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CCD攝像機是Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導體成像器件,為簡化CCD攝像機的供電,一般從外部只輸入一種電源(12V),而機內其他各種電壓值的電源都由電源變換獲得。

CCD攝像機CCD攝像機

CCD是Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。

1 CCD攝像機 -工作方式

被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD晶元上,CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷,各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下,逐點外移,經濾波、放大處理后,形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。

2 CCD攝像機 -解析度的選擇

CCD攝像機CCD攝像機

評估攝像機解析度的指標是水平解析度,其單位為線對,即成像后可以分辨的黑白線對的數目。常用的黑白攝像機的解析度一般為380-600,彩色為380-480,其數值越大成像越清晰。一般的監視場合,用400線左右的黑白攝像機就可以滿足要求。而對於醫療、圖像處理等特殊場合,用600線的攝像機能得到更清晰的圖像。

3 CCD攝像機 -成像靈敏度

通常用最低環境照度要求來表明攝像機靈敏度,黑白攝像機的靈敏度大約是0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色攝像機多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機用於普通的監視場合;在夜間使用或環境光線較弱時,推薦使用0.02Lux的攝像機。與近紅外燈配合使用時,也必須使用低照度的攝像機。另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關,0.97Lux/F0.75相當於2.5Lux/F1.2相當於3.4Lux/F1.參考環境照度:  夏日陽光下 100000Lux 陰天室外 10000Lux   電視台演播室 1000Lux 距60W檯燈60cm桌面 300Lux   室內日光燈 100Lux 黃昏室內 10Lux  20cm處燭光 10-15Lux 夜間路燈 0.1Lux

4 CCD攝像機 -電子快門

電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間,攝像機的電子快門一般設置為自動電子快門方式,可根據環境的亮暗自動調節快門時間,得到清晰的圖像。有些攝像機允許用戶自行手動調節快門時間,以適應某些特殊應用場合。

5 CCD攝像機 -外同步與外觸發

外同步是指不同的視頻設備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步,它可保證不同的設備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現外同步,需要給攝像機輸入一個複合同步信號(C-sync)或複合視頻信號。外同步並不能保證用戶從指定時刻得到完整的連續的一幀圖像,要實現這種功能,必須使用一些特殊的具有外觸發功能的攝像機。

6 CCD攝像機 -光譜響應特性

CCD器件由硅材料製成,對近紅外比較敏感,光譜響應可延伸至1.0um左右。其響應峰值為綠光(550nm),分佈曲線如右圖所示。夜間隱蔽監視時,可以用近紅外燈照明,人眼看不清環境情況,在監視器上卻可以清晰成像。由於CCD感測器表面有一層吸收紫外的透明電極,所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條,所以彩色攝像機對紅外、紫外均不敏感。

7 CCD攝像機 -CCD晶元的尺寸

CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等,成像尺寸越小的攝像機的體積可以做得更小些。在相同的光學鏡頭下,成像尺寸越大,視場角越大。 晶元規格 成像面大小(寬X高) 對角線 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm 攝像機鏡

CCD攝像機CCD攝像機

頭選購指南 在電視監控系統中如何根據現場被監視環境,正確選用攝像機鏡頭是非常重要的,因為它直接影響到系統組成后在系統末端監視器上所看到的被監視面畫的效果能否滿足系統的設計要求(就畫面範圍或圖像細節而言),所以正確的選用攝像機鏡頭可以使系統得到最優化設計並可獲得良好的監視效果。   攝像機鏡頭就光圈而言可分為手動光圈鏡頭及自動光圈鏡頭兩種,就焦距而言又可分為定焦鏡頭及變焦鏡頭兩種。 下面就以使用環境的不同談如何正確選用攝像機鏡頭。

1、 手動、自動光圈鏡頭的選用 

手動、自動光圈鏡頭的選用取決於使用環境的照度是否恆定。 對於在環境照度恆定的情況下,如電梯轎箱內、封閉走廊里、無陽光直射的房間內,均可選用手動光圈鏡頭,這樣可在系統初裝調試中根據環境的實際照度,一次性整定鏡頭光圈大小,獲得滿意亮度畫面即可。 

對於環境照度處於經常變化的情況,如隨日照時間而照度變化較大的門廳、窗口及大堂內等,均需選用自動光圈鏡頭(必須配以帶有自動光圈鏡頭插座的攝像機),這樣便可以實現畫面亮度的自動調節,獲得良好的較為恆定亮度的監視畫面。對於自動光圈鏡頭的控制信號又可分為DC及VIDEO控制兩種,即直流電壓控制及視頻信號控制。這在自動光圈鏡頭的類型選用上,攝像機自動光圈鏡頭插座的連接方式上,以及選擇自動光圈鏡頭的驅動方式開關上,三者注意協調配合好即可。

