索尼网络监控摄像机技术指导手册 V1.0

索尼网络监控摄像机技术指导手册 Version 1.0
索尼网络监控摄像机 技术指导手册
Version 1.0
索尼（中国）专业系统集团二〇〇九年四月十日
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索尼网络监控摄像机技术指导手册 Version 1.0
目录
第1章网络视频监控系统简介 (5)
1.1 监控系统发展的历史 (5)
1.2 网络监控摄像机 (7)
1.3 网络视频监控系统的优势 (8)
1.4 本章小节 (9)
第2章视频编码技术和原理 (10)
2.1 视频压缩的基本概念 (10)
2.2 三种常见的视频压缩方式 (11)
2.2.1 JPEG和Motion JPEG (11)
2.2.2 MPEG4 (13)
2.2.3 H.264 (15)
2.2.4 三种编码方式的传输比特率与图像质量之间的关系 (15)
2.3 Multi-codec视频压缩引擎技术 (16)
2.4 本章小结 (17)
第3章索尼网络监控摄像机典型功能分析 (18)
3.1 CCD (18)
3.1.1 SuperHAD CCD (19)
3.1.2 ExwaveHAD CCD (19)
3.1.3 SuperExwave CCD (20)
3.1.4 SuperHAD CCD II (21)
3.1.5 ExwavePRO CCD (22)
3.1.6 百万像素（MEGA）网络监控摄像机 (23)
3.1.7 聚光筒功能（Light Funnel） (23)
3.2 宽动态（DynaView TM）技术 (24)
3.3 动态帧合成（Dynamic Frame Integration）技术 (25)
3.3.1 帧模式 (26)
3.3.2 场模式 (26)
3.3.3 动态帧合成（DFI）技术 (27)
3.4 图像稳定技术（数字防抖） (27)
3.5 动态区域遮盖技术 (29)
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3.6 移动目标侦测技术 (30)
3.6.1 传统的移动目标检测技术 (31)
3.6.2 智能移动检测技术 (32)
3.6.3 智能目标检测技术 (32)
3.6.4 DEPA智能视频分析技术 (33)
3.7 PoE供电技术 (34)
3.7.1 PoE标准供电系统的主要供电特性参数 (35)
3.7.2 PoE以太网交换机为网络监控摄像机供电的工作过程 (36)
3.8 FTP服务 (36)
3.9 动态域名解析（DDNS）服务 (37)
3.10 反篡改技术 (39)
3.10.1 基本术语 (39)
3.10.2 反篡改技术的实现基础 (40)
3.10.3 反篡改基准数据的生成过程 (43)
3.10.4 视频图像反篡改验证过程 (45)
3.11 其他相关技术 (47)
3.11.1 电子邮件通知功能 (47)
3.11.2 字符叠加功能 (48)
3.11.3 无线网络功能 (48)
3.12 本章小结 (49)
第4章索尼网络监控产品软件集成开发包 (50)
4.1 索尼网络监控摄像机SDK (50)
4.1.1 DLL和LIB (51)
4.1.2 SNC Stream Library (52)
4.1.3 SNC Audio Upload Library (53)
4.1.4 SNC Version Up Library (54)
4.1.5 SNC CGI Wrapper Library (55)
4.1.6 SNC Joystick Library (56)
4.1.7 SNC Core Library (57)
4.1.8 SNC Automatic Discovery Library (58)
4.2 索尼网络监控摄像机CGI命令介绍 (59)
4.2.1 Motion video request commands (60)
4.2.2 Audio data request commands (60)
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4.2.3 Audio output request command (60)
4.2.4 Still image request commands (60)
4.2.5 Setting commands of camera (60)
4.2.6 Inquiry commands of camera parameters (61)
4.2.7 Visca comnad via CGI (61)
4.2.8 Control commands for Pan/Tilt/Zoom/Focus (61)
4.2.9 Configuration command for motion detection or unattended detection (61)
4.3 本章小节 (61)
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第1章网络视频监控系统简介
随着安防行业的不断发展，传统的模拟闭路监控系统正在逐步地被网络监控系统所代替。

