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摄像机基础培训（一）一、CCTV电视监控综述CCTV电视监控系统由：前端部分（摄像机、镜头、云台、解码器、防护罩、支架等）、传输部分（同轴电缆、光纤、电话线、网线、无线等）、中心控制部分（矩阵主机、控制键盘、多媒体等）、显示记录部分（监视器、画面分割器、画面处理器、录像机等）四大部分组成。

电视监控用摄像机按摄像器件划分为电真空摄像器件(即摄像管)摄像机和固体摄像器件(CCD器件、CMOS器件)摄像机两大类。

电真空摄像管开发早、种类多，但成本高，体积大。

目前已被一般电视监控系统选用的固体摄像器件所代替。

后者是近年发展起来的一类新型摄像器件，它的优点是：惰性小、灵敏度高、抗强光照射、几何失真小、均匀性好；抗冲振，没有微音效应；小而轻、寿命长。

电视监控用摄像机目前正朝着小型化、轻量化、廉价化，并提高图像质量、增加操作功能的方向发展。

二、CCD 与CMOS 比较固体摄像器件摄像机依材质可分为下列几种:a. CMOS : 省电，便宜，照度不好b. CCD : 主流ＣＣＤ（Charge Coupled Device ，感光耦合组件）为数字相机中可记录光线变化的半导体) ，ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体）CCDCMOS照度 5~0.001Lux 15~3Lux分辨率 330~600 TV Lines 330~420 TV Lines对比较佳较差解像度较佳较差颜色像位可调整不可调整色彩浓度较浓(可调整) 较淡(不可调整)噪声比 48dB 46dB 电子快门 1/60~1/100,000 sec 1/60~1/2,000 sec消耗功率 70~300mA 20~50mA1、CMOS摄像机CMOS传感器的感光度一般在6到15Lux的范围内，CMOS传感器有固定比CCD传感器高10倍的噪音，固定的图案噪音始终停留在屏幕上好像那就是一个图案，因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用，因此大量应用的所有摄像机都是用了CCD传感器，CMOS传感器一般用于非常低端的家庭安全方面。

但有2个例外，CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度，CMOS 传感器非常快速，比CCD传感器要快10到100倍，因此非常适用于特殊应用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高帧摄像机。

CMOS传感器可以将所有逻辑和控制器都放在同一个硅芯片块上，可以使摄像机变得简单并易于携带，因此CMOS摄像机可以做得非常小。

CMOS摄像机尽管耗能与CCD摄像机同等或者略高，但是CMOS传感器使用很少的芯片如CDS、TG和DSP，所以同样尺寸的总能量消耗比CCD摄像机减少了1/2到1/4。

尽管CCD表示“电荷耦合器件”，而CMOS表示“互补金属氧化物半导体”，但是不论CCD或者CMOS对于图像感应都没有用，真正感应的传感器称做“图像半导体”，CCD 传感器和CMOS传感器（暂且如此称呼）实际使用的都是同一种传感器“图像半导体”，图像半导体是一个P N结合半导体，能够转换光线的光子爆炸结合处成为成比例数量的电子。

电子的数量被计算信号的电压，光线进入图像半导体得越多，电子产生的也越多，从传感器输出的电压也越高。

CCD称为“电荷耦合器件”，CCD实际上只是一个把从图像半导体中出来的电子有组织地储存起来的方法。

CMOS称为“互补金属氧化物半导体”，CMOS实际上只是将晶体管放在硅块上的技术，没有更多的含义。

传感器被称为CMOS传感器只是为了区别于CCD传感器，与传感器处理影像的真正方法无关。

CMOS传感器不需要复杂的处理过程，直接将图像半导体产生的电子转变成电压信号，因此就非常快。

这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，高帧速度能达到400到2000帧/秒。

2、CCD耦合摄像机⑴、耦合式摄像机现有技术及原理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。

无论彩色摄像机还是黑白摄像机，都是通过CCD本身的电子扫描将光信号转变为电信号，其光电转变的器件都是采用了CCD器件，CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，因此也称为耦合摄像机。

它是通过采用HYPER HAD （HOLE ACCUMU-LATED DIODE，空穴累积二极管）CCD技术。

当被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大、整形、DSP（数字信号处理）等一系列处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。

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。

耦合摄像机的主要传感部件是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，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，因此是理想的摄像元件。

