CCD摄像头基本知识
CCD以及镜头入门知识共33页
镜头基本知识
镜头的选择要点
1、视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我 们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，以有利于运动控ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
2、景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在 选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果 项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。
光路计算
视角和镜头中心点
CCD靶面
镜头中心点
视角
视场 范围
v
u
视角＝2arctag(CCD靶面尺寸/2v ) 由于v≈f，所以视角≈ 2arctag(CCD靶面尺寸/2f ) 镜头中心点的位置大致就在靶面向前f的距离上
光路计算
视角的进一步知识 视角和镜头以及CCD尺寸均相关
1/3”CCD视角
工业数字相机基本知识
彩色形成方式
彩色覆膜+bayer算法
棱镜分光方法
KEYENCE的CCD
CCD: 是Charge Couple Device的缩写， 是由像素构成。像素是指数字图像的最小单位， 是一个可以检测光强度的传感器（光电二极 管）。其工作原理是光到达CCD 某个像素时， 根据光的强度产生相应的电荷，将该电荷的大 小读取为电信号，即可获得各像素上光的强度 （浓度值）。
CCD的芯片的分辨率越高，要求的镜头的分辨率也越高
镜头基本知识
常用镜头参数：变形率
变形率定义: 两张底片比较，一张是该镜头拍的底 片（底片1），另一张是无变形的标 准底片（底片2），两张底片取景相 同，中心点严格一致，先在底片1上 确定一点到底片中心点的距离（距离 1），然后在底片2上找到对应的该 点并量度该点到中心点的距离（距离 2），然后: （距离1-距离2）/距离 2*100% 所有的镜头都存在有变形的现象。可以用一个网格线模板进行测试， 一般情况下越是焦距短的镜头，越是变形率大。 变形率小于2%都是不错的镜头
CCD参数的基础知识
CCD参数的基础知识CCD（Charge-Coupled Device）是一种用于图像传感器的技术，被广泛应用于数码相机、摄像机以及其他光学设备中。
CCD参数是指影响图像质量和性能的一系列参数，了解这些参数对于选择和使用CCD设备至关重要。
本文将介绍CCD参数的基础知识，包括感光元件尺寸、像素数量、动态范围、噪声水平等。
1.感光元件尺寸：感光元件尺寸是指CCD芯片上感光元件的物理尺寸，通常以英寸（inch）为单位。
感光元件尺寸越大，可以捕捉到的光线越多，图像质量也越好。
常见的CCD感光元件尺寸有1/2.3英寸、1/1.8英寸、APS-C（1.5英寸）等。
2.像素数量：像素数量是指CCD芯片上感光元件的数量，也就是图像的分辨率。
像素数量越多，图像细节表现越清晰。
常见的CCD像素数量有100万像素、200万像素、1200万像素等。
3.动态范围：动态范围是指CCD芯片能够捕捉到的亮度范围。
动态范围越大，CCD可以同时捕捉到明亮和暗部的细节，图像的对比度和细节丰富度都会更好。
动态范围通常以dB（分贝）为单位表示。
4.噪声水平：噪声是CCD芯片产生的非图像信号，可以分为暗噪声和亮噪声。
暗噪声是指在低光条件下，CCD芯片自身产生的噪声；亮噪声是指在高光条件下，CCD芯片产生的噪声。
噪声水平越低，图像质量越好。
常见的噪声水平有e-（电子）/pixel、dB（分贝）等。
5.曝光时间：曝光时间是指CCD感光元件接收光线的时间长度。
曝光时间越长，CCD可以接收到更多的光线，图像亮度越高。
曝光时间通常以秒为单位。
6.帧率：帧率是指CCD设备每秒处理的图像帧数。
帧率越高，CCD设备可以更快地捕捉连续的图像，适用于快速移动的物体拍摄。
帧率通常以fps（帧/秒）为单位。
7.信噪比：信噪比是指CCD芯片输出信号与噪声之间的比值。
信噪比越高，CCD 输出的图像信号越清晰，噪声干扰越小。
信噪比通常以dB（分贝）为单位。
8.动态响应：动态响应是指CCD芯片对不同亮度的光线变化的反应能力。
CCD基本知识
CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。
目前市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。
因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。
在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。
然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。
好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。
个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD 靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。
第二章摄像机的主要技术参数一、CCD尺寸即摄象机靶面。
目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。
在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。
在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。
1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。
2 /3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。
1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。
1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。
1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2m m*高2.4mm，对角线4mm。
二、CCD像素是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。
CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。
CCD相机的知识简介
Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer
Interline Transfer Serial Register
Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer
Interline Transfer Serial Register
对应的方法： A 增大单位像素尺寸； B 缩短曝光时间；
缺点：对于暗的部分曝光不足 C 间歇开关时钟电压；
缺点：会降低速度 D 溢出沟道和溢出门；
缺点：制作复杂，且还有缺陷
所以，增大像素尺寸是最完善的做法。
3. 电荷转移
当一个CCD芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包，就 按照一行的方向转移出CCD感光区域。为下一次感光释放空 间。
由上面两图可看出：CMOS和CCD最大的区别是 CMOS的 电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的
二、CCD 和 CMOS 的比较
1. 由于上面所说的结构，CCD的电路更改更方便。而由于
CMOS的过分集成，电路更改不方便，但可靠性高。
2. CMOS功耗小。
3. CMOS噪声大。
4.