传统意义上的模拟监控摄像机、视频电缆、切换控制矩阵和监视器的流行组合正在被网络监控摄像机、服务器的未来组合所取代。

由于网络监控摄像机本身就内置有符合网络传输协议的接口，它可以将视频、音频等信号以数据流的形式直接输出到网络。

而人们就可以通过联网的计算机任意查看通过网络传输来的摄像机监视画面，通过拾音器等设备实时采集前方现场的声音。

此外基于计算机技术的高速发展，工程师们已经开发出许多功能强大的软、硬件模块来弥补和扩充现有监控系统的功能。

因此，在本章简要回顾视频监控系统的发展历史的同时，也初步介绍网络监控系统的众多特点。

1.1监控系统发展的历史
第一个阶段主要是以模拟摄像机组成的闭路电视监控系统为主。

最早期的闭路电视监控系统主要是由摄像机与监视器构成的，通过视频电缆将摄像机与监视器以一对一的方式连接起来，系统中有多少个监控摄像机就有多少个监视器。

这种连接方式的构造相对简单，技术含量不高，但是其系统结构异常庞大，因此刚出现不久，就逐步地被后续发展出来的新技术所取代。

摄像机与监视器之间一对一的连接方式最大的被人诟病之处在于其对监视器的巨大浪费，因此人们发明了切换器来弥补这一方面的不足。

切换器解决了大型的监控系统对监视器的数量需求，它将摄像机与监视器之间一对一的连接方式扩展到多对一的连接方式。

同时，人们对摄像机的监视范围也提出了更高的要求，这就导致了变焦镜头和云台的出现，此后控制器也相应的出现了。

然而由于受到技术等因素的制约，切换控制电路还是硬件电路的组合，它的切换和控制的功能也是相对独立的。

就控制器而言，它大多采用多路开关，配合多芯电缆一对一直接连接的线控方式。

尽管此时的监控系统从技术上讲已经有了
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一定程度的改进，但是传输距离近，布线复杂，操作繁琐，系统容量小，扩展困难的弊端还是没有被从根本上解决。

二十世纪的七、八十年代，随着微处理器的出现、普及和发展，将切换和控制功能合二为一，这在当时是一个不小的进步。

然而由于采用非标系统，受到单片机（8位，16位芯片）的限制，系统容量依然有限，而且体积大，易死机，操作繁琐，缺乏良好的人机交互界面，联动控制方式一旦确定就难以修改，而且系统分控采用专用通讯方式，无法与标准计算机联网，兼容性差，系统升级困难。

第二个阶段出现了模拟和数字混合型的视频监控系统。

在上世纪九十年代，伴随着计算机多媒体技术的萌芽和发展，人们慢慢地从简单的计算机编译和控制方式向计算机多媒体化过渡。

它利用计算机显示器的高解析度，通过视频采集卡将一路视频图像采集到计算机屏幕上显示。

到了九十年代末期，监控系统数字化的特征更加明显。

为了将模拟视频监视器融入到日益庞大的数字网络中，人们开发出了视频编码器等用于将模拟信号转换为数字信号的部件，以满足在局域网或广域网中传输音、视频图像的需求。

这种混合型的视频监控系统不受传输视频线缆传输距离的限制，大大拓宽了音、视频信号在网络中的传输距离，但由于它既包含了模拟控制组件，又包括了数字控制组件，使得成本上有一定的提升。

第三个阶段则出现了全数字化的视频监控系统，它也是未来安防监控行业的发展趋势。

它是一种以数字视频处理技术为核心，综合利用计算机网络技术，计算机软件技术，自动控制和人工智能等技术的新型监控系统。

网络监控摄像机的内部集成了数字视频处理部件，它可以将模拟视频信号通过某种压缩算法转变为数字信号，通过机身自带的网络接口输出至外部网络中。

它除了具有传统闭路电视监视系统的所有功能，还可以与网络后端的操作管理软件相结合，实现包括远程视频传输和回放、摄像机实时操作控制、自动差异检测与报警联动、结构化音视频数据规划与存储等，这极大地满足了用户在使用中的各种需求。

