CCD摄像机中的高速电子快门
异步触发CCD摄像机电子快门的预测方法和实现
ａ ｆｅ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｆ ｒ ｉ ｈ ｂ ｔ ｇ ｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｏ ｓ ．Ａ ｒ ｄ ｃ ｏ ｔ ｏ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｒｇ ｅ ｎ ｎ ｅ ｃ ｖ ｔ ｏ ｏ ｎ ｉ ｉ ｎ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｎ ｉｅ ｉ ｉ ｐ ｅ ｉ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｌ ｔ ｇ ｒ ｇ ｉ ｙ ｉ ｉ
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提 出了异步触发摄像机 电子快 门的预测方法，并将它应用在激光光斑的捕捉和测量 中， 高了光 提
斑 图像 的信噪 比 。该 方法适 用 于 测量 经 过编 码后 的远距 离激 光脉 冲 光斑 ，为应 用 电视 摄 像 机捕 捉
维普资讯
第 ２ 卷第 ５ ９ 期 ２０ ０ ２年 １ ０月
光 电工程
Ｏｐ ｏ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｔ — ｅ ｔ ｉ ｇ ｎ ｅ ｇ ｏ ｉ
CCD摄像机常见性能和主要性能指标
关键字：监控监控摄像机摄像机 CCD摄像机监视器CCD摄像机常见性能和主要性能指标（一）摄像机清晰度清晰度数是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。
当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。
工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。
清晰度是由摄像器件像素多少决定的，显然摄像器件的像素越多，得到的图像越清晰，反之也然。
清晰度越高，说明摄像机档次越高，反之越低。
（二）摄像机最低照度最低照度是最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。
一般彩色摄像机的最低照度为2～3LUX，照度的测定是以在一定的镜头光圈系数为前提，因此，不能只看摄像机说明书中标明的最低照度，应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。
最低照度越小，摄像机档次越高。
相对于彩色摄像机而言，黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱（亮度）信号敏一般可做到所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低，感，0.1LUX在F1.4时，至于微光摄像机则更低。
有关光圈系数的知识请参阅镜头一节。
视频信号的标称值为1Vp-p，标准值为0.7Vp-p，最低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植。
所以摄像机在最低照度时的图像，决不会“如同白昼一样”。
另外，摄像机在最低照度时产生的图像清晰度，是用电视信号测试卡进行测式的，其黑白相间的条纹，要求黑色反射率近于0%，白色反射率大于89.9%。
而我们在现场观察时有时不具备这样的条件，比如：树叶和草地的反射率很低，反差很小，就不易获得清晰图像。
因此实际使用当中不能以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。
（三）摄像机信噪比信噪比也是摄像机的一个重要的性能指标。
当摄像机摄取较亮场景时，监视器显示的画面通常比较明快，观察者不易看出画面中的干扰噪点；而当摄像机摄取较暗的场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。
现代电视原理答案 _姜秀华
《现代电视原理》姜秀华部分习题解答注：网络资料整理，木有图，仅能满足部分需求。
第一章作业答案上p16-174, 根据:V (λ)=P(555)/ P(λ) 则P(λ)=P(555)/ V(λ)又根据:k (λ)=1/ P(λ)则k (420) / k (555)=V(555) / V(420)=1 / 0.004=250即λ=420nm紫光的幅射功率应为λ=555nm黄绿光的250倍.6,亮度层次n,对比度C,最小灵敏度阈δ=0.05根据n=(2.3/ δ)lgC计算出20与33之间的对比度:C=1.65;亮度层次:n=1033与51之间的对比度:C=1.54;亮度层次:n=8.651与73之间的对比度:C=1.44;亮度层次:n=7.373与100之间的对比度:C=1.3;亮度层次:n=5.2可见,20与33之间可分辩的亮度层次最多.8,原景物对比度为:C=Bmax/Bmin=9000/300=30,根据n=(2.3/ δ)lgC, 取最小灵敏度阈δ=0.05,则n=68;再根据C=30,求出重现图像的Bmin,Bmin= Bmax/C=95.3/30=3.18因此有环境光后,重现图像对比度为:C=(Bmax+Bφ)/(Bmin+ Bφ)= (95.3+5)/( 3.18+5)=12.26n=(2.3/ δ)lgC=509, 当有光脉冲刺激人眼时,视觉的建立和消失都具有一定的滞后,这种效应称为视觉惰性.在荧光屏上,电视图像是数十万个象素按一定顺序轮流发光形成的,人们看到的则是每幅完整的画面在整体发光,这即是视觉惰性作用的结果.另一方面,电视图像是一幅幅静止的画面以每秒多于25幅的重复频率轮幅映现在荧光屏上的,而人们会获得一幅连续画面的印象感觉,这也是视觉惰性作用的结果.11,根据电视屏幕的临界闪烁频率经验公式:fc=9.6lg(Bmax-Bmin)+26.6(HZ)将Bmax=200,Bmin=5代入,得出:fc=48.5 HZ > 45.8 HZ ,可见没有闪烁感觉.14,运动物体在两幅画面上的距离为:d = 0.1/20 = 0.005(m)可以求出运动物体对人眼的张角为:θ= 3438d / L = 3438×0.005/2 = 8.6'> 7.5'故运动物体呈现的是跳跃式运动.19,因为θ= 3438d / L=1.5',所以d = 1.5L/3438,又因为L/h=4,则人眼在垂直方向上能分辨的黑白相间的线数为:h/d = h/(1.5L/3438)=3438h/1.5L=3438/(1.5×4)=57321,625/50系统一幅图像的像素数为:720*576,若传送由15*18个像素组成的汉字,则可以计算出:水平方向能传:720/18=40(个),垂直方向能传:576/15=38.4(个),所以一幅图像最多能传这样的汉字为:40×38=1520(个)24,27,扫描光栅的水平宽度与垂直高度之比称为光栅的帧型比.显像管中通过调整水平扫描和垂直扫描电流的峰-峰値保证扫描光栅的帧型比符合要求. 34, 与逐行扫描相比,隔行扫描可在保证图像分解力无甚下降和画面无大面积闪烁的前提下,将图像信号的带宽减小一半.