CCD信噪比的典型值一般为45－55dB。 CMOS传感器
二、CCD 和 CMOS 的比较
因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用，因此大量工业 及广播级摄像机都使用CCD传感器，CMOS传感器一般用于低 端产品。在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色 彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性 一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也不太好。
ccd摄像机基础知识
ccd摄像机基础知识前言什么是ccd？在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或ccd（charge coupled device）即电荷耦合元器件。
严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机（头）上已经有镜头。
摄像头的主要传感部件是ccd，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，ccd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。
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。
这个标准的视频信号同家用的录像机、vcd机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。
第一章摄像机发展史第一节ccd发展简史ccd产品问世已有30多年，从当时的20万像素发展到目前的500—800万像素，无论其市场规模还是其应用面，都得到了巨大的发展，可以说是在平稳中逐步提高，特别是近几年来，在消费领域中的应用发展速度更快。
由于ccd的技术生产工艺复杂，目前业界只有索尼、飞利浦、柯达、松下、富士和夏普６家厂商可以批量生产，而其中最主要的供商应是索尼，飞利浦和柯达，其中，在各厂商市占率方面，索尼以50％的市占率，成为市场领导厂商。
索尼从70年代研发ccd以来，即将其广泛运用在摄录放影机及广播电视等专业用摄影机等器材上，目前索尼的研发水平仍是领先于其它公司之上目前的ccd组件，每一个像素的面积和开发初期比较起来，己缩小到1/10以下。
今后在应用产品趋向小型化，高像素的要求下，单位面积将会更加的缩小。
CCD摄像机
1/2"CCD耙耙 耙
1/3"CCD耙耙 耙
1/4"CCD耙耙 耙
五 按扫描制式划分 PAL制与NTSC制 制与NTSC 中国采用隔行扫描PAL制式(黑白为CCIR),标准为 PAL制式 CCIR), PAL制与NTSC制. 中国采用隔行扫描PAL制式(黑白为CCIR),标准为 625行 50场 只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式.另外, 625行,50场,只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式.另外,美 日本为NTSC制式,525行 60场 黑白为EIA NTSC制式 EIA). 国,日本为NTSC制式,525行,60场(黑白为EIA). 六 按供电电源划分 110VAC/60HZ NTSC制式多属此类 /60HZ( 制式多属此类), 220VAC/50HZ Or/60HZ, 110VAC/60HZ(NTSC制式多属此类), 220VAC/50HZ Or/60HZ, 24VAC/50HZ Or/60HZ.12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类) 24VAC/50HZ Or/60HZ.12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类)
三,CCD 摄像机常见性能和主要性能指标
3.1 成像元件 这里指的就是CCD,主要区分为彩色 黑白 主要区分为彩色,黑白 及品牌. 这里指的就是 主要区分为彩色 黑白,1/3",1/4", 1/2"及品牌. 及品牌 尺寸: 尺寸 大小的差别主要在于灵敏度,也就是最低照度 也就是最低照度,1/4照度会比 差,原理很简单 照度会比1/3差 原理很简单 原理很简单: 大小的差别主要在于灵敏度 也就是最低照度 照度会比 光点,摆在 上的每一点一定比较小点,他的受光就较少 摆在1/4上的每一点一定比较小点 他的受光就较少,当然 相同数量的感 光点 摆在 上的每一点一定比较小点 他的受光就较少 当然 照度就较差,好处是便宜一些 还有体积较小,板子可以做小一些 好处是便宜一些,还有体积较小 板子可以做小一些. 照度就较差 好处是便宜一些 还有体积较小 板子可以做小一些 品牌: 品牌 以价位来说,从贵到便宜 从贵到便宜,分别是 这几种, 以价位来说 从贵到便宜 分别是 Sony, Panasonic,Sharp,A1(L.G)这几种 这几种 Sony 通常会标"Sony Super-HAD CCD"这是 通常会标" 这是Sony的注册商标 低照度会 的注册商标, 这是 的注册商标 标 "Sony Ex-View CCD" 在一般产品目录上常看到 " 1/3" SONY Super- HAD CCD" , Ex-view 也是索尼 也是索尼CCD注册的专有名词 照度比 注册的专有名词, 注册的专有名词 Super-HAD 更低 当然价格也贵多了. 更低,当然价格也贵多了 当然价格也贵多了.