这种新型的视频监控系统在传输距离上没有限制。

原则上讲，只要有
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网络覆盖的地方，都可以应用。

此外，全数字化的监控解决方案实现了用户监视、存储和转发一体化，极大地提高了用户操作和使用的方便性和高效性。

然而其网络架构相比之下较为复杂，而且就目前而言，成本依然相对较高，但其作为视频安防监控行业的未来发展趋势势不可挡。

1.2网络监控摄像机
网络监控摄像机是传统监控摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品，它不仅集成了传统的模拟监控摄像机的图像捕捉功能，还内置了数字化的压缩控制器，将视频信号转化为M-JPEG、MPEG4以及H.264等常见格式的数字信号用于网络传输。

其内置的基于网络的操作系统，使得远端用户可在自己的PC上使用标准的网络浏览器查看摄像机图像，同时操作管理摄像机，并根据用户个性化的需求对摄像机做出相应的设置。

此外，通过计算机软件技术开发出的针对网络监控摄像机的管理软件，可以实现包括差异检测、智能视频分析功能在内的众多强大功能，最大程度地满足了用户的需要，扩展了监控系统的功能范围。

网络监控摄像机的机身还具备丰富的接口，包括I/O、模拟视频输出、网络视频输出，音频输入输出接口以及众多不同类型的扩展插槽等，如图1-1所示。

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图1-1 网络监控摄像机丰富的机身接口
1.3 网络视频监控系统的优势
网络视频监控系统在传统的监控系统基础上，融合了计算机软、硬件技术及相应的网络通讯技术和自动化控制技术。

它不仅通过计算机等设备实现了传统监控系统的各种功能，同时还通过日益成熟的计算机技术使得这些功能变的更加灵活和强大。

因此，本节简要总结了网络视频监控系统的特点，以及和传统模拟监控系统相比其优势所在。

1、数字化的传输网络可避免在传输过程中的信号干扰。

在模拟视频信号传输途中，不可避免的要受到各种干扰源（例如：电磁信号干扰、共地线干扰、地环路干扰等）的干扰。

这些干扰反映在监视器屏幕上是不间断的横纹或木纹，以及严重畸变的图像画面，如图1-2所示。

这在一定程度上，影响了图像的质量，进而影响监控的效果。

而数字信息抗干扰能力强，不易受到传输线路信号干扰的影响。

外接无线网卡与延长线
通过音频输入口与 I/O
接口实现报警输入 通过I/O 接口与音频 输出口实现报警联动
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图1-2 横纹和木纹干扰
2、使用网线传输可以突破BNC 线缆对传输距离的限制。

在实际工程上铺设BNC 线缆时，根据线缆型号的不同，其铺设距离有一定的限制。

而通过双绞线、光纤对视频信号的传输，就可以避免出现此类问题，并且网络使用极其方便。

3、现有的网络监控系统通常采取的是B/S 和C/S 网络架构。

基于此可以实现分布式的信息转发与存储的功能。

其优点在于它可以解决应用环境分散，但是数据还需要相互联系的难题。

以及它可以实现均衡负载，使得各处理机之间的相互干扰降到最低等等。

4、在实际应用中，网络监控系统还有许多其它的特点。

它支持用户权限管理的分级化，可以与GIS 、MIS 等系统有机集成，并且具备远程管理和调度的能力。

另外，通过无线网络传输图像也将是未来监控行业的典型应用之一。

1.4 本章小节
本章首先回顾了安防监控行业的发展历程，由传统的模拟监控系统到如今的网络监控系统。

然后重点介绍了网络监控系统的前端——网络监控摄像机的常用功能与特点。

最后重点分析了网络监控系统的优势之所在。

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第2章视频编码技术和原理
网络监控摄像机与传统的模拟监控摄像机的最大区别在于网络监控摄像机的内部融合了数字化的视频编码技术。