由于毕竟是隔行扫描,因此仍存在行间闪烁及奇偶场光栅镶嵌不理想时的局部并行甚至完全并行等现象的缺点,而且当物体沿水平方向运动速度足够大时,图像的垂直边沿会产生锯齿现象等.但对在正常距离观看,扫描电路工作量好几景物运动速度为一般时的图像,隔行扫描的优点是大大超过其缺点的.36,(1)求正程扫描的行数,一场扫描的行数为:Tv/TH=15625/50=312.5(行)一场正程扫描的行数为:312.5*(1-0.08)= 287.5(行)则一帧正程扫描的行数为:287.5*2=575(行)(2)奇或偶场内相邻两行间的节距为:40/287.5 = 0.14(cm)(3)奇,偶场之间相邻行间的节距为:40/575= 0.07(cm)第一章作业答案下p29-303,26in电视机的高度为:h=26*2.54*(3/5)=39.6(cm)为保证在距离1.5米处观看,需要的最大扫描行数为:Zmax = h/d = h/(1.5L/3438)=3438h/1.5L=(3438×39.6)/(1.5×150)≈606(行);视频信号的最高频率为:=. KH = (1/2)*(4/3)*6062*(50/2)*0.7/(1-18%) = 4.28 (MHz)4,我国电视标准行扫描正程为52μs,则传送八条等宽的灰度图案,扫描一条灰度所需的时间为:52/8 = 6.5(μs)23,系统分解力是指电视系统分解与综合图像细节的能力.沿画面垂直方向分解图像细节的能力称为垂直分解力.理想垂直分解力是指电视系统理想的垂直分解力等于有效扫描行数.27,电视图像信号的频谱指在其频带内图像信号所含各频率成份的能量分布,即各频率成份的相对幅度.图像信号的频谱分布规律是离散而又成群的(称为梳状结构),能量仍集中于以行频及谐波为主谱线的附近,且谐波次数n越大,谱线的幅度即能量越小,在每群谱线之间至少有1/3空隙的带宽资源可利用.原因是电视图像对景物的分解与综合总是由扫描电路一行行,一场场有规律的进行,行场扫描有固定的周期,故图像信号也有一定的规律性,周期性.此外,画面上图像的内容在左右象素之间,上下像素之间总存在着一定的相关性.因此,通过分析得到了电视图像信号的频谱分布规律.33,(1)水平分解力为:4×104=416(TVL)(2) 根据公式=求该电视系统理想的上限频率,其中:Z=2Tv/TH =2×20000/64=625(行)β= Tvr/Tv =2/20=0.1α= THr/ TH = 8/64=0.125l/h =16/9fF = 1/(20*2)=25(Hz)所以:== (1/2)*(16/9)*6252*25*(1-0.1)/(1-0.125)=8.93(MHz)当传送560条垂直相间的条纹时,可计算出所需要的带宽为:560/104 =5.4(MHz)可见,该电视系统的上限频率为8.93MHz,能够清晰地传送560条垂直相间的条纹.网络课程题4,复合同步脉冲的作用:为接收端提供或传递行扫描和场扫描的基准信息.行同步脉冲的前沿表征行逆程的起始时刻;场同步信号前沿表征场逆程的起始时刻.接收端以它为基准恢复产生行扫描和场扫描,就能使收发两端的行场扫描既同频又同相,即实现扫描的同步.行同步脉冲波形见课件图2-1-3.场同步脉冲波形见课件图2-1-3.10,槽脉冲的作用:在场同步期间提供行同步的信息.槽脉冲的参数:槽宽4.7μs,每半行一个,每场5个.前均衡脉冲作用:减小两场场同步前距离前一个行同步信号一行(奇数场)和半行(偶数场)造成的积分电平差,使两场图像镶嵌更完善.前均衡脉冲参数:脉冲宽2.35μs,每半行一个,每场5个,出现在场同步脉冲前.后均衡脉冲作用:为使复合同步脉冲波形对称.后均衡脉冲参数:脉冲宽2.35μs,每半行一个,每场5个,出现在场同步脉冲后.16,波形扫一条灰度条所用的时间为:52μs/8=6.5μs.17, 垂直分解力: M=1250×92%=1150TVL水平分解力: N=1150×16÷9=2044 TVL信号带宽: B==38.9(MHZ)20, 行消隐脉冲提供每行行消隐的时间,宽度,时间出现在一行结束,需消隐电子束的时间,行消隐宽度为12μs,每行一个.其电平可以是黑电平也可以规定比白电平低0～5mV.行同步脉冲每行一个,出现在行消隐期间,其前沿比行消隐起始时刻推迟 1.5μs,称为行消隐前肩,目的为保护行同步脉冲的前沿,保证行同步的准确性.其电平范围出现在比黑还黑即与图像信号相反的电平范围内,幅度为0.3V,宽度为4.7μs.可见行消隐后肩为:12-1.5-4.7=5.8μs,行消隐后肩可用来传送其它辅助信息,如以后在彩色电视信号中的色同步信号.23,3, CCD摄像器件是由几十万个单元按一定排列制成的有序阵列.每个单元结构为由金属,绝缘层,半导体构成的称为MOS结构单元.每一MOS单元构成一个像素.MOS 单元结构的金属电极称为栅极G.当由P型半导体构成的MOS单元的栅极G上加正电压VG时,在绝缘层界面下的P型半导体内部的空穴被排斥,在绝缘层会形成一个空间电荷区,也称耗尽层.其特点是VG越高,耗尽层深度越深,电子有向电子势能低处移动的特点.因此耗尽层对电子象一个陷阱一样,故称为电子势阱.电子势阱中可以存放电子.电子势阱的特点是,VG越高,势阱深度越深.VG越低,势阱深度越浅.势阱中的电子有向势阱深处移动的特点.电子势阱中存放的电子是通过光注入或电注入方式注入的外来信号电荷.电荷量的大小由外来信号决定,与栅极所加电压无关.4,CCD摄像器件中电荷转移是通过时钟脉冲有规律的组合,变化实现的.三相时钟转移方式的原理和过程见课件中图4-1-3.7, 一个CCD摄像器件感光面中,有几十万个独立的铝电极,对应着几十万个像素和势阱,在景物像的作用下,各像素的CCD表面上有不同的光强照射,在受光照的CCD表面附近由光子激发出其数量与光强成正比的电于—空穴对,多数载流子的空穴被排斥走,少数载流子的电子则被收集入该像素表面下的势阱内,成为光电荷注入,这就是CCD摄像器件的光电变换过程.每个像素下面势阱内的电荷包通过转移后,转移到最后一个MOS单元结构后需要输出到外电路,常用的电路结构方式是反偏二极管CCD输出方式(如图所示).即在CCD转移的最后一个电极之后由集成电路工艺生成一个输出栅OG,在输出栅OG之后再构成一个反偏二极管,输出栅上加的电压VoG为恒定值,等于时钟脉冲电压高,低电平的平均值;反偏二极管上加的电压V+比较高,故其耗尽层厚度大.因OG电极旁有更深的反偏二极管势阱存在着,所以转移到此的电荷包立即通过OG电极下的沟道流入二极管的深势阱中.进入二极管的电子电荷都通过电容C 流向电源V+,使电容C瞬间充电.充电量大小与该瞬电荷包的电量成比例,故而在电容C下端输出一个负尖脉冲,脉冲幅度正比于相应像素上的光通量.这样,一个负极性的图像信号就通过电容C输出了.8,线阵式CCD原理见课件中图4-2-1.11,FI CCD电荷转移原理及过程见课件中图4-1-4.FIT 的工作原理综合了IT和FT的优点,即场消隐期间感光区的电荷包先瞬间转移入垂直移存器,而后又很快转移入存储部分,在场正程期间,象IT一样感光区重新积累电荷包,又像FT一样地从水平移存器中一行行的输出信号.由于电荷包从感光单元中转移到遮光的垂直移存器极为迅速,仅约1us,所以不需要机械快门. 而从垂直移存器移进存储部分也可在很短时间内完成,故不会出现高亮点垂直拖道.可见,它具备了FT CCD方式和IT CCD方式的优点.12,电子快门指利用电子技术使摄像机拍摄一幅画面的时间小于正常的时间,即采用电子快门摄像机拍摄一幅画面的"曝光"时间小于正常的"曝光"时间.CCD 器件中实现高速电子快门的方法是:将一场中积累的电荷包分两次读出,第一次读出的电荷包通过溢流沟道上加以高电位将其释放掉,舍弃后再重新积累,到达场消隐期时正式读出再积累的电荷包,用于形成图像信号,有效积累时间为电子快门的时间.