CCD知识
1 cctv的含义是什么？答：cctv 是英文closed circuit television的缩写，意思是闭路电视监控系统，现阶段已改叫做视频监控系统。
2 什么是镜头的焦距？答：从光学原理来讲焦距就是从焦点到透镜中心的距离。
即焦距长度。
如"f=8-24mm，"，就是指镜头的焦距长度为8-24mm。
3 焦距长短与成像大小视角大小有什么关系？答：焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。
镜头焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。
4焦距长短与景深透视感又什么关系？答：焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。
焦距长短与透视感的强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越强.5 什么是监控摄像机的后焦调整？答：当安装上标准镜头，要使被摄景物的成像恰好成在ccd图像传感器的靶面上，可以采用固定镜头，而调整ccd的位置的方法这种方法叫监控摄像机的后焦条整.6 什么是镜头f值？答：f 值即指镜头之明亮度。
镜头规格中所显示＜最大口径比1:1.2＞之＜1.2＞即为f 值。
f值越小表示镜头之明亮度越高。
f值每缩小一级距，明亮度即增加两倍。
镜头之射入光量与光束之断面积[镜头的有效口径[d]的平方]成比例，因此影像明亮度为f值平方之反比。
由此推算，f值每缩小一级距，明亮度即增加两倍。
7 什么是镜头的光圈？答：光圈的功能就如同我们人类眼睛的虹蟆，主要用来调整监控摄像机的进光量，f表示镜头的孔径，较小的f值表示较大的光圈.8 什么是景深？答：当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都当清晰的。
焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深.9 什么是广角镜头？（wide angle）答：广角镜头因焦距非常短，所以投射到底片上的景物就变小了扩阔镜头拍摄角度，除可拍摄更多景物，更能在狭窄的环境下拍摄出宽阔角度的影像。
CCD监控摄像机的初步认识
CCD监控摄像机的初步认识一、CCD摄像机的初步认识1. 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。
2. 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。
3. 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330-480，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。
4. 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。
另外摄像机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 10Lux，20cm处烛光10-15Lux ，夜间路灯 0.1Lux。
5. 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。
CCD摄像机常见性能和主要性能指标要点
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）信号敏感，所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低，一般可做到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。
ccd摄像头曝光方法分类
ccd摄像头曝光方法分类【原创版】目录1.曝光方法的定义和重要性D 摄像头的基本原理D 摄像头曝光方法的分类4.各种曝光方法的特点和应用5.曝光方法的选择和影响因素6.曝光方法的发展趋势正文一、曝光方法的定义和重要性曝光方法是指在摄影或摄像过程中，相机的快门控制和光圈调节等方式来控制光线照射感光元件的时间和强度，以获得合适亮度和清晰度的图像的方法。
在 CCD 摄像头中，曝光方法对于获取高质量的图像至关重要。
二、CCD 摄像头的基本原理CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）摄像头是一种图像传感器，它可以将光信号转换为电信号，并通过信号处理电路输出。
CCD 摄像头主要由光敏元件、信号读取电路和信号处理电路组成。
三、CCD 摄像头曝光方法的分类CCD 摄像头的曝光方法主要分为以下几种：1.矩阵曝光法：通过控制光圈和快门的组合，使感光元件上的每个像素单元都能得到合适的曝光量。
矩阵曝光法适用于高质量图像的拍摄。
2.滚动快门曝光法：通过控制快门的滚动速度和光圈的大小，使感光元件上的每个像素单元都能得到合适的曝光量。
滚动快门曝光法适用于高速图像的拍摄。
3.实时曝光法：在图像传感器的每个像素单元上都有一个光电二极管，通过控制光电二极管的工作状态，实时测量光线的强度，并根据测量结果调整曝光量。
实时曝光法适用于光线变化较大的场景。
4.曝光补偿法：通过测量图像的亮度，并根据亮度值调整曝光量，以获得合适的图像亮度。