该技术通过一系列程序化的图像压缩算法将传统的模拟视频信号转换为数字视频信号，从而满足于其在数字网络中传输的要求。

同时，为了可以将图像显示在系统后端的图像显示设备（例如监视器、数字电视等）上，还需要一个与之前图像压缩过程相对应的解压缩过程。

而图像压缩和解压缩过程中最核心的部分都不可避免地要利用到视频编解码技术。

因此，在深入了解网络监控摄像机的各项功能技术之前，有必要对视频安防监控行业中常见的视频编码技术和原理加以阐述，力图使读者理解和掌握数字图像信号生成过程。

本章简要介绍了视频压缩的基本概念，然后在这里着重介绍了包括Motion JPEG、MPEG4和H.264在内的三种基本压缩方式。

以及索尼网络监控摄像机中使用的Multi-codec多编码视频压缩引擎技术。

2.1视频压缩的基本概念
1、无损压缩（Lossless）和有损压缩（Lossy）
无损压缩：指对视频图像压缩前后的图像数据完全一致的图像压缩方式。

大多数的无损压缩方式均采用RLE行程编码算法。

有损压缩：指对视频图像压缩前后的图像数据不一致的图像压缩方式。

这主要是由于在压缩的过程中，会损失一些图像和音频信息，并且丢失的信息不可恢复。

在不是十分计较图像质量的场合，目前很多高压缩率的压缩算法均为有损压缩。

采用有损压缩技术对图像进行压缩，尽管图像细节会有所缺失，但是可以获得更低的数据压缩结果，以达到利于图像存储和传输的目的。

2、帧内（Intraframe）压缩和帧间（Interframe）压缩
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帧内压缩又叫做空间压缩（Spatial compression）。

在压缩过程中，视频压缩算法仅以一帧的数据为单位，而不考虑相邻帧之间的冗余信息。

帧内压缩一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互联系，所以帧内压缩一般情况下得不到很高的压缩率。

帧间压缩是基于视频图像或动画中相邻的前后两帧信息变化很小的特点而产生。

由于连续相邻两帧之间具有某些冗余信息，因此在压缩的过程中，针对相邻帧之间的冗余信息就可以一定程度的提高压缩率。

帧间压缩又叫做时间压缩（Temporal compression），它一般是无损的。

2.2三种常见的视频压缩方式
在目前安防监控行业中，网络监控摄像机有三种常用的视频压缩方式，分别是Motion JPEG、MPEG4和H.264。

以下将对这三种常见的视频压缩方式分别加以阐释。

2.2.1 JPEG和Motion JPEG
JPEG编码格式是一种满足行业标准的图像压缩格式，主要应用于保存和显示高品质的静态图像。

当针对移动目标进行捕捉时，每秒可以容纳25帧，这种压缩方式又被称为Motion JPEG。

在使用Motion JPEG压缩方式时，针对每一幅图像都使用帧内压缩的方法（如图2-1），因为在这种编码方式下，帧内压缩是唯一的一种压缩方法，同时相比MPEG4和H.264而言，采用Motion JPEG编码格式的图像容量要大于采用MPEG4和H.264两种编码格式的图像容量。

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图2-1 帧内压缩方法
Motion JPEG 编码方式的优点在于它可以获取清晰度很高的视频图像，而且可灵活设置每路视频的清晰度和压缩帧数。

而其不足之处在于在带宽有限的情况下，时而会出现丢帧现象，因此在保证每路都必须是高清晰的前提下，完成实时压缩对编码器的计算能力要求很高。

另外这种编码方式的压缩效率较低，存储空间占用较大。

特别地，索尼网络监控摄像机家族的全部产品均支持Motion JPEG 的编码方式。

在使用中还可以针对Motion JPEG 的图像大小设置多个压缩级别，不同的级别对应着不同的图像质量（如图2-2、图2-3所示）。

图2-2 索尼网络监控摄像机Motion JPEG 编码方式不同压缩级别的压缩效果
Level 1Level 5
Level 10
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图2-3 索尼网络监控摄像机Motion JPEG编码方式下压缩比与图像质量的关系
2.2.2 MPEG4
MPEG4是一种影音串流视讯压缩技术及商业标准格式。