在一场时间中,第二次正式读出的电荷积累时间越短,电子快门的速度越快.为了保证输出信号有足够的信噪比,电子快门只有在高照度下才适宜应用,快门时间越短,需要景物的照度越高.2,电视信号传输有:地面开路传输方式,有线电视――提供电缆或光缆闭路传输方式,卫星传输方式――通过卫星转发将电视信号传输的方式.电视信号的地面无线电开路传播采用米波段(VHF)或分米波段(UHF),采用残留边带调幅方式发射,是一种视距传输.共68个频道.有线电视传输方式是利用电缆或光缆进行闭路传输,利用电缆为传输媒介是用米波段或分米波段,采用残留边带调幅方式;利用光缆为传输媒介可用光波进行传输,调制方式可采用数字调制,但到用户端是必须转换为残留边带调幅方式.除68个频道外,还增加增补A和增补B频道.电视信号卫星广播传输方式,采用调频方式.目前我国采用的有C波段和Ku波段.接收端必须转换为残留边带调幅方式给接收机.6,残留边带调幅是指传输一个完整的边带(例如上边带)和一个限带的边带(例如部分下边带)的调幅方式.实际上是将一个双边带调幅信号通过一个滤波器滤掉一部分下边带形成残留边带调幅信号进行传输.残留边带调幅方式可以满足既减少带宽又使接收机解调方式简单的实际需求.11,我国采用全电视信号负极性调制方式.已调波波形如下:12,伴音信号采用调频方式.由于音频信号频带较窄,而电视广播的载波频率很高;再有调频方式有许多优点,因此伴音信号采用调频方式传输.伴音信号采用调频方式的优点有:1)在获得相同信噪比的情况下调频信号的发射功率比调幅信号的小很多.2)调频信号的抗干扰能力强.3)调频信号的调频指数大时信噪比高,音质好.4)调频信号的载波幅度恒定,发射机设备利用率高.5)伴音与图象信号采用不同的调制方式,对减少二者之间的干扰有利.13,一行射频电视图像信号示意波形图及相对电平值见11题.在我国电视伴音中,采用调频方式,载频6.5 MHZ,基带信号40Hz~15KHz,最大频偏±50KHZ,伴音射频信号的频带是:6.5 MHZ±65 KHZ,预加重参数=50us.16,电视频道是指一路图像信号与其对应的伴音信号在两个通道分别对各自的载波进行调幅和调频后形成的射频信号.我国一个电视频道占用的频带图及对应的参数如下:19,电视制式是指一个电视系统所包含的各种参数的总和.电视制式的参数大致包括:黑白电视广播中的电视制式中的参数,即扫描参数(例如625行50场,2:1隔行),视频带宽(例如6MHZ),射频带宽(例如8 MHZ),调制极性(例如负极性),伴音载频与图像载频频率差(例如6.5 MHZ)以及伴音调制方式(例如调频),再彩色电视广播中的色度调制方式(例如PAL制)等.我国的黑白电视广播是D,K制;彩色电视编码采用PAL制,故为PAL-D制.22,根据电视信号地面传输距离的计算公式:已知h1=500m,h2=50m, R=6370km 代入上式得到:L1=78.8km,L2=25.2km,所以,最远的收发距离为:L1+L2=104(km)2, 电子枪的作用:电子枪用来发射电子束,聚焦电子束,加速电子束,调制电子束.阴极受灯丝加热发射出电子束;通常控制栅极接地为零电平,图象信号加在阴极, 使得电子束的大小受图像信号的调制,荧光屏发光点的亮度随图像信号的幅度而变,形成有明暗层次的黑白图像.加速极及高压阳极等对发射出的电子束加速,使之按一定的速度轰击荧光屏.对电子枪的要求:能产生足够大的高速电子束,以便在荧光屏上激发出足够高的亮度;有足够细小的电子束聚焦点,以获得高的分辨力;有陡峭的调制特性曲线以获得较高的电—光变换效率.通常显像管的电子枪有四极式和五极式,五极式电子枪的结构包括:灯丝,阴极,控制栅极,加速极,第二,第四阳极和第三阳极.各部分的作用和电压如下:(1)灯丝:通电后加热阴极.(2)阴极(K):被灯丝加热后发射电子,信号电压一般加在该极上,为负极性信号,称为负极性激励.(3)控制栅极(G):也称调制极,一般加固定负电压或接地为0V,以与阴极间的电位差控制电子束的大小.当两者间电位差负到一定程度时(例如-40V～-90V)可使电子束截止,称为截止电压. (4)加速极(A1):也称第一阳极,通常加300 V～450V的电压,既可加速电子束,又与控制栅极和阴极组成电子光学透镜聚焦电子束.(5)第二,第四阳极(A2):当中间有第三阳极(聚焦极)时,两者在电气上相连,加有同一直流高压.其作用:一是第二阳极与加速极组成一个预聚焦电子光学透镜;二是两极与中间的聚焦极共同组成主聚焦电子光学透镜.第四阳极通过几条金属弹簧片与锥体内壁上涂敷的石墨导电层连通,并由锥体壁上的高压嘴引至管外的高压帽上,加入高压,所以第二,第四阳极都属于高压阳极,它们加有(8000～16000)V直流高压.(6)第三阳极(A3):在第二和第三阳极之间为聚焦极,通常加100V～450V的可调电压,起聚焦调节作用.4, 折射定理:电子在电场中运动,穿过不同的等位面时会发生折射,电子折射定理是:规律是:电子在加速场中从低电位向高电位倾斜于电场方向运动时,折射角小于入射角,即电子将偏向于等位面的法线.7, 五极式电子枪,一共组成了三组静电透镜.第一组即浸没物镜,将阴极发射的电子流形成一个交叉点,它可称为第一透镜.第二组透镜为双电位透镜,也称预聚焦透镜,其作用是使实现交叉后又要散开的电子束会聚成近轴电子束(靠近管轴,基本平行于管轴的细电子束),以使得荧光屏上的光点小,并可减小偏转散焦,提高画面边角的分辨力.第三组透镜为单透镜,是主聚焦透镜,它将经预聚焦形成的近轴电于束最终聚焦在荧光屏上.由于它所加的电压高,可使电子束加速到很高速度, 轰击荧光屏时产生出高亮点.8, 显像管锥体内壁的石墨导电层与第四阳极连通,一起形成一个等电位空间,使电子束飞出第四阳极后便直线,匀速地射到荧光屏上.锥体外表面也涂满了一薄层石墨导电层,与电视机的地相连接,可防止玻壳外表面积累静电荷.同时内外壁间形成几百皮法(PF)的电容,作为显像管高压的滤波电容.11,偏转距离公式如下.从该公式可见偏转距离D与a,L和H成正比;与成反比.从物理上讲,偏转距离D与电子在磁场做圆周运动的偏转半径r成反比的,因为越大,电子获得的能力越大,运动速度就越快,偏转半径r越大,则偏转距离越小;a 为偏转区长度,a越长,电子旋转的圆弧越长,则偏转角越大,对应的偏转距离D越大;L为偏转中心至屏幕中心的距离,L越长,显然在偏转角相同的情况下,D 越大;H为磁场强度,磁场强度越强,则偏转半径r越小,偏转角越大,对应的偏转距离D也越大.12,由于电子束偏转半径小于荧光屏的曲率半径,使得偏转角越大,电子束在荧光屏上移动速度越快,从而产生枕形失真.自会聚彩色显像管中垂直枕形失真因场偏转场桶形分布在一定程度上得到校正,通常可不设水平枕形校正电路,但垂直枕形校正一般必须设置.可采用枕形校正电路进行校正.13,水平偏转线圈呈马鞍形绕制,水平套在管径外面,磁心里面,产生垂直方向磁场,使电子束产生水平偏转,而且可使偏转磁场束缚在管径中.场偏转线圈直接绕在磁心上,以产生水平方向的磁场,使电子束产生垂直偏转.17,通常称显像管阴极电流与栅阴极电压之间的关系为显像管的调制特性.表示式为:调制特性如图.18,阴极激励方式指在显像管中,栅极接地为0V,图像信号加到阴极上的方式.实际工作中显像管中,栅极接地为0V,加到阴极上的信号应是负极性电视信号.图参见教材图5-13(P68).21,校正级是指在电视传输通道中加上的一级非线性放大级,使系统的总值等于1.由于在整个电视系统中,显像管阴极电流与栅阴极电压之间的关系不是线性关系,而摄像器件的光电转换线性关系,若系统中不采取其他措施,则重现图像的亮度会失真.校正级具体的值,由于1,对黑白显像管3=2.2,故:=1/1×2.2=0.45.4.7μs5.8μs1.5μs。