2、定焦、變焦鏡頭的選用  

定焦、變焦鏡頭的選用取決於被監視場景範圍的大小,以及所要求被監視場景畫面的清晰程度。  

鏡頭規格(鏡頭規格一般分為1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情況下,鏡頭焦距與鏡頭視場角的關係為:鏡頭焦距越長,其鏡頭的視場角就越小(見圖1所示);在鏡頭焦距一定的情況下,鏡頭規格與鏡頭視場角的關係為:鏡頭規格越大,其鏡頭的視場角也越大。所以由以上關係可知:在鏡頭物距一定的情況下,隨著鏡頭焦距的變大,在系統末端監視器上所看到的被監視場景的畫面範圍就越小,但畫面細節越來越清晰;而隨著鏡頭規格的增大,在系統末端監視器上所看到的被監視場景的畫面範圍就增大,但其畫面細節越來越模糊。在鏡頭規格及鏡頭焦距一定的前提下,CS型介面鏡頭的視場角將大於C型介面鏡頭的視場角。  

鏡頭視場角可分為圖像水平視場角以及圖像垂直視場角,且圖像水平視場角大於圖像垂直視場角,通常我們所講的視場角一般是指鏡頭的圖像水平視場角。在狹小的被監視環境中如電梯轎箱內,狹小房間均應採用短焦距廣角或超廣角定焦鏡頭,如選用鏡頭規格為1/2″,CS型介面,鏡頭焦距為3.6mm或2.6mm鏡頭,這些鏡頭視場角均不小於99°或127°,這對於攝像機在狹小空間里一般標高為2.5m左右時,其鏡頭的視場角範圍足以覆蓋整個近距離狹小被監視空間。也可根據現場實際情況選用手動變焦鏡頭如日產computar T2Z2814CS-2鏡頭,這種鏡頭為1/3″CS型介面手動光圈鏡頭,其焦距2倍可調(手動調焦)。調焦範圍為2.8~6.0mm,視場角變化範圍為96°~47.2°,這種鏡頭非常適合在狹小的被監視環境中使用,在使用時可方便地根據實際需要,靈活實現對被監視場景的「點」或「面」的監視效果。  

對於一般變焦(倍)鏡頭而言,由於其最小焦距通常為6.0mm左右,故其變焦(倍)鏡頭的最大視場角為45°左右,如將此種鏡頭用於這種狹小的被監視環境中,其監視死角必然增大,雖然可通過對前端雲台進行操作控制,以減少這種監視死角,但這樣必將會增加系統的工程造價(系統需增加前端解碼器、雲台、防護罩等),以及系統操控的複雜性,所以在這種環境中,不宜採用變焦(倍)鏡頭。  

在開闊的被監視環境中,首先應根據被監視環境的開闊程度,用戶要求在系統末端監視器上所看到的被監視場景畫面的清晰程度,以及被監視場景的中心點到攝像機鏡頭之間的直線距離為參考依據,在直線距離一定且滿足覆蓋整個被監視場景畫面的前提下,應盡量考慮選用長焦距鏡頭,這樣可以在系統末端監視器上獲得一幅具有較清晰細節的被監視場景畫面。在這種環境中也可考慮選用變焦(倍)鏡頭(電動三可變鏡頭),這可根據系統的設計要求以及系統的性能價格比決定,在選用時也應考慮兩點:(1)在調節至最短焦距時(看全景)應能滿足覆蓋主要被監視場景畫面的要求;(2)在調節至最長焦距時(看細節)應能滿足觀察被監視場景畫面細節的要求。通常情況下,在室內的倉庫、車間、廠房等環境中一般選用6倍或者10倍鏡頭即可滿足要求,而在室外的庫區、碼頭、廣場、車站等環境中,可根據實際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可(一般情況下,鏡頭倍數越大,價格越高,可在綜合考慮系統造價允許的前提下,適當選用高倍數變焦鏡頭)。

3、正確選用鏡頭焦距的理論計算  

攝取景物的鏡頭視場角是極為重要的參數,鏡頭視場角隨鏡頭焦距及攝像機規格大小而變化(其變化關係如前所述),覆蓋景物鏡頭的焦距可用下述公式計算:(1)f=u·D/U (2)f=h·D/Hf:鏡頭焦距、U:景物實際高度、H:景物實際寬度、D:鏡頭至景物實測距離、u:圖像高度、h:圖像寬度 舉例說明:  當選用1/2″鏡頭時,圖像尺寸為u=4.8mm,h=6.4mm。鏡頭至景物距離D=3500mm,景物的實際高度為U=2500mm(景物的實際寬度可由下式算出H=1.333·U,這種關係由攝像機取景器CCD片決定)。  將以上參數代入公式(1)中,可得f=4.8·3500/2500=6.72mm,故選用6mm定焦鏡頭即可。

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