什么是CCD攝像機(jī)?
CCD是Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導(dǎo)體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。
工作原理
(1) CCD攝像器件:其作用是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,輸出視頻信號 (2) 時序脈沖發(fā)生器及驅(qū)動電路:其作用是產(chǎn)生CCD攝像器件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、電荷存儲、電荷轉(zhuǎn)移和信號輸出所需的各種脈沖信號,并踐行放大輸出 (3) 視頻的采樣與保持電路:其作用是消除CCD輸出的視頻信號(此信號在實踐上市離散的,在幅度上是連續(xù)的)中,因信號電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的各種不應(yīng)有的信號。經(jīng)該電路處理,使視頻信號變成數(shù)字的視頻信號。 (4) 視頻處理電路:該電路與攝像管式攝像機(jī)電路具有完全相同的特點,所涉及電路有鉗位放大(clamper amplifier,CLAMPER AMP)、Y校正(Y CORRECT)、白電平切割(white clip, WHT CLIP)、消隱混合(blanking max, BLK MAX)、黑白平控制(PEDCONT
)、同步混合(SYNC)、輸出激勵(output driver)等電路。視頻信號經(jīng)視頻處理電路處理后,形成標(biāo)準(zhǔn)的全電視信號。 (5) 同步信號發(fā)生器:這部分電路與攝像管式攝像機(jī)中的同步信號發(fā)生器的原理基本相同,主要產(chǎn)生視頻處理電路所需的脈沖信號,它們是復(fù)合消隱脈沖(BLK)、復(fù)合同步脈沖(SYNC)、水平驅(qū)動信號HD、隔行脈沖(O/E)。但因CCD攝像機(jī)沒有掃描電路,故不需要供掃描電路用的驅(qū)動脈沖。 (6) 電源變換電路:為簡化CCD攝像機(jī)的供電,一般從外部只輸入一種電源(12V),而機(jī)內(nèi)其他各種電壓值的電源都由電源變換獲得。
CCD是Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導(dǎo)體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。
CCD攝像機(jī)的工作方式
被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上,CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)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(jīng)濾波、放大處理后,形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
分辨率的選擇
評估攝像機(jī)分辨率的指標(biāo)是水平分辨率,其單位為線對,即成像后可以分辨的黑白線對的數(shù)目。常用的黑白攝像機(jī)的分辨率一般為380-600,彩色為330- 480,其數(shù)值越大成像越清晰。一般的監(jiān)視場合,用400線左右的黑白攝像機(jī)就可以滿足要求。而對于醫(yī)療、圖像處理等特殊場合,用600線的攝像機(jī)能得到更清晰的圖像。
成像靈敏度
通常用最低環(huán)境照度要求來表明攝像機(jī)靈敏度,黑白攝像機(jī)的靈敏度大約是0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色攝像機(jī)多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機(jī)用于普通的監(jiān)視場合;在夜間使用或環(huán)境光線較弱時,推薦使用0.02Lux的攝像機(jī)。與近紅外燈配合使用時,也必須使用低照度的攝像機(jī)。另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關(guān),0.97Lux/F0.75相當(dāng)于2.5Lux/F1.2相當(dāng)于3.4Lux/F1.