CCD摄像机物像关系电子快门逐行扫描帧频率
CCD摄像机物像关系电子快门逐行扫描帧频率1引言近几年，国家对基础建设的投资日益加大，公路建设更是水涨船高。
现代化交通监理的需求越来越迫切。
公安部已提出：科技强警，向科技要警力。
超速抓拍系统正在这种形势下提出的。
超速抓拍系统实际上是一种智能化交通监理系统ITS （IntelligentTransportationSystems）.受测速雷达触发，CCD摄像机将超速行驶的目标抓拍下来，然后通过数据采集系统将模拟图像数字化，并送PC机进行图像信号处理，压缩后经由网络与网络主机进行交互。
提供监理部门执法依据。
在此系统中，由于抓拍目标是高速运动的，一般在80km/h以上，有的甚至达到180km/h。
因此，如何用CCD摄像机完成对高速目标的清晰捕捉是首先应解决的关键问题。
2CCD摄像机的原理2．1CCD摄像机概述CCD摄像机是一种固体摄像机。
CCD是电荷偶合型光电转换器件，用集成电路工艺制成。
它以电荷包的形式储存和传送信息。
主要由光敏单元、输入结构、和输出结构等部分组成。
CCD有面阵和线阵之分。
光敏元排成一行的称为线阵CCD，面阵型CCD器件的像元排列为一个平面，它包含若干行和列的结合。
本文所介绍之摄像机为面阵型。
2．2CCD摄像机原理根据转移和读出的结构方式不同，有不同类型的面阵摄像机。
常见的类型有两种：帧转移型FT（Frametransfer）和行间转移型ILT（Interlinetransfer）。
这两种类型的摄像机的工作原理基本相同。
下面以敏通公司MTV-1301型黑白行间转移型摄像机为例来介绍其原理。
如图2.1所示，MTV-1301型CCD摄像机包含四部分：CCD光电传感器、CCD 传感器驱动器、图像处理板、供电电源。
CCD传感器是一个由542×582个光敏二极管构成的光电传感器阵列。
其结构为行间转移型。
这种器件光敏面积大，靶面利用率高。
当景物的光学图像，经由摄像物镜投射到这个阵列上时，由于各光敏二极管受光的强弱不同而感生出不同量的光电荷。
什么是CCD摄像机
什么是CCD摄像机∙CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。
∙CCD摄像机的工作方式：被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
∙分辨率的选择：评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。
常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。
一般的监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。
而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。
∙成像灵敏度：通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。
0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合；在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。
与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。
另外摄像的灵敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.参考环境照度：夏日阳光下100000Lux 阴天室外10000Lux电视台演播室1000Lux 距60W台灯60cm桌面300Lux室内日光灯100Lux 黄昏室内10Lux20cm处烛光10-15Lux 夜间路灯0.1Lux∙电子快门：电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。
有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。
∙外同步与外触发：外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。
基于电子快门自动增益的CCD驱动电路研究
基于电子快门自动增益的CCD驱动电路研究翟晶晶【摘要】为了满足目前CCD测量领域中高速、高精度的测量要求,设计了TCD1304传感器的专用驱动电路.该驱动电路的一大特性就是电子快门,其将光积分时间缩短了一个数量级,至几个微秒,极大地提高了测量速度;同时,通过对CCD输出信号A/D采样分析,实时调节电子快门时间,实现自动调节控制,提高了测量精度.经实验证明,该测量方法在高速实时在线测量领域有很好的应用前景.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)019【总页数】3页(P188-190)【关键词】电子快门;自动增益;TCD1304;CCD传感器【作者】翟晶晶【作者单位】中国船舶重工集团公司,第七一〇研究所,湖北,宜昌,443003【正文语种】中文【中图分类】TN919-340 引言CCD是以电荷包的形式存贮和传递信息的半导体表面器件，目前市场上的CCD器件并未对其驱动信号、输出信号做任何处理。
因此，在实际应用中，需要根据CCD的型号、用途和应用领域的不同而设计不同的驱动电路，以及数据采集、处理系统[1]。
CCD的光积分时间决定着CCD的曝光量，在不同的光照强度下，需要的实际光积分时间不同。
光强较弱时需要较长的光积分时间，以使光敏单元吸收到足够的光信息；相反，光强很强时，光积分时间不能太长，否则CCD的输出信号会饱和失真，不能准确地反应要测量的信息。
因此要得到精确的测量信号，就需要实时的调节光积分时间。
CCD传感器必须在一定的驱动脉冲的作用下才可以完成信号电荷的转移、输出。
在一定的驱动频率内，提高驱动信号的频率则会加快电荷包的移动，从而提高测量速度；反之，降低驱动信号的频率则会降低测量速度。
因此要提高测量速度就要提高驱动信号的频率，而在某些场合需要将光积分时间提高到10 μs时，就需要将时钟频率提高到几百兆，频率太高又引出更难、更复杂的问题，而且这种方法下测量速度的提高空间也是有限的。
Sony 3CCD 彩色摄像机功能
Sony 3CCD 彩色摄像机功能一，自动曝光控制1. 自动曝光2. 自动曝光区域3. 自动曝光探测4. 自动曝光水平5. 自动曝光限制6. 自动曝光速度·自动曝光1. 功能和镜头的光圈功能实现。
自动曝光功能通过自动调节曝光时间控制图象的亮度水平。
此功能通过结合CCD光圈功能、AGC自动增益·自动曝光区域1. 根据拍摄环境，自动曝光区域具有6种模式可选2. 中心模式，中级模式，线模式，高级模式，点模式，手动模式·自动曝光探测1. 选择如何探测光照水平2. 一般探测：选择整个窗口3. 高点探测：选择窗口中视频电平最高的区域·自动曝光水平1. 自动曝光水平调节可以达到镜头光圈功能0.5f-stop的效果。