曝光补偿法适用于复杂的光线环境。
四、各种曝光方法的特点和应用1.矩阵曝光法：适用于高质量图像的拍摄，特点是图像清晰度高、色彩还原好。
2.滚动快门曝光法：适用于高速图像的拍摄，特点是拍摄速度快、图像流畅。
3.实时曝光法：适用于光线变化较大的场景，特点是能够实时调整曝光量，适应性强。
4.曝光补偿法：适用于复杂的光线环境，特点是能够获得合适的图像亮度，适用于不同光线条件的拍摄。
五、曝光方法的选择和影响因素曝光方法的选择主要取决于拍摄场景、拍摄设备和拍摄要求等因素。
CCD摄像机
CCD 摄像机CCD 摄像机以CCD 图像传感器(光耦合器)为核心组件，外加同步信号、视频信号处理及电源等外围电路所组成。
摄像机能够按现行电视标准输出视频信号，必须要与电视扫描制式相同 ( 黑白机种 – EIA / CCIR ；彩色机种 – NTSC / PAL )。
摄摄影影机机的的技技术术参参数数1、图像传感器：指摄像机CCD 的传感器CCD 的尺寸泛指传感器的对角尺寸。
一般分为2/3、1/2、1/3、1/4、1/6寸等。
现时常用为本1/2、1/3、1/4寸的CCD 。
其尺寸越大对环境可见光的感应愈好，可于照度低的环境呈现较佳影像品质2、像数﹕指的是摄像机CCD 传感器的最大像素数，有些给出了水平及垂直方向的像数，如500H×582V(约29万有效像数)，有些则给出了总像数，如30万像数。
对于一定尺寸的CCD 芯片，像数越大则每一像素单元的面积越小，因而该芯片构成的摄像机的分辨率就越高。
3、分辨率（TV 线）：分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数，指的是当摄像机撷取等间隔排列的黑白相间的条纹(检测用标准图表)时，在监视器上能够看到的最多线数。
4、低照度（ lux ）：最低照度也是衡量摄像机优劣的一个重要参数，最低照度是指被摄景物于环境的亮度低到一定的程度仍可使摄像机输出可供识别影像的照度值，也就是输出的Video 信号电平低到某一规定值时的景物照度值。
测定此参数时，还应特别注明镜头的最大相对孔径。
例如，使用F1.2的镜头，当被摄物环境照度值低到0.04 Lux 时，摄像机输出的Video 信号振幅为最大振幅的50%，达到350mv （标准视频信号最大振幅为700mv,同步信号振幅为300 mv ），则称此摄影像机的最低照度为0.04 Lux / F1.2。
被摄景物的环境光亮度值再低，摄像机输出的Video 信号的幅度就达不到350mv 了。
反映在监视器的屏幕上，将是一幅很难分辩出轮廓层次灰暗的图像。
CCD摄像机培训资料
CCD摄像机培训资料电子快门电子快门（Electronic Shutter）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感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。
通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间功能。
目前，市场上常见的CCD摄像机绝大多数都带电子快门功能，其电子快门时间一般为1／50s~1/10000s。
高档摄像机一般将电子快门时间分为若干档，可通过多档拨动开关手动调节，也可在自动方式下由摄像机根据检测到的光强度知道调节。
普通摄像机一般只在其机身侧面或后面板上设有一个自动电子快门ON/OFF开关，还有些产品干脆将自动电子快门做成内置式，使用者无法干预。
为了在低照度环境下也能拍摄到较为清晰的画面，有些摄像机还具有多场积累电子快门方式，它很类似于照相机的b门或者t门感光拍摄方式。
在这种方式下，CCD感光单元可以暂停若干场的电荷转移。
由于电荷的积累作用，输出信号的幅值度也相应得到提高，相当于提高了摄像机低照度灵敏度。
常见的场积累时间一般为2场4场或者6场。
需要注意的是：这种多场积累电子快门方式一般仅适合对于非运动场景的摄像监视。
CCD摄像机的高速电子快门功能可以防止拍摄高速运动物体时造成的“运动模糊”现象。
所谓的运动模糊现象即摄像机在拍摄快速运动的物体时会出现“拖影”，这是由于CCD的感光时间太长，而这断时间内物体已经产生了移位，也就是说事实上，在一个电荷转移周期内，运动物体CCD靶面不同位置都成了像。
为了防止运动模糊现象，就应该缩短入射光在CCD靶面上的作用时间，也就是说，在每一场内，只将某一时间产生的电荷作为图像信号输出，而将其余时间产生电荷信号排放掉不予使用，这样就缩短了存储电荷的时间，如同快门一样，也就是电子快门的实质。
在大多数应用场合，CCD的自动电子快门功能还能实现自动光圈的效果，即当通过镜头的光通量较强时，输出信号电流也会较大，此时电子快门自动调节到高速档，使信号电荷的积累时间变短，进而使输出信号电流的幅值也会减少；而当镜头的通光量较弱时，输出的信号电流的幅值也增加，大多数电子快门的速度可连续可调的，由此实现了当被摄像景物的光照度变化时，CCD 输出电流基本保持稳定。
CCD摄像机知识专业解析
CCD摄像机知识解析【安防知识网】提起CCD，想必大家都不陌生，但究其根源，也许有些人并不十分了解。
本文主要为读者介绍CCD摄像机的基础知识，希望大家对CCD有进一步的了解。
什么是CCDCCD是一种固体图像传感器，它是电荷耦合器件(Charge coupled device)的英文简称，是1970年美国贝尔实验室的W·B·博伊尔(W·B·Boyle)和G·E·史密斯(G·E·Smith)等人研制出来的。