參考環(huán)境照度 :
夏日陽光下 100000Lux 陰天室外 10000Lux
電視臺演播室 1000Lux 距60W臺燈60cm桌面 300Lux
室內(nèi)日光燈 100Lux 黃昏室內(nèi) 10Lux
20cm處燭光 10-15Lux 夜間路燈 0.1Lux
電子快門
電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間,攝像機(jī)的電子快門一般設(shè)置為自動電子快門方式,可根據(jù)環(huán)境的亮暗自動調(diào)節(jié)快門時間,得到清晰的圖像。有些攝像機(jī)允許用戶自行手動調(diào)節(jié)快門時間,以適應(yīng)某些特殊應(yīng)用場合。
外同步與外觸發(fā)
外同步是指不同的視頻設(shè)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(shè)備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現(xiàn)外同步,需要給攝像機(jī)輸入一個復(fù)合同步信號(C-sync)或復(fù)合視頻信號。外同步并不能保證用戶從指定時刻得到完整的連續(xù)的一幀圖像,要實現(xiàn)這種功能,必須使用一些特殊的具有外觸發(fā)功能的攝像機(jī)。
光譜響應(yīng)特性
CCD器件由硅材料制成,對近紅外比較敏感,光譜響應(yīng)可延伸至1.0um左右。其響應(yīng)峰值為綠光(550nm),分布曲線如右圖所示。夜間隱蔽監(jiān)視時,可以用近紅外燈照明,人眼看不清環(huán)境情況,在監(jiān)視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感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(jī)的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條,所以彩色攝像機(jī)對紅外、紫外均不敏感。
CCD芯片的尺寸
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(jī)的體積可以做得更小些。在相同的光學(xué)鏡頭下,成像尺寸越大,視場角越大。 芯片規(guī)格 成像面大小(寬X高) 對角線 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm
CCD攝像機(jī)的分類
安全防范系統(tǒng)中,圖像的生成當(dāng)前主要是來自CCD攝像機(jī),CCD是電荷耦合器件(charge coupled deice)的簡稱,它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹㈦姾纱鎯稗D(zhuǎn)移,也可將存儲之電荷取出使電壓發(fā)生變化,因此是理想的攝像機(jī)元件,以其構(gòu)成的CCD攝像機(jī)具有體積小、重量輕、部受磁場影響、具有抗震東和撞擊之特性而被廣泛應(yīng)用。
CCD攝像機(jī)大致可分為下列幾大類:
依成像色彩劃分
( 1 )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。因有顏色而使信息量增大,信息量一般認(rèn)為是黑白攝像機(jī)的10倍。
( 2 )黑白攝像機(jī):是用于光線不足地區(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時,可選用分辨率通常高于彩色攝像機(jī)的黑白攝像機(jī)。
依攝像機(jī)分辨率劃分
( 1 )影像像素在25萬像素(pixel)左右、彩色分辨率為330線、黑白分辨率400線左右的低檔型。
( 2 )影像像素在25萬~38萬之間、彩色分辨率為420線、黑白分辨率在500線上下的中檔型
( 3 )影像在38萬點以上、彩色分辨率大于或等于480線、黑白分辨率,600線以上的高分辨率。
依攝像機(jī)靈敏度劃分
( 1 )普通型:正常工作所需照度為1~31x
( 2 )月光型:正常工作所需照度為0.1x左右
( 3 )星光型:正常工作所需照度為0.01x以下
( 4 )紅外照明型:原則上可以為零照度,采用紅外光源成像。
按攝像元件的CCD靶面的大小劃分
( 1 )lin靶面尺寸為寬12.7mmX高9.6mm,對角線16mm
( 2 )2/3in靶面尺寸為寬8.8mmX高6.6mm,對角線11mm
( 3 )1/2in靶面尺寸為寬6.4mmX高4.8mm,對角線8mm
( 4 )1/3in靶面尺寸為寬4.8mmX高3.6mm,對角線6mm
( 5 )1/4in靶面尺寸為寬3.2mmX高2.4mm,對角線4mm
( 6 )1/5in正在開發(fā)之中,尚未推出正式產(chǎn)品
此外CCD攝像機(jī)有PAL制和NTSC制之分,還可以按圖像信號處理方式劃分或按攝像機(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)分。
如何正確選用攝像機(jī)
攝像部分一般安裝在現(xiàn)場, 它包括攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、支架和電動云臺。它的作用是對監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行攝像并將其轉(zhuǎn)換成電信號。
像機(jī)分為彩色和黑白兩種, 一般黑白攝像機(jī)要比彩色的靈敏度高, 比較適合用于光線不足的地方,如果使用的目的只是監(jiān)視景物的位置和移動,可采用黑白攝像機(jī);如果要分辨被攝像物體的細(xì)節(jié),比如分辨衣服和景物的顏色,則采用彩色的比較好。
攝像機(jī)的規(guī)格可分為1/3〃、1/2〃和2/3〃等,安裝方式有固定和帶云臺二種。