2. 设置：-127到0（默认）到+1273. 标准：-127：相当于关闭0.5f-stop+127：相当于打开0.5f-stop·自动曝光限制1. 在使用AGC和CCD-IRIS功能时应注意：AGC水平增大：视频噪波增加CCD-IRIS水平降低：拖尾电平增加·自动曝光速度1. AE速度可调（AE打开）2. 设置：快/中/慢二，对比控制1. 宽动态功能2. 超动态对比度控制3. 黑扩展功能4. 拐点校正5. 伽玛校正6. 台阶电平·宽动态功能1. 根据整体图象的视频亮度水平自动调节对比度，在明暗对比强烈（如背光）时，捕捉到清晰的影象，重现画面细节。
2. 范围：-10（弱）到0（标准）到10（强）·超动态对比度控制1. DCC+在3个水平上控制视频信号：亮度，色调和色饱和度，从而获得在合适的拐点校正状态下没有色调失真的图象。
·黑扩展功能1. 黑扩展/压缩功能通过扩展/压缩黑暗区域亮度信号的范围，提高黑暗区域的色调层次。
2. 当黑扩展设置在负值，黑色调层次减弱；反之，则增加。
黑扩展只影响亮度信号，不影响色彩。
3. 设置：-10到0（默认）到+10·拐点校正1. 拐点校正增加图象明亮区域的层次，使相关细节得到表现。
电子快门
在用专业摄像机拍摄时，为了取得水面反光点类似照相机星光镜拍摄出的米字镜的效果，需要把摄像机镜头的光圈置于手控，缩小镜头的光圈至F8～F11。缩小镜头的光圈，主要是为了让水面反光在映入镜头时光线的衍射原理表现得更加明显，形成在光点周围有数条发散状的星光效果。在这里需要注意的是画面的整体曝光量要略欠一些，以波光的高光点曝光基准。如果在拍摄过程中，出现收到F8～F11光圈时整体画面曝光依然过度的情况，那是由于滤光片没有选择好，可以选择合适的滤光拍摄。
1．在CCD摄像机中采用高速电子快门的主要目的
传统的真空管式摄像机由于快门速度较低，加之摄像管的惰性较大，因此．在拍摄高速运动物体时，很难准确“冻结”物体的变化动作。这样在重放时，特别是慢动作或“定格”(静帧)重放时，画面的轮廓往往模糊不清，动态分辨力不高。
有两条途径可以提高画面的轮廓清晰度和动态分辨力：一是提高快门速度，二是降低摄像管的惰性。
2、一些拍摄色彩绚丽的落日黄昏
一些搞摄像朋友拍摄到的落日画面不够艳丽，颜色总是红的不够红，黄的不够黄。其实这大多是自动白平衡的错。
掌中宝摄像机多使用自动白平衡功能。自动白平衡虽然减少了手控调整画面色彩的烦琐，但在正确还原画面色彩方面，尤其是需要营造特殊效果方面就欠缺了。这里我们讲的是营造落日黄昏色彩绚丽的效果，需要做的就是把白平衡调偏，把摄像机的白平衡功能设置为手控方式，用一块浅绿色的纸张以与地面45°倾斜角正对摄像机，改变摄像机焦距，使绿纸充满摄像机的整个画面，按动白平衡高速按钮数秒，使白平衡调整完成。这时如果通过彩色寻像器观看，是不是整个黄昏色彩不够，换一张墨绿色的纸再调整白平衡看看，怎么样，够红了吧。如果现场调整没有这样的纸张，可以用绿色衣服等代替。在拍摄的画面偏其他颜色时，可以参照《摄影与摄像》2003年第5期25页白平衡调整表格里的提示操作。这里需要指出的是黄昏时色彩难以控制，如果需要还原正确的色彩而不是偏色的效果时，需重新调整白平衡，而且要注意白纸与主光源的光线入射角度，一般是以白纸与地面45°倾斜角，再与光源入射光方向45°倾斜角的位置调整，这样在黄昏环境中就能正常还原色彩了，不然总会有偏色现象存在。
高速拍照原理
高速拍照原理
高速拍照原理是利用快速曝光和快速回放的技术。
当按下快门按钮时，相机会打开快门，使光线通过镜头进入相机内部。
在传统相机中，快门打开的时间很短，通常为1/1000秒或更短。
这样就能够在短暂的时间内记录下高速运动的物体。
当快门关闭后，相机的感光元素，通常是CCD或CMOS传感器，会开始记录光线信息。
感光元素会将捕捉到的光线转化为电信号，并将其存储在图像传感器的像素中。
同时，图像处理芯片也会对电信号进行处理和整理。
在快速回放的阶段，相机的显示屏或取景器会将记录的图像显示出来。
这时，我们就可以看到被拍摄物体在高速运动过程中的冻结图像。
为了实现高速拍照，相机需要具备快速的快门速度和感光元素的响应速度。
此外，高速拍照还需要考虑到闪光灯的使用，以确保快门速度不受光线条件的限制。
总的来说，高速拍照原理是通过快速曝光和快速回放的技术，以捕捉高速运动物体的瞬间。
通过这种方式，我们可以观察到平常肉眼无法察觉到的细节和动态。
CCD工作原理
图像板工作流程，CCD工作原理：摄像机是一种把景物光像转变为电信号的装置。
其结构大致可分为三部分：光学系统（主要指镜头）、光电转换系统（主要指摄像管或固体摄像器件）以及电路系统（主要指视频处理电路）。
CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄象元件。
是代替摄像管传感器的新型器件。
镜头部分：是摄像机最主要的组成部分，并被喻为人的眼睛。
人眼之所以能看到宇宙万物，是由于凭眼球水晶体能在视网膜上结成影像的缘故；摄像机所以能摄影成像，也主要是靠镜头将被摄体结成影像投在摄像管或固体摄像器件的成像面上。
因此说，镜头就是摄像机的眼睛。
电视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。
当今市场上常见的各种摄像机的镜头都是加膜镜头。
加膜就是在镜头表面涂上一层带色彩的薄膜，用以消减镜片与镜片之间所产生的色散现象，还能减少逆光拍摄时所产生的眩光，保护光线顺利通过镜头，提高镜头透光的能力，使所摄的画面更清晰。
光电转换部分：芯片：ICX405AK、ICX409是一个隔行扫描CCD（间行/列扫描型数码相机）使用电晶体的图像传感器，适合PAL 色彩视频摄像机，带有一个6mm对角线（类型1/3）系统芯片ICX405AK引脚说明：光学系统的主要部件是光学镜头，它由透镜系统组合而成。
这个透镜系统包含着许多片凸凹不同的透镜，其中凸透镜的中比边缘厚，因而经透镜边缘部分的光线比中央部分的光线会发生更多的折射。
当被摄对象经过光学系统透镜的折射，在光电转换系统的摄像管或固体摄像器件的成像面上形成“焦点”。
光电转换系统中的光敏原件会把“焦点”外的光学图像转变成携带电荷的电信号。
这些电信号的作用是微弱的，必须经过电路系统进一步放大，形成符合特定技术要求的信号，并从摄像机中输出。
视频图像采集系统主要采用图像传感器CCD来实现，图像传感器就是把光信号转换成电信号的装置，即把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息，转换为按时序串行输出的电信号——视频信号，该视频信号能再现入射的光学图像。
利用高速快门捕捉瞬间照片效果
利用高速快门捕捉瞬间照片效果
高速快门是摄影中常用的技巧之一，通过设置快门速度较高，可以捕捉到瞬间
的瞬间，让照片呈现出清晰的效果。
这种技巧在拍摄运动、动作、快速移动的物体时特别有效，可以帮助摄影师捕捉到那些令人难忘的瞬间。
使用高速快门拍摄照片需要注意几个关键因素。
首先是快门速度的设置，通常
在1/500秒到1/1000秒之间是比较理想的选择。
这样可以确保在快速移动的情况下，照片仍然能够保持清晰度。
其次是光圈的选择，较大的光圈可以让更多的光线进入镜头，有助于捕捉更多细节。
最后是ISO的设置，根据光线情况和所拍摄对象的
运动速度来调整ISO，保证照片亮度适中。
在实际拍摄过程中，高速快门可以用于捕捉各种不同情境下的瞬间。
比如在体