CCD是在MOS晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是MOS(金属—氧化物—半导体)电容结构(如图1所示)。
它是在半导体P型硅(si) 作衬底的表面上用氧化的方法生成一层厚度约100nm~150nm的Sio2，再在Sio2表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个MOS 电容器。
所以，CCD是由一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列构成的。
目前的CCD器件均采用光敏二极管代替过去的MOS电容器，它是在P 型Si 衬底上扩散一个N+区域以形成P-N结二极管。
将光电二极管反向偏置，就可在光电二极管中产生一个定向电荷区(称之为耗尽区)。
在定向电荷区中，光生电子空穴分离，光生电子被收集在空间电荷区中。
空间电荷区对带负电的电子而言，是一个势能特别低的区域，因此通常又称之为势阱。
投射光产生的光生电荷就储存在这个势阱之中，势阱能够储存的最大电荷量又称之为势阱容量，势阱容量与所加栅压近似成正比。
光敏二极管和MOS电容器相比，光敏二极管具有灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小等特点。
如果将一系列的MOS电容器或光敏二极管排列起来，并以两相、三相或四相工作方式把相应的电极并联在一起，并在每组电极上加上一定时序的驱动脉冲，这样就具备了CCD图像传感器的基本功能。
CCD摄像机的组成黑白CCD摄像机的组成及原理如图2所示。
ccd摄像头参数
ccd摄像头参数CCD摄像头是一种使用CCD（Charge-Coupled Device）传感器的摄像头，主要用于捕捉图像和视频。
CCD摄像头的参数影响着图像和视频的质量，下面将详细介绍一些常见的CCD摄像头参数。
1.分辨率：分辨率是CCD摄像头最重要的参数之一，它表示图像或视频的清晰度和细节程度。
分辨率通常以像素为单位表示，例如，1280x720表示水平方向有1280个像素，垂直方向有720个像素。
较高的分辨率意味着更多的像素，能够捕捉更多的细节，但也需要更大的存储空间。
2. 帧率：帧率是指CCD摄像头每秒传输的图像帧数。
常见的帧率包括25fps、30fps和60fps等。
较高的帧率可以提供更流畅的视频，尤其在快速移动的场景中效果更好。
3.曝光时间：曝光时间是指CCD摄像头感光元件暴露于光线下的时间长度，通常以毫秒为单位表示。
较长的曝光时间可以捕捉到更多的光线，适用于低光条件下的拍摄，但也可能导致运动模糊。
4.动态范围：动态范围是指CCD摄像头能够捕捉的亮度范围。
较大的动态范围意味着CCD摄像头能够同时捕捉到非常暗和非常亮的区域，从而提供更真实的图像。
常见的动态范围有60dB、80dB和100dB等。
5.像素大小：像素大小是指CCD摄像头感光元件上每个像素的物理尺寸。
较大的像素大小通常可以捕捉到更多的光线，提供更好的低光性能和更低的噪声水平。
6. 接口类型：CCD摄像头的接口类型决定了它是如何与计算机或其他设备连接的。
常见的接口类型包括USB、Ethernet、HDMI和GigE等。
USB接口是最常见的接口类型，易于使用和安装。
7.自动对焦：自动对焦功能使CCD摄像头能够自动调整焦距，以获得清晰的图像。
它可以根据拍摄对象的距离和位置自动调整焦点，提供更好的拍摄体验。
8.视场角度：视场角度是指CCD摄像头可以捕捉到的水平和垂直角度范围。
较大的视场角度意味着CCD摄像头能够捕捉到更宽广的景象，非常适合于拍摄大范围的场景。
CCD知识培训
CCD知识培训１、依成像色彩划分彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。
黑白摄像机：适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用黑白摄像机。
２、依分辨率灵敏度等划分影像像素在38万以下的为一般型，其中尤以25万像素（512*492）、分辨率为400线的产品最普遍。
影像像素在38万以上的高分辨率型。
３、按CCD靶面大小划分 CCD芯片已经开发出多种尺寸：目前采用的芯片大多数为1/3"和1/4"。
在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。
1英寸--靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。
2/3英寸--靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。
1/2英寸--靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。
1/3英寸--靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。
1/4英寸--靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm。
４、按扫描制式划分 PAL制。
NTSC制。
