监控摄像机基础知识-课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,监控摄像机基础知识,2010-10-20,Outlines,监控摄像机的分类,模拟摄像机的基本构成,摄像机各组成部分的作用,摄像机常用术语,摄像机的常用指标,FAQ,按传感器类型分,监控摄像机的分类,CCD,摄像机,CMOS,摄像机,普通型摄像机,日夜型摄像机,按功能分,按清晰度分,标清摄像机,高清摄像机,红外摄像机,按传输方式分,模拟摄像机,网络摄像机,按外形结构分,枪机,半球,红外一体化,普通半球,防暴半球,嵌入式半球,红外半球,其他,迷你摄像机,车载摄像机,1,、镜头：,镜头就是摄像机的眼睛。画面的清晰程度和影像层次是否丰富等表现能力，受光学镜头的内在质量所制约。,摄像机各组成部分的作用,CS,型安装座摄像机上使用,C,型镜头的话，需要加一个,高度为,5mm,的转换接圈。,D,型,按照接口方式不同，又分为螺纹型（,M12,）,和直插型（,14,）两种,监控摄像机镜头的工业标准,C-Mount,，,CS-Mount,和,D-Mount,C,型和,CS,型镜头的口径及螺纹都是一样的，区别在于：,C,型,从镜头安装基准面到焦点的距离是,17.526mm,；,CS,型,从镜头安装基准面到焦点的距离是,12.5mm,；,14,镜头（直插镜头，无螺纹镜头）,M12,镜头（有螺纹镜头）,镜头的种类,按照光圈调节方式分类：,手动光圈镜头,自动光圈镜头：直流驱动自动光圈镜头（,DC Auto Iris lens,）,视频驱动自动光圈镜头（,Video Auto Iris lens,）,按照视角大小不同分类：,广角镜头：视角,90,度以上，观察范围较大，近处图像有变形。,标准镜头：视角,30,度左右，使用范围较广。,长焦镜头：视角,20,度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。,变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦,距越长则成像越大。,针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板,或墙壁等地方。,镜头焦距,监控距离,CCD,视角,(1/3”),2.8mm,4.3m,86.3,3.5mm,5.4m,67.4,4mm,6m,62,4.8mm,7.3m,52.2,6mm,9m,42.3,8mm,12m,32.6,12mm,18m,22.1,16mm,25m,17.1,25mm,38m,10.6,60mm,120m,3.5,73.8mm,150m,2.9,光圈系数（,F,值）,:,为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。镜头焦距和镜头有效孔径的比值称为光圈系数，也称为,F,值，光圈系数决定被摄像的照度,(,亮度,),，,F,值越小，光圈越大，到达,SENSOR,的通光量就越大。,计算方式：,F=f/D,；其中,D,为镜头的有效孔径；,镜头的最大光圈系数往往标示在镜头上，如,1:1.2,或,F1.2,。,视场角（,FOV,）,:,镜头所能覆盖的范围，,(,物体超过这个角就不会被收在镜头里,),一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物，通常以角度来表示，这个角度就叫镜头的视角,FOV,。被摄对象透过镜头在焦点平面上结成可见影像所包括的面积，是镜头的视场。,为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素（选配镜头原则）：,1,、被摄物体的大小；,2,、被摄物体的细节尺寸；,3,、物距；,4,、焦距；,5,、,CCD,摄像机靶面的尺寸；,6,、镜头及摄像系统的分辨率,说明：镜头的成像尺寸要与传感器靶面相匹配；当镜头的成像尺寸比传感器靶面尺寸小时，图像的,4,个角会出现黑角。例如,1/3“,的镜头用在,1/2”CCD,的摄像机上，会有黑角；反之，则没有问题，但视场角会减小。,2,、滤光片：阻隔不需要的光波频段。,人眼可见的光波波长范围约为,380nm-780nm,Sensor,的光谱响应曲线,组成,根据应用场合的不同，滤光片主要有以下四种组合方式：,光学玻璃上镀膜,用于光敏电阻,单片式蓝玻璃,蓝玻璃,+,水晶片,镀膜,+,水晶片,3,、图像传感器,图像传感器的作用是将光信号转换成电信号。,分类,：,CCDCharge Coupled Device,，电荷耦合器件，区分,NTSC,制和,PAL,制,优点：成像质量好，信噪比高,缺点：功耗较大，成本较高，制作工艺复杂,CMOSComplementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor,，互补金属氧化物半导体,优点：功耗较小，相同分辨率下成本比,CCD,低，工艺简单,缺点：噪点较大，成像质量相对较差,目前市面上较常用的传感器品牌：,Sony,，,Sharp,，,LG,，,Aptina,，,Omnivision,（,OV,）,常用,CCD/CMOS,标称芯片尺寸,感光靶面尺寸,1”,2/3”,1/2”,1/3”,1/4”,对角线,16mm,11mm,8mm,6mm,4.5mm,垂直,9.6mm,6.6mm,4.8mm,3.6mm,2.7mm,水平,12.7mm,8.8mm,6.4mm,4.8mm,3.6mm,有效像素（,Effective Pixels,）,有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。最高像素的数值是图像传感器的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分。以,SONY 1/3 Super HAD CCD PAL,值为例，其总像素为：,795,（,H,）,596,（,V,），有效像素为：,752,（,H,）,582,（,V,）；,CCD,的有效像素决定了图像的清晰度水平。