它的视频压缩算法能够提供极高的压缩比，同时它可以减少对数据的损失。

MPEG4的帧类型包括I帧、B帧和P帧。

其中I帧称为参考帧，是其它帧都参考的起始帧，所以I帧是一个能够完全记载这一帧图像全部数据的帧。

B 帧是双向预测帧，是根据与前后一帧图像的比较而得到的帧。

P帧是前向预测帧，是根据与前一帧图像的比较，去掉与前帧相似的数据而构成的帧。

MPEG4编码方式中的一组码流是由1个I帧和若干个P帧构成的（如图2-4所示）。

其中I帧使用帧内压缩技术，对I帧的压缩过程与采用Motion JPEG方式对一帧的编码过程相似。

当针对图像进行检索时，I帧是非常重要的具有指标性的部分。

而P帧使用的是帧间压缩技术，由于P帧中只记载着码流中相邻两帧的差异，因此在监控画面中静止部分比较多时，P帧中所包含的数据容量要远远小于I帧所包含的数据容量，从而可以大大降低MPEG4码流的容量大小，应用在网络传输时这是至关重要的。

通常情况下，B帧记录的内容是由用户自行决定的。

但是由于码流中很多B帧的存在，容易造成图像的流畅性下降，因此索尼网络监控摄像机所采用的MPEG4算法中，为了获得更加流畅的图像效果，其放弃了对B帧的压缩，只压缩并传输I帧和P帧。

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当画面中的运动物体较多时，由于P帧所占大小不断变化，所以在网络传输时，所占带宽也将会有所变化。

但通常情况下，实际带宽会围绕着设定带宽值上下波动。

图2-4 MPEG4的码流构成
基于前述P帧的构成机制，P帧中记录着前一帧与目前帧之间的差异。

为了计算相邻两帧之间的不同，索尼网络监控摄像机使用的压缩算法首先将图像画面划分为大小相同，位置不同的块（区域），这里每个块是由16×16像素组成（如图2-5所示），以后的计算将是以每个块为基础，在前后相邻两帧之间使用移动矢量叠加合成的方法来计算相邻两帧之间的差异。

而为了获得更高的图像压缩效果，有时也会以8×8像素为基础或者其它的块大小为基础作为执行压缩时的最小单位。

因为在获得的图像质量相同时，图像块被划分的越小，对于两帧画面的差异计算就越精确，从而就可以达到更高的压缩比。

图2-5 索尼网络监控摄像机MPEG4编码采用的动态补偿块
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2.2.3 H.264
H.264是建立在MPEG4压缩技术的基础上，通过使用大量高效的压缩技术，而得到的一种具备高质量图像的同时，又低消耗带宽的视频压缩技术。

H.264是在MPEG4编码方式中动态补偿块大小划分方式的基础上对其加以改进，不仅仅限制16×16像素的大小，它可以将图像画面任意划分成多个部分（如图2-6所示），每个部分的大小只需要满足如图2-7所示的7种形式中的任意一个即可。

基于此，H.264编码方式可以根据图像画面中移动部分的位置来更精确地划分整个图像画面。

如果某个区域中的动态画面比较多，那么在这个区域就可以将动态补偿块划分的更小，从而有利于得到更出色的图像压缩质量。

由于在H.264编码方式下的图像压缩更加精确，也就意味着相比MPEG4编码方式而言，被传输的图像数据更小，从而H.264的编码效率要优于MPEG4。

然而使用H.264对图像画面进行编码需要大量精确的计算，因此相比MPEG4而言这也会耗费更多的系统资源。

图2-6图像画面划分示意 图2-7 索尼网络监控摄像机H.264的动态补偿块大小 2.2.4 三种编码方式的传输比特率与图像质量之间的关系
Motion JPEG 、MPEG4和H.264三种编码方式之间传输比特率与图像质量之间的关系如图2-8所示。

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图2-8 三种编码方式之间传输比特率与图像质量之间的关系由图中可以分析得知，在获得相同的图像质量基础上，Motion JPEG占用的网络资源最大，而MPEG4和H.264两种编码方式相对较少，因此通过这两种编码方式得到的视频图像更加适合在网络中传播。