中国采用隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行，50场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。
另外，日本为NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。
５、依供电电源划分 110VAC（NTSC制式多属此类）， 220VAC， 24VAC。
12VDC或9VDC（微型摄像机多属此类）。
６、按同步方式划分内同步：用摄像机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。
外同步：使用一个外同步信号发生器，将同步信号送入摄像机的外同步输入端。
功率同步（线性锁定，line lock）：用摄像机AC电源完成垂直推动同步。
外VD同步：将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。
多台摄像机外同步：对多台摄像机固定外同步，使每一台摄像机可以在同样的条件下作业，因各摄像机同步，这样即使其中一台摄像机转换到其他景物，同步摄像机的画面亦不会失真。
CCD摄像头基本知识
CCD（电荷耦合器）摄像头基本知识现在科学级的摄像头比前几年更尖端，应用领域也更广了。
在生物科学领域，从显微镜、分光光度计到胶文件、化学放光探测系统，都用到了CCD的摄像头。
但是很多研究工作者对CCD的指标仍云里雾里。
下面对CCD的一些常见指标进行表述。
常见的CCD一般指：CCD摄像头和插在电脑的采集卡区别数字摄像头与模拟摄像头所有CCD芯片都属于模拟的设备。
当图像进入计算机是数字的。
如果信号在摄像头、采集卡两部分完成数字化的，这个CCD被认为是模拟CCD。
数字摄像头事实上是由内置于摄像头的数字化设备完成数字化过程，这样可以减少图像噪音。
与模拟摄像头相比，数字摄像头提高了摄像头的信噪比、增加摄像头的动态范围、最大化图像灰度范围。
科学级的绝大多数的CCD芯片都是由Kodak、Sony、SIT制造。
评价CCD的基本指标信噪比SNR真实体现摄像头的检测能力。
所有的CCD摄像头的厂家为提高摄像头的性能，都尽力使信号（可达到满井电子的数目）最大同时尽可能减少噪音。
SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit数在相同满井电子的CCD，降低CCD噪音，就能提高CCD的监测能力，热或者暗电流对于CCD都是噪音，噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷的Peltier消除。
在曝光超过5-10秒，CCD芯片就会发热，没有致冷设备的芯片，“热”或者白的像素点就会遮盖图像。
-20度的摄像头可以拍摄不超过5分钟的图像，-40度的摄像头拍摄时间可以超过1小时。
像素面积这个指标是在芯片的一个重要指标。
像素面积越大、对光越灵敏。
因为像素点面积有更多电子，能产生更多信号。
在1/2”、2/3”、1”的芯片上，像素点越大，像素越少。
会影响空间分辨率。
大像素点增加灵敏度、小的像素点增加分辨率。
要提高影像质量就必须增加CCD的像素，因此在CCD尺寸一定的情况下，增加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。
我们知道单位像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄，因此这种方法不能无限制地增大分辨率，所以，如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率，只会引起图像质量的恶化。
CCD以及镜头入门知识
电信号经过放大和调 整，最终输出为可视 化的图像数据。
光子与CCD传感器上 的像素发生相互作用， 将光信号转换为电信 号。
光电荷转移原理
当光线照射到CCD传感器上时， 每个像素会吸收光子并产生电 子。
电子被收集并存储在像素的势 阱中，形成电荷包。
电荷包通过一系列的转移和放 大，最终输出为图像数据。
画面模糊
可能是由于镜头对焦不准或手抖 等原因引起的。可以尝试重新对 焦或使用三脚架等稳定拍摄设备
来避免手抖。
画面扭曲
可能是由于镜头畸变引起的。可以 在相机设置中选择适当的畸变校正 模式，或者在后期处理软件中进行 畸变校正。
噪点过多
可能是由于传感器像素尺寸较小或 曝光时间过长等原因引起的。可以 尝试增加传感器尺寸或减少曝光时 间来改善。
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镜头的光圈与景深
光圈越大，进光量越多，景深越浅（ 背景虚化），适合人像和静物拍摄。
光圈越小，进光量越少，景深越深（ 前后景清晰），适合风景和集体照拍 摄。
镜头的光学性能参数
分辨率
表示镜头能够捕捉到的细节数 量。
畸变
表示镜头对直线和平行线的扭 曲程度。
对比度
表示镜头在不同光线条件下捕 捉图像的能力。
信号读取与处理
每个像素的电荷包经过放大器放大， 转换为电压信号。
数字信号经过图像处理引擎的处理， 包括噪声抑制、色彩校正、白平衡等， 最终输出为高质量的图像数据。
电压信号经过模数转换器（ADC）转 换为数字信号。
03
镜头基础知识
镜头的分类
01
02
03
04
定焦镜头
焦距固定，不可调节，成像质 量稳定。
变焦镜头