育比赛中，可以利用高速快门来准确记录选手的动作，每一个动作都可以被清晰地展现在照片中；或者在街头摄影中，通过高速快门可以捕捉到行人匆匆忙忙的步伐、车辆飞驰的身影，让观众感受到城市的快节奏和活力。
此外，高速快门还可以用于捕捉瞬间的表情和情绪。
当人物在举手投足间展现
出快乐、悲伤、愤怒等真实情感时，利用高速快门可以定格这些瞬间，让观众在一瞬间感受到人物内心的情感波动。
这种技巧尤其适用于拍摄人像、纪实摄影等领域。
总的来说，利用高速快门捕捉瞬间照片效果可以让照片更加生动和有趣。
摄影
师需要在拍摄前仔细设置相机参数，掌握好快门速度、光圈和ISO的关系，同时
在实际拍摄中灵活运用高速快门技巧，捕捉到那些平常难以察觉的瞬间。
通过这种方式，可以为观众呈现出更加生动、具有感染力的照片作品。
流光快门原理
流光快门原理摄影是一种记录时光的艺术，而快门则是摄影中的重要组成部分。
作为摄像机和照相机的核心部件，快门控制着光线进入感光元件的时间，从而决定图像的清晰度和曝光程度。
流光快门是一种在高速运动下使用的特殊快门，它采用了不同于传统快门的工作原理，能够捕捉到瞬间的动态画面。
流光快门的原理基于光的特性和感光元件的工作原理。
在摄影中，为了捕捉快速运动的画面，传统快门往往无法满足需求。
当快门时间较短时，快速运动的物体只能在图像中留下模糊轨迹；而当快门时间较长时，画面则会出现拖影。
流光快门通过调整感光元件的工作方式，能够在较短的时间内记录下快速运动的物体，使其呈现出清晰的图像。
流光快门的核心原理是将感光元件的感光周期与物体的运动速度相匹配。
感光元件是摄像机和照相机中用于接收光线的重要部分，常见的有CCD和CMOS两种类型。
当光线照射到感光元件上时，感光元件会将光信号转化为电信号，通过处理器进一步生成图像。
在传统快门中，感光元件在固定的时间内接收光线，而流光快门则将感光周期分为多个触发时间段。
感光元件的工作时间段可以很短，以便在物体快速运动时，感光元件能够在很短的时间内记录到物体的位置信息。
根据物体的运动速度和摄影需求，流光快门可以调整触发时间段的长度，以适应不同的拍摄场景。
除了感光元件的调整，流光快门还需要通过快门控制器来实现。
快门控制器是一种精密的电子设备，可以根据需求设置快门时间和触发时间段的长度。
通过与相机的连通，快门控制器可以精准地控制感光元件的工作方式，从而实现清晰捕捉快速运动物体的目标。
流光快门在摄影中有着广泛的应用，尤其是在拍摄运动、舞蹈和高速事件等场景中。
它可以捕捉到运动中的细节，记录下瞬间的美丽画面。
例如，当你拍摄一位足球运动员射门的瞬间，流光快门可以准确地记录下球飞行的轨迹和运动员的动作，使整个画面更加生动。
然而，流光快门也存在一些局限性。
由于感光元件在较短时间内接收大量光线，会导致图像的噪点增加。
一种CCD摄像机的电子快门电路[实用新型专利]
![一种CCD摄像机的电子快门电路[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2cb2d403998fcc22bdd10d7c.png)
专利名称：一种CCD摄像机的电子快门电路专利类型：实用新型专利
发明人：武付军,王闪闪
申请号：CN201220587971.7
申请日：20121108
公开号：CN202998282U
公开日：
20130612
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种CCD摄像机的电子快门电路，其技术特点是：输入信号连接电容C1、电阻C2的一端，电容C1的另一端与电阻R1的一端及三极管Q1的基极相连接，电阻R1的另一端与正电压V+及Q1的发射极相连接，Q1的集电极与三极管Q2的集电极及电容C2的一端相连接；电容C3的另一端与电阻R2的一端及Q2的基极相连接，电阻R2的另一端接工作地，Q2的发射极与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接负电压V-；电容C2的另一端与输出信号、二极管D1的负极及电阻R4的一端相连接，二极管D1的正极接钳位电压，电阻R4的另一端接工作地。
本实用新型设计合理，具有结构设计简单、稳定、灵活性强、成本较低等特点。
申请人：天津市亚安科技股份有限公司
地址：300384 天津市南开区华苑产业区梓苑路8号
国籍：CN
代理机构：天津盛理知识产权代理有限公司
代理人：王利文
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电子快门
在大多数场合，CCD的电子快门功能还能实现自动光圈的效果。
当光线较亮时，电子快门自动调节到高速档，使得信号电荷积累时间变短。
进而使输出信号电流的幅值减少。
应当注意的是：当选用高速电子快门档时，应该相应加大摄像机的光圈或相应提高监视现场的光照度。
当光线较亮时，电子快门自动调节到高速档，使得信号电荷积累时间变短。
进而使输出信号电流的幅值减少。
应当注意的是：当选用高速电子快门档时，应该相应加大摄像机的光圈或相应提高监视现场的光照度。
在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。
电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄像机，则为1/50秒。
当摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。
当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。
电子快门是比照照相机的机械快门功能提出的一个术语。
它相当于控制CCD图像传感器的感光时间，由于CCD感光的市值就是信号电荷的积累，感光越长，信号电荷积累实践也越长，输出信号电流的幅值也越大。
5、专业摄像机参数学习,关于快门,色温等等
专业摄像机参数学习，关于快门，色温等等
摄像机SHUTTER SPEED 电子快门选择
1．SHUTTER SPEED 电子快门选择
CCD摄象机采用纵向OFD构造而具有了可靠的可变电子快门的功能，当使用电子快门时，我们可以拍摄到高速运动的问题的清晰画面。
电子快门包括EVS（增强垂直清晰扫描），CLS（清晰扫描）ECS（扩展清晰扫描）。
1/60秒。
1/125秒。
1/250秒。
1/500秒。
1/1000秒。
1/2000秒。
EVS 自动将垂直扫描频率设定为1/50秒。
以改善垂直清晰度。
CLS频率范围为50.2到9000HZ，主要用来拍摄垂直扫描频率在50HZ以上的计算机监视器等，以获得无水平噪波带的图象。
ECS具有295个从25.4到48.7HZ的调整等级，主要用来拍摄垂直频率小于50HZ的计算机监视器或者其他屏幕等，以获得无水平噪波带的图象。
1/60秒。
1/125秒。
1/250秒。
1/500秒。
1/1000秒。
1/2000秒主要用于拍摄快速运动的物体。
拍摄快速运动的物体时，根据物体速度调整SHUTTERA键，选择合适的快门速度。
拍摄计算机监视器或者其他屏幕等时，调整CLS/ECS。
CCD相机电子快门控制技术的研究
题目CCD相机电子快门控制技术的研究TopicElectronic control technology to shutter of CCDcamera摘要CCD(Charge Coupled Device)是电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊的半导体器件，是一种新型的固体成像器件。