,主流,Sony CCD,系列,CCD,名称,CCD,型号,CCD,尺寸,CCD,感度,Super HAD II,ICX639AK,1/3,2250,Super HAD,ICX409AK,1/3,950,Ex-view,ICX259AK,1/3,1100,4,、后端处理部分（,TG,，,AGC,，,DSP,）,TGTiming Generator,，控制,CCD,的处理速度,AGCAutomatic Gain Control,，对,CCD,出来的信号进行“修,整”,DSPDigital Signal Processor,，对,CCD,出来的图像进行各,种图像处理，如白平衡（,AWB,），自动曝光控制,（,AE,），亮度控制，,Gamma,调整等等。,目前市面上较常用的,DSP,品牌：,Sony,，,Sharp,，松下，三星，,NextChip,常见光源色温,光源,色温范围,钨丝灯，白炽灯,2500-3200K,碳棒灯,4000-5500K,荧光灯，节能灯,4500-6500K,氙灯,5600K,碳精灯,5500-6500K,日光平均,5400K,有云天气下的日光,6500-7000K,阴天日光,12000-18000K,摄像机的白平衡模式有多种，以下是较常用的模式：,ATW,模式，也称自动追踪模式，此模式可使摄像机自动检测环境色温的变化，自行进行调整。适用于光源会变化的场合；（有的摄像机会标为,AWB,模式）,Push,模式，此模式需要摄像机对准白色物体，并发送命令让摄像机记录下当前色温值。此后摄像机在,Push,模式下只使用此色温值进行色彩还原，直到记录的色温值被改变；此模式适用于光源恒定的环境；,手动白平衡模式，用户手动设置色温值或者手动调节画面的三基色的增益（如红、蓝，只要其中两种确定了，第三基色的增益也就确定了）,例子：白平衡不正确引起的偏色,视频信号经过,Gamma,校正以后在显示器端被还原为线性信号,经过,Gamma,校正的视频信号,CRT,监视器,信号还原,三、分辨率,/,清晰度,分辨率,/,清晰度是指显示器中显示并详细描绘摄像机所捕捉图像的能力，在安防市场中，经常用水平扫描线数（,HTVL,）来代指分辨率，而垂直扫描线数（,VTVL,）则很少有人关心。,目前常见的模拟监控摄像机分辨率：,420TVL,（低线）、,480TVL,、,540TVL,（高线）,Sony,正在推广的新一代方案,Effio,，分辨率可达,600TVL,清晰度的测量方法：使用特定的照明条件及测试卡，用目测法观察监视上图像中心上能分辨的最大线数。,五、信噪比（,S/N ratio,）,信噪比是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号,S/N,来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，信噪比的单位用,dB,来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在,AGC,（自动增益控制）关闭时的值，因为当,AGC,接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。信噪比的典型值为,4555db,，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。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。,六、,AGC,（,Automatic Gain Control,）,所有摄像机都有一个用于将来自,CCD,的信号进行放大的视频放大器，其放大量即增益；视频放大器可使摄像机在低光照环境下灵敏，然而在光照充足的环境中，放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需要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,，从而使摄像机能在较大的光照范围内工作。具有,AGC,功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。,说明：,提高,AGC,的值并不能提升信噪比；在低光照环境下提高,AGC,值可使画面亮度提高，但是噪点也会相应增多。,七、电子快门（,Electronic shutter,，,ES,）,根据人眼的视觉暂留特性，为了确保看到的图像是连续的，,PAL,制电视信号的标准是,25,帧,/,秒隔行扫描，就是说，每一秒种经过我们眼前的图像实际是由,25,个画面构成的连续画面，因为是隔行扫描，每,2,个场才能构成一个帧，所以每,1,秒钟，,PAL,制的图像是,50,场，,1,场的时间就是快门的间隔，每一秒钟，快门必须要工作,50,次，才能确保输出的图像是,50,场,/,秒的,PAL,制图像，所以,PAL,制的最低快门速度是,1/50,秒。,实际应用中，因为环境中光线可能会很强，这个时候可能会需要控制进光量，就需要控制快门速度，速度越快时，光线能够进入的时间就越少，进光量就越少，相对来说，图像就会显得比较暗，反之快门速度越慢，图像就会越亮。,说明：,一般厂家将快门设置成多档可调，,PAL,制下：,1/50,到,1/100000,；,NTSC,制下：,1/60,到,1/100000;,七、慢快门,/,帧累积（,Slow Shutter,）,当使用,1/50,秒图像（,PAL,制下）仍然不够亮，这就需要运用其他技术了。获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加,CCD,在单帧图像的曝光量，从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式也可以获得较低的照度指针，但是需要降低图像的连贯程度，一旦拍摄的物体发生变化或者移动的时候，前后两个时间在一起累加的可能并不是同一个像素点，这样在整体图像上移动物体就会出现“拖影”现象，如果物体移动过快而帧累积时间过长的话，移动物体甚至会变成虚影。所以，帧累积技术一般应用于在弱光环境中监控静止的场景。,说明：,一些厂家也将慢快门,/,帧累积叫成,Sense Up,；一般帧累积分为若干档，标示为,X2,，,X4,，,X8,，,X16,表示的是曝光时间延长,2,倍、,4,倍、,8,倍等，数值越高，曝光时间越长，“拖影”现象越严重。,八、,BLC,（,Backlight Compensation,，背光补偿）,背光补偿也称作逆光补偿或逆光补正，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。当引入背光补偿功能时，摄像机仅对整个视场的一个子区域进行检测，通过求此区域的平