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CCD(电荷耦合器)摄像头基本知识现在科学级得摄像头比前几年更尖端,应用领域也更广了。
在生物科学领域,从显微镜、分光光度计到胶文件、化学放光探测系统,都用到了CCD得摄像头。
但就是很多研究工作者对CCD得指标仍云里雾里。
下面对CCD得一些常见指标进行表述。
常见得CCD一般指:CCD摄像头与插在电脑得采集卡区别数字摄像头与模拟摄像头所有CCD芯片都属于模拟得设备。
当图像进入计算机就是数字得。
如果信号在摄像头、采集卡两部分完成数字化得,这个CCD被认为就是模拟CCD。
数字摄像头事实上就是由内置于摄像头得数字化设备完成数字化过程,这样可以减少图像噪音。
与模拟摄像头相比,数字摄像头提高了摄像头得信噪比、增加摄像头得动态范围、最大化图像灰度范围。
科学级得绝大多数得CCD芯片都就是由Kodak、Sony、SIT制造。
评价CCD得基本指标信噪比SNR真实体现摄像头得检测能力。
所有得CCD摄像头得厂家为提高摄像头得性能,都尽力使信号(可达到满井电子得数目)最大同时尽可能减少噪音。
SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit数在相同满井电子得CCD,降低CCD噪音,就能提高CCD得监测能力,热或者暗电流对于CCD都就是噪音,噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷得Peltier 消除。
在曝光超过5-10秒,CCD芯片就会发热,没有致冷设备得芯片,“热”或者白得像素点就会遮盖图像。
-20度得摄像头可以拍摄不超过5分钟得图像,-40度得摄像头拍摄时间可以超过1小时。
像素面积这个指标就是在芯片得一个重要指标。
像素面积越大、对光越灵敏。
因为像素点面积有更多电子,能产生更多信号。
在1/2”、2/3”、1”得芯片上,像素点越大,像素越少。
会影响空间分辨率。
大像素点增加灵敏度、小得像素点增加分辨率。
要提高影像质量就必须增加CCD得像素,因此在CCD尺寸一定得情况下,增加像素就意味着要缩小了像素中得光电二极管。
我们知道单位像素得面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄,因此这种方法不能无限制地增大分辨率,所以,如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量得恶化。
但如果在增加CCD像素得同时想维持现有得图像质量,就必须在至少维持单位像素面积不减小得基础上增大CCD得总面积。
而目前更大尺寸CCD加工制造比较困难,成品率也比较低,因此成本也一直降不下来,这一矛盾对于CCD而言就是难以克服得相同数目得像素,排列越密集,像素之间就越容易出现电流干扰,容易出现“噪点”等干扰成像质量得现象出现。
所以尺寸越大越好,当然成本也会随之提高——并且不就是成比例提高,而就是以几何级数向上提16 Bit摄像头典型得真16bit得摄像头(能检测65536级灰度)都有很大得像素点(16-30um)。
然而这些摄像头非常贵,同时图像数据很大,传输速度很慢。
在基因组与蛋白组研究中,16bit得摄像头在捕获DNA与蛋白图像上不太实用,一般用于深度太空得专业天文学研究。
真实得16bit得CCD,24um*24um得像素点,1”大小只能有50万像素点。
扫描速度8bit-CCD可以达到30帧,基本可以认为就是同步得。
不论模拟或数字得CCD,超过15帧可以接受。
以上为翻译部分,下面得相机得指标。
可以参考。
一:基础知识像素、感光元件、尺寸、有效像素、分辨率通常消费者最为关注得就是相机得像素,像素也得确就是数码相机最重要得一项硬指标,也就就是说,像素高了不一定就是好相机,但就是像素太低(以目前得市场主流,300万以下就算比较低了)怎么都不能算就是好相机。
像素:要说像素首先得讲一下数码相机得感光原理,要拍照片首先要将光信号转换成电信号,这靠得就就是感光元件(SENSOR),在数码相机得镜头后面都有一块芯片,上面密密麻麻地挤满了这些感光元件,每个感光元件只能将很小得一点转换成图像,这些小得图像加起来就成了我们可以瞧见得图像了。
讲到这里大家有点明白了吧,不错,像素其实就就是这些感光元件,我们平时说得多少万像素就就是这些感光元件得个数了。
所以一般来讲像素越大,成像也就越清晰细腻,当然这其中还要受许多因素限制,下面会慢慢提到得。
接下来要讲得就就是为什么高像素不一定就是好相机得一个原因:尺寸尺寸:尺寸就就是通常所得说得CCD尺寸、CMOS尺寸,常见得有2/3英寸,1/1、8英寸,1/2、7英寸。
这个单位不就是太直观,以1/2、7英寸为例,换算成我们熟悉得单位就就是5、27×3、96MM。
相同数目得像素,排列越密集,像素之间就越容易出现电流干扰,容易出现“噪点”等干扰成像质量得现象出现。
所以尺寸越大越好,当然成本也会随之提高——并且不就是成比例提高,而就是以几何级数向上提。
目前使用2/3英寸得已经就是相当高级得机器了,像美能达得D7HI、尼康得CP5700、索尼得F717,而少数使用与我们平时使用得135相机得底片一样大小感光芯片得相机,其价格就更高了。
图1:各种尺寸对比图有效像素:多数相机厂商使用总像素去标示一台相机得分辨率,但就是,真正应该使用得应该就是记录像素(RECORDED PIXELS),记录像素并不同于有效像素,不过人们已经习惯用有效像素代替记录像素。
