,放,放大状,态,态。,二维像,素,素矩阵,面,面上各,个,个像素,的,的光敏,二,二极管,光,光生和,积,积蓄的,电,电荷依,次,次放大,输,输出,二、摄,像,像机的,工,工作原,理,理,1黑白CCD摄像机,CDS是相关,双,双取样,电,电路（Correlated DoubleSampling），,CCD每个像,素,素的输,出,出波形,只,只在部,分,分时间,是,是图像,信,信号，,其,其余时,间,间内是,复,复位电,平,平和干,扰,扰。,采用取,样,样保持,电,电路取,出,出图像,信,信号，,直,直到取,样,样下一,个,个像素,信,信号。,驱动脉,冲,冲产生,电,电路产,生,生CCD传感器,所,所需的,垂直CCD移位寄,存,存器多,相,相时钟,驱,驱动信,号,号，,水平CCD读出寄,存,存器多,相,相时钟,驱,驱动信,号,号等各,种,种脉冲,信,信号和,视,视频通,道,道所需,的,的箝位,和,和取样,脉,脉冲。,同步信,号,号产生,电,电路产,生,生行推,动,动、场,推,推动、,复,复合消,隐,隐、复,合,合同步,等,等各种,电,电视信,号,号脉冲,。,。,信号放,大,大处理,电,电路包,括,括AGC放大、校正、,白,白电平,限,限幅、,黑,黑电平,箝,箝位等,电,电路。,叠加电,路,路将经,过,过处理,的,的视频,信,信号与,复,复合同,步,步、复,合,合消隐,信,信号叠,加,加成全,电,电视信,号,号。,输出驱,动,动电路,则,则将全,电,电视信,号,号进行,驱,驱动，,适,适配75电缆。,黑白摄,像,像机还,会,会有自,动,动光圈,接,接口、,电,电源同,步,步接口,、,、外同,步,步接口,、,、亮度,控,控制等,附,附加电,路,路。,二、摄,像,像机的,工,工作原,理,理,3单片,彩,彩色CCD摄像机,应用电,视,视中所,用,用的彩,色,色摄像,机,机都是,单,单片式,彩,彩色CCD摄像机,。,。,一片CCD传感器,对,对三种,基,基色光,感,感光，,单,单片式,彩,彩色CCD摄像机,分,分辨率,低,低，但,成,成本也,低,低。,用一个CCD传感器,产,产生R、G、B三种颜,色,色的信,号,号，必,须,须用滤,色,色器将,光,光进行,分,分色。,单片CCD传感器,输,输出的,信,信号为,红,红、绿,、,、蓝混,合,合信号,，,，,通过彩,色,色信号,分,分离电,路,路才能,分,分解出,红,红、绿,、,、蓝基,色,色信号,。,。,CCD传感器,的,的输出,信,信号是,由,由时钟,驱,驱动脉,冲,冲控制,的,的，与,时,时钟脉,冲,冲有严,格,格的对,应,应关系,，,，,取样保,持,持电路,中,中用时,钟,钟驱动,脉,脉冲形,成,成的相,位,位与时,钟,钟脉冲,一,一致的,脉,脉冲取,样,样，分,离,离出相,应,应的基,色,色信号,13,