而如果不考虑网络带宽的占用情况，采用Motion JPEG编码方式将会获得更高的图像质量。

2.3 Multi-codec多编码视频压缩引擎技术
某些型号的索尼网络监控摄像机具备应用Motion JPEG和MPEG4两种编码方式同时进行编码的能力，这将为用户的使用提供极大的方便。

例如，当用户需要实时观看前端的监控图像时，可以选择对MPEG4码流进行解码，因为它的流畅性当对较好。

而在存储时，可以选择存储具有更高清晰度的Motion JPEG格式的图像，这种方法可以同时满足用户观看和存储两方面的需求。

（如图2-9所示）
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图2-9 Multi-codec 多编码视频压缩引擎技术
2.4 本章小结
为了更好地理解网络监控摄像机的功能特点，本章着重讲述了基本的视频编码技术和实现原理。

首先从视频压缩的基本概念着手，详细介绍了三种常见的视频压缩格式，包括了对图像压缩过程的介绍和其优势所在之处。

之后对比了三者之间在实际使用中传输比特率和图像质量之间的关系，并以图示加以对比。

最后，简要介绍了索尼网络监控摄像机中使用的Multi-codec 多编码视频压缩引擎技术，这种技术在使用中可以极大地满足用户在观看和存储两方面的需求。

下一章，我们将开始讲述索尼网络监控摄像机的各项功能实现。

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第3章索尼网络监控摄像机典型功能分析
在前述视频编码技术的基础上，本章将以索尼网络监控摄像机为主，详述截止到第四代索尼网络监控摄像机所应用到的各项新技术和新功能。

包括索尼新一代的CCD产品，以及各种数字图像优化功能、强大的网络通讯功能、安全访问控制功能等各种典型功能。

3.1 CCD
CCD（电荷耦合器件）是一种半导体装置，它能够把光信号转化为电信号。

CCD上容纳着许多微小的光敏物质（如图3-1所示），这些微小光敏物质被称作像素（Pixel）。

一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。

当CCD表面感应到光时，将所有的像素所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

图3-1 CCD的微观结构
索尼公司从上世纪70年代开始研发CCD产品，迄今为止在市场上已经陆续推出了HyperHAD CCD、SuperHAD CCD、ExwaveHAD CCD、SuperExwave CCD等型号的产品。

2008年，在之前产品的基础上，又最新推出了SuperHAD CCD II和ExwavePRO CCD。

目前，这些CCD产品已被广泛应用于各种型号的监控摄像机中，为中国的安防监控行业做出了极大的贡献。

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3.1.1 SuperHAD CCD
相比HyperHAD CCD 而言，SuperHAD CCD 通过优化CCD 中感光介质的排列形状，一定程度上提高了光束通过CCD 时的有效利用率，从而提高了整体感光度（如图3-2所示）。

图3-2 SuperHAD CCD 与HyperHAD CCD 的对比
3.1.2 ExwaveHAD CCD
与前一代CCD 相比，ExwaveHAD CCD 在每个像素点的彩色滤光片和图像防护层之间添加一块内部透镜。

这些内部透镜的作用是将光线汇聚起来，使更多的光通过光传感器，从而提高CCD 的灵敏度。

前一代CCD 与ExwaveHAD CCD 的光谱感光度比较结果如图3-3所示。

就相同波长的光而言，ExwaveHAD CCD 的感光度比前一代CCD 的感光度有明显的提高。

HyperHAD CCD SuperHAD CCD
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图3-3 ExwaveHAD CCD 与前一代CCD 的对比
3.1.3 SuperExwave CCD
SuperExwave CCD 通过改进ExwaveHAD CCD 中光电二极管的结构，进一步提高了CCD 的灵敏度，特别是大幅提高了近红外光区的灵敏度。

如图3-4所示，在750nm ～1000nm 的区域，SuperExwave CCD 的感光能力要明显好于ExwaveHAD CCD 。

两款CCD 的拍摄效果对比如图3-5所示（拍摄环境：在暗室中使用LED 灯作为光源。

光波长950nm ，物距1m 。

）。

图3-4 ExwaveHAD CCD 与SuperExwave CCD 的光谱感光度对比。