我们以索尼得ICX252AQ 334万像素CCD来比较一下各种“像素”:总像素2140×1560(334万)可感光像素2088×1550(324万)活动像素2080×1542(321万)推荐记录像素2048×1536(314万)表1:各种像素总像素中有些就是不会感光得即坏得像素,这就是目前技术无法解决得;除去坏得像素剩下得就就是可感光像素,感光元件得边缘要用作确定“黑”得基准值,这部分像素也就是不参与成像得;除去不参与成像得像素,剩下得就就是活动像素;然后再在这些像素里抽取部分像素作一个标准得输出(如2048×1536)。
这样减来减去剩下得就就是推荐记录像素,也就就是我们平时所说得有效像素了。
分辨率:分辨率与有效像素直接相关,例如:200万像素数码相机得最大分辨率为1704×1257;300万像素最大分辨率则就是2048×1536;而到达500万像素这个级别得时候,提升并不明显,分辨率就是2560×1920。
如果您想数码冲印得到最终照片,那么200-300万像素以最大分辨率拍摄出来得数码照片,要冲印成常见得6寸并拥有与普通胶卷不相上下得画质毫无问题,而用500万以上像素数码相机拍摄,冲印出来后完全可以制作海报与广告了;如果使用家庭中常用得喷墨打印机将照片打印在照片打印纸上,以A4幅面为例,A4幅面得照片打印纸去除页边距后,实际得使用面积最大为19CM×27CM,300万像素标准刚好能够满足在A4照片打印纸上得成像要求;如果您只想将照片存储在电脑中,用显示器瞧,就算您现在使用得显示器已经超过主流得17英寸产品,分辨率也大于主流得1024×768,普通得200万像素以上数码相机所提供得分辨率也能得到清晰得照片显示了。
讲了感光元件,您大概还就是觉得很别扭吧,不过讲到CCD您一定舒服多了。
不错,CCD就就是目前市场最重要得一种感光元件,不过之所以一定要讲感光元件,而不干脆用CCD来代替它,就是因为感光元件还有一支重要得力量——CMOS。
下面就来讲一下它们各自得特点与代表技术。
参数分析因为8013 DSP得AD 转换时间在32M主频得情况下最短为2、125US。
如果选用一个分辨率为320 线得摄像头,则单行视频信号持续得时间约为20MS/320=62、5US,AD 对单行视频信号采样得点数将不超过[62、5/2、125]=29 个。
若使用分辨率为640 线得摄像头,则单行视频信号持续得时间约为20MS/640=31US,AD 对单行视频信号采样得点数将不超过[31/2、125]=14 个。
这就就是说,分辨率越高,单行视频信号持续得时间就越短,AD 对单行视频信号所能采样得点数就越少。
所以我们应该选择线数尽量低得摄像头实际情况下,8013每行采集到32点与理论相符。
CCD:电荷耦合器(CHARGE-COUPLED DEVICE),目前市面上最主要得感光元件,技术相对成熟,成像锐利,色彩鲜艳。
比较有特色得技术有富士研发得超级CCD技术。
超级CCD(SUPER CCD):由富士开发,超级CCD排列相互交错,拥有独特得八角形感光元件,从而可为各像素提供更大得感光元件。
超级CCD得传感器形状与排列可生成更平衡得数码照片质量,传感度得到了进一步得改善,动态范围也得到了提升。
同时它还可改善信噪比,并提供更高得分辨率、更佳得色调与更真实得色彩。
超级CCD就是为控制这些因素得总平衡所设计得,旨在提供更好得图像质量。
使用了超级CCD技术得相机可以得到比同像素其它机型更高得分辨率,不过在实际使用中,超级CCD得效果并并不能将对手抛离。
现在超级CCD已经发展到了第四代,在这里就不一一赘述了。
图2:超级CCD得像素排列CMOS:互补金属氧化物半导体(PLEMENTARY METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR),CMOS成像芯片用于数码照相机始于1997年,CMOS感光芯片与数码照相机上广为采用得CCD芯片相比具有成本低、能耗低得优点,但技术尚不十分成熟,用它做感光芯片得数码照相机还比较少。
最著名得就是美国FOVEON公司得FOVEON X3技术;此外佳能公司在其高端得数码单反相机中也广泛使用CMOS 作为感光元件,不过佳能对此项技术没有做什么得宣传,外间也没有太多得技术资料。
FOVEON X3:FOVEON X3就是一种用单像素提供三原色得CMOS图像感光器技术。
与传统得单像素提供单原色得CCD/CMOS感光器技术不同,X3技术得感光器与银盐彩色胶片相似,由三层感光元素垂直叠在一起。
提供更丰富得彩色还原度以及避免采用BAYER PATTERN传统感光器所特有得色彩干扰。
另外,由于每个像素提供完整得三原色信息,把色彩信号组合成图像文件得过程简单很多,降低了对图像处理得计算要求。
采用CMOS半导体工艺得X3图像感光器耗电比传统CCD 小。
图3:FOVEON X3得工作原理:不同得色光在硅片得不同深度被吸收二:镜头相关参数任何照相机得镜头都就是至关重要得,数码相机也不例外。
说到镜头首先要讲一下现在数码相机厂商得背景,一类就是原来就生产照相机得厂商,如尼康、佳能、美能达、宾得、奥林巴斯等等,另一类就是在消费电子发展得厂商,如索尼、松下、卡西欧、三星等等。
前一类厂商一般都会使用自己生产得镜头;后一类厂商则会使用其它厂商生产得镜头,如索尼用得就是德国得蔡斯镜头,松下用得就是德国得莱卡,三星用得就是德国得施耐德,卡西欧用得就是日本得宾得。