它既具有光电转换的功能，又具有信号电荷的存储、转移和读出的功能。
CCD应用技术是光、机、电和计算机相结合的高新技术。
目前，CCD技术广泛应用于视频处理的前端，它通过光电转换将光信号转化为电信号，以便于后续电路的处理。
本文从CCD出发，系统地介绍了CCD的发展、结构、特点和分类，并以CV-A50/CV-A60相机为例，阐述CCD相机的控制时序，并介绍了调光的种类及各自的优缺点。
本文以AT mega16单片机为例，详细地介绍了用A VR单片机控制调光的硬件和软件的实现，为调光系统的设计提供了一种新的思路。
关键词：CCD A VR单片机调光ABSTRACTCCD (Charge Coupled Device) is a kind of special semiconductor device, which is a new kind of solid imaging device. It not only has the fuction of conversion of light to electricity, but also has the fuction of storage, transfer and read-out of singals. Technique of CCD is high and new technique that contains light, machine, gives or gets an electric shock to combine together with the computer. Now CCD technology is widely applied in the front of video acquisiton, which changes optical signal into the electric signal through photo electricity, to satify the treatment of the follow-up circuit.Starting from CCD, this paper introduces the development, structure, characteristic, ategorised of CCD and by taking an example of CV-A50 /CV-A60 camera, it explains the control time sequence of the CCD camera, and introduces the kind of adjusting luminance and one's own pluses and minuses. Taking AT mega16 as an example, the paper shows the software and hardware architechture of adjustion system to give out a new method of sytem design of luminance adjust.Keyword: CCD, A VR one-chip computer, Adjustion of luminance目录第一章绪论 (1)第二章CCD介绍及调光原理 (2)2.1CCD介绍 (2)2.2调光原理 (4)第三章CV-A50/CV-A60相机及图像采集卡 (7)3.1CV-A50/CV-A60相机的工作方式 (7)3.2图像采集卡 (10)第四章A VR Mega16单片机介绍 (12)4.1AVR单片机介绍 (12)4.2 AT Mega16单片机硬件简介 (13)4.3 A VR Mega16单片机编程 (18)第五章单片机控制调光设计 (22)5.1总体设计 (22)5.2硬件设计 (23)5.3软件设计 (24)5.4实验结果 (25)结论 (27)致谢 ........................................................................ 错误!未定义书签。
CCD工业相机、CCD工业摄像头的电子快门时间详解
CCD工业相机、CCD工业摄像头的电子快门时间详解CCD工业相机、CCD工业摄像头电子快门是利用电子技术在时间上控制CCD芯片上电荷的产生与转移，从而得到“快门”效果。
电子快门是相对相机的机械快门功能而提出的一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间，由于CCD感光的市值就是信号电荷的积累，感光越长，信号电荷积累实践也越长，输出信号电流的幅值也越大。
电子快门的特点是无运转噪声、速度档次多、速度快，适合分析快速运动过程，但存在图像的不连续、间断跳跃感。
常见的电子快门的方式有rolling shutter 和Global shutter两种，rolling shutter是逐行顺序曝光，所以不适合运动物体的拍摄。
当采用global shutter方式曝光时，所有像素在同一时刻曝光，类似于将运动物体冻结了，所以适合拍摄快速运动的物体。
如果CCD的曝光时间过长，就会使速度快的运动物体变模糊。
CCD工业相机、CCD 工业摄像头的电子快门可以使曝光时间得到控制和调节，这种调节可以用CCD工业相机、CCD工业摄像头上的开关组合来实现，也可以通过CCD工业摄像机上的串行总线来控制。
这种非机械式的、具有很大的灵活性的快门控制，给视觉系统带来了极大的好处。
电子快门的曝光时间的变化，仅仅改变了CCD光敏像元对外来光的感应时间，但不会改变CCD内在的视频读出周期。
对于运动物体来说，快门时间越短，所获取的图像越精确，即越不模糊，但过短的曝光时间会使光照强度大大提高，给光照技术带来很大的困难，所以应选择合适的快门时间。
快门时间与物体的大小、运动速度、物体至镜头的距离等因素有关，特别是机器视觉系统对获取器图像的精度要求，以像元为单位，例如1个、2个或者1/2个像元精度。
电子快门是利用了CCD不通电不工作的原理，在CCD不通电的情况下，尽管像场窗口“大敞开”，但是并不能产生图像。
如果在按下快门钮时，使用电子时间电路，使CCD只通电“一个指定的时间长短”，就也能获得像有快门“瞬间打开”一样的效果。
简述高速快门的原理及应用
简述高速快门的原理及应用1. 高速快门的原理高速快门是指相机在拍摄过程中，快门速度非常快的一种快门模式。
它的原理是通过快门的开启和关闭速度来控制相机曝光时间，从而实现快速拍摄。
一般来说，快门速度快的相机能够捕捉到非常短暂的事件，例如高速运动或者快速变化的光线条件。
快门的原理是利用快门幕帘的开合，控制感光元件（例如CCD或CMOS）的曝光时间。
在高速快门模式下，快门幕帘的开合速度非常快，使得曝光时间非常短暂，从而可以冻结瞬间的动态。
2. 高速快门的应用高速快门的应用非常广泛，下面列举几个常见的应用场景：•体育摄影：在体育比赛中，运动员的动作非常迅猛，尤其是球类运动，使用高速快门可以准确捕捉到球在空中飞行的瞬间，从而拍摄到精彩的照片。
此外，在夜间或室内场馆拍摄时，由于光线较暗，使用高速快门可以避免拍摄到模糊的照片。
•动物摄影：野生动物的行为通常非常活跃，使用高速快门可以准确记录动物各种动作细节，包括飞行中的鸟类、奔跑中的猎豹等。
此外，动物的眼神变化也可以通过高速快门捕捉到，使照片更加生动。
•街头摄影：在繁忙的街头，人群来来往往，使用高速快门可以准确捕捉到瞬间的人物表情和动作。
街头摄影通常需要快速反应和准确决策，高速快门能帮助摄影师捕捉到更多有趣的瞬间。
•高速物体拍摄：例如，汽车赛车、飞行器等高速运动的物体，使用高速快门可以捕捉到它们移动时产生的瞬间变化，使得照片更加生动。
3. 如何设置高速快门要使用高速快门拍摄，需要按照以下步骤进行设置：1.打开相机，并将模式调至手动模式（M档）或者快门优先模式（Tv或S档）。
2.调整快门速度至较快的速度。
通常可以选择1/1000秒或更快的时间。
3.根据拍摄条件调整光圈和感光度（ISO），以保证图像的曝光正确。
4.根据需要设置连拍模式。
在一些高速动作场景下，连拍可以提供更多的选择，以捕捉到适合的瞬间。
5.对焦并按下快门拍摄。
4. 高速快门的注意事项使用高速快门需要注意以下事项：•快门速度越快，相机感光元件暴露时间越短，因此光线条件较暗时可能需要提高ISO感光度来保证曝光正确。
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CCD摄像机中的高速电子快门
快门是照相机(或摄影机)所特有的用来控制曝光时间的一种装置。
如果将照相机(或摄影机)中的曝光时间的含义运用于摄像机中。
摄像机的曝光时间．则可称为快门速度．就是同一像素相继二次读出电荷的时间周期．也就是像素积累电荷所需的时间。
对于传统的真空管式摄像机，根据电视扫描制式的不同，PAL制的快门速度为1／25s(s表示秒)．NTSC制的快门速度为1／30s。
对于CCD摄像机，其基本的快门速度应为1／50s(PAL制)或1／60s(NTSC制)。
1．在CCD摄像机中采用高速电子快门的主要目的
传统的真空管式摄像机由于快门速度较低，加之摄像管的惰性较大，因此．在拍摄高速运动物体时，很难准确“冻结”物体的变化动作。
这样在重放时，特别是慢动作或“定格”(静帧)重放时，画面的轮廓往往模糊不清，动态分辨力不高。
有两条途径可以提高画面的轮廓清晰度和动态分辨力：一是提高快门速度，二是降低摄像管的惰性。
由于CCD摄像机中的摄像器件是依靠时钟脉冲来读取电荷的．这一点决定它本身的惰性很小。
另外，CCD摄像机的基本快门速度略高于真空管式摄像机．因此．采用高速快门的CCD摄像机其动态分辨能力要高于真空管式摄像机．这是CCD摄像机的一大优点。
尽管如此，在拍摄高速运动的物体时．如果CCD摄像器件还是采用摄像管的基本快门速度来拍摄高速运动的物体，它的动态分辨能力仍然难以满足实际需要，因此对于CCD摄像机，只有提高其快门速度才能实现。
CCD摄像器件对像素电荷的读取是采
用时钟脉冲在场逆程期间进行的，这一点使得CCD摄像机．可以非常方便地通过加装高速电子快门的办法来提高其动态分辨能力，这就是目前生产的CCD摄像机多采用高速快门的主要原因和目的。
采用高速电子快门之后．不仅使CCD摄像机在拍摄高速运动物体时图像的细节更加丰富。
而且显著地提高了重放时．特别是慢镜头和定格(静帧)重放画面的清晰度。
2．高速电子快门的工作原理
目前除帧转移方式的CCD摄像机仍然使用机械快门来清除垂直拖尾现象外．在帧一行间转移方式和行间转移方式的CCD摄像机中．均使用了操作更为方便、并且控制范围更大的电子快门。
实现高速电子快门的基本构思是，将成像区积累信号电荷的场正程时间分为两部分：前一部分时间积累的信号电荷被无效地释放掉，不形成信号输出，后一部分时间积累的电荷被有效地利用起来．形成信号输出。
以帧一行间转移方式为例。
其无效电荷的释放是在前一部分积累时间结束后．由读出脉冲和高速反向移位脉冲将整个成像区的像素电荷统一移至“过流溢出”区域来实现的。
具体地说，若通过电子快门(或旋钮)，选择的高速快门时间为1／t秒，则在场正程开始后．成像区的CCD像素按照正常的帧一行间转移方式积累电荷，当积累
时间至(1／50-1／t)秒(PAL制)时，成像区积累的电荷便在读出脉冲的控制下，被快速送至垂直移位寄存器．随即在高速反向移位脉冲的控制下．再将垂直移位寄存器的电荷移至“过流溢出”区域。
在剩余的场正程时间(1，t)秒(PAL制)内，成像区的CCD像素又开始重新积累电荷，直至场正程结
束。
在场消隐期间．再按照正常的帧一行间转移方式将有效电荷转移和读出。
可见．有效电荷的积累时间就是CCD摄像机的曝光时间。
显然，曝光时间的长短与读出脉冲的位置有关。
帧一行间转移方式CCD摄像机中读出脉冲的位置是受所选择的快门速度的控制，快门速度愈高，其读出脉冲相对于场正程前沿的右移量愈大．则无效电荷的积累时间愈长；有效电荷的积累愈短，曝光时间愈短，反之，则曝光时间愈长。
3．高速电子快门的使用
目前．CCD摄像机种类繁多。
型号各异，不同类型的CCD摄像机所设置的电子快门的级数和速度往往并不相同。
如有的只设有标准、1／1000s，有的则设有标准、1／120s、1／250s、1／500s、1／1000s、1／2000s、1／4000s等，有的甚至更多、更高。
具有高速电子快门的CCD摄像机均有一个高速电子快门按键(或旋钮)，摄像机上一般用英文(HIGH SPEED SHUTFER)标注，各级快门速度一般在电子寻像器中有相应的数字显示。
选择快门速度时，只要重复按动高速快门选择键．则快门的速度就会按一定的顺序改变，如果寻像器里显示的数字为“1／1000'’．则表示摄像机的曝光时间为1／1000s。
尽管高速电子快门的使用可以提高CCD摄像机的动态分辨能力．但同时也会带来一些缺点，这些缺点主要有：
(1)使用高速电子快门时，由于CCD像素积累有效电荷的时间减少了。
因此。
摄像机视频信号的输出电子必然降低(图像变暗)，导致摄像机的灵敏度下降，快门速度愈高，灵敏度下降愈严重。
当然灵敏度的下降完全可以采用增大光圈和提高增益的办法来补偿．但同时却使图像的景深缩小和
信噪比下降。
目前，部分CCD摄像机在灵敏度、信噪比、分解力等性能指标方面已超过了同档次的真空管式摄像机。
(2)使用高速电子快门拍摄运动物体时，由于运动物体每一场中均有一段时间没有用来进行有效电荷的积累，因此，在重放时，必然会造成运动物体动作的不连续。
即产生类似“动画”的效果。
快门速度愈高，重放速度愈慢，“动画”效果愈明显。
(3)在使用高速电子快门时，我们应首先考虑所用摄像机的灵敏度和所摄环境的照度．然后再根据拍摄内容和实际需要，选择恰当的快门速度。
当摄像机和被摄物之间有相对运动．但拍摄内容无特殊需要，而且环境照度较低时，应采用标准速度快门拍摄．以提高摄像机的灵敏度。
如果环境照度较高，则可采用较高的高速快门速度进行拍摄．这样在拍摄完后用具备超静止前进和慢动作的录像机重放快速动作的场面时，画面仍然非常清晰。
假如拍摄内容在重放时需呈现清晰的动作变化过程．则在环境照度允许的情况下．可以采用较高的快门速度进行拍摄。
例如在拍摄体育运动项目时，若采用较高的快门速度，则在重放，特别是慢动作以及定格(静帧)重放时，可以得到轮廓清晰的运动画面。
当环境照度很高，并已超出摄像机的正常工作范围时。
在无中性滤色镜情况下．当光圈调整至最小(F16)仍然不能使照度降低到摄像机所要求的照度范围：或因拍摄艺术造型的需要．不允许采用较小的光圈拍摄时，就可采用高速快门来衰减镜头的进光量。
快门速度愈高．对入射光的衰减越大。
为了使用方便，有些摄像机设有EEI(扩展电子光圈)电路。
当环境照
度较高时，摄像机内部的CCD便自动启动电子快门在0~1／250s之间连续进行调整．以减小镜头的入射光。
注意：
在以荧光灯照明的拍摄场合，为了避免画面出现黑场，应采用高于1／100s(PAL制)或1／125s(NTSC制)的高速快门拍摄。