是代替摄像管传感器的新型器件。

CCD器件由硅材料制成，对近红外比较敏感，光谱响应可延伸至1.0um左右。

其响应峰值为绿光(550nm)，分布曲线如右图所示。

夜间隐蔽监视时，可以用近红外灯照明，人眼看不清环境情况，在监视器上却可以清晰成像。

由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极，所以CCD对紫外不敏感。

彩色摄像机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。

⑵、耦合摄像机的现有技术目前彩色摄像机和黑白摄像机技术以日本的SONY公司生产的芯片最为领先。

其他的芯片生产商有日本的SHARP、PANASONIC、韩国LG、SAMAUNG等。

①、DSP技术所谓数字机是指在摄像机内图像信号处理上采用数字技术（DSP）。

新型摄像机对可选参数的调整采用数字式调整控制，。

此时不必手动调节电位计而是采用辅助控制码，而且这些调整参数被储存在数字记忆单元中，增加了稳定性和可靠性。

它是在模拟制式的基础上引入部分数字化处理技术，称为数字信号处理DSP（DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）摄象机。

该种摄象机具有以下优点：１、由于采用了数字检测和数字运算技术而具有智能化背景光补偿功能。

常规摄象机要求被摄景物置于画面中央并要占据较大的面积方能有较好的背景光补偿，否则过亮的背景光可能会降低图像中心的透明度。

而DSP摄象机是将一个画面划分成48个小处理区域来有效地检测目标，这样即使是很小的、很薄的或不在画面中心区域的景物均能清楚地呈现。

２、由于DSP技术而能自动跟踪白平衡，即可以在任何条件检测和跟踪“白色”，并以数字运算处理功能来再现原始的色彩。

传统的摄象机因系对画面上的全部色彩作平均处理，这样如果彩色物体在画面上占据很大面积，那么彩色重现将不平衡，也就是不能重现原始色彩。

DSP摄象机是将一个画面分成48个小处理区域，这样就能够有效地检测白色，即使画面上只有很小的一块白色，该摄象机也能跟踪它从而再现出原始的色彩。

在拍摄网格状物体时，可将由摄象机彩色噪声引起的图像混叠减至最少。

3、由于数字信号具有频谱效率高、抗干扰能力强、失真少等，便于直接产生数字图像信号，所以数字输出的摄像机己普通使用。

目前CCD 摄像机己处于成熟期，灵敏度、图像分辨率、图像色彩还原性等均己达到了很高的水平，功能日臻完善。

4、产品的一致性及产品的生产效率得到大幅度提高。

②、CCD电子灵敏度（照度）提高由于彩色摄像机和黑白摄像机所用CCD器件均对光线的照度有要求。

所以在光线较暗的场所要选低照度的摄像机。

目前市场上标榜的低照度摄像机无论是进口厂商或是国产厂商，对低照度的定义众说纷纭，莫衷一是。

彩色摄像机从0.0004LUX～1LUX，黑白摄像机从0.0003～0.1LUX均有，昼夜型（COLOR/MONO）摄像机的照度在国内市场上甚至标示最低数值为0LUX，我们不禁要问：“摄像机乃光学原理制成，0照度下如何成像？”白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）摄像机是利用黑白影像对红外线感度较高的特点，在一定的光源条件（若搭配红外线，则均可达0LUX），它是利用线路切换的方式将影像由彩色转为黑白，以便于搭配红外线。

这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准，而产生各说各话的情况。

行业内人士强调，照度能低到多少，不仅要看镜头的光圈大小（F值），更要看是在什麽条件限制下才能出现所标示的LUX值，否则只是流于数字的游戏罢了！以光圈大小（F值）而言，光圈愈大则其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。

另外电子灵敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）是否提高，单一画面累积帧数为多少？红外线是ON还是OFF？……等都应了解清楚，才不致被规格所标示的照度数值所混淆。

全光谱高灵敏感应（超低照度）摄像机与红外灯请看下面的光谱图：红色曲线是目前最先进的CCD的感应光谱，过去的CCD通常只能感应到可见光区域（500nm-700nm）的影像，这种先进的CCD却能感应到可见光、红外光、远红外光（350nm-110nm）的影像；但仅仅能感应到影像是不够的，还必须运用先进的数码电路技术对感应到的影像进行处理，才能输出高清晰的图像信号，这种技术能够将CCD 感应到的微弱信号大幅度提升，但并不会过分放大本来已经很强的信号，经过处理的摄像机感应光谱如图中的黑色曲线所示，均匀地覆盖整个光谱区域，700nm-800nm是人眼最易受干扰的区域，所以将这部分滤掉了。

怎样才能使摄像机做到低照度呢？首先我们分析一下影响照度的几个部分，我们知道摄像机最为核心的部件是CCD图像传感器。

CCD（ChargeCoupled/Device）称为电荷藕合器件，它可以把外界的影像通过光学系统（镜头、滤光片）在图像传感器上成像。

目前，最新的Exview HAD技术可以使CCD具有更高感光度，其主要的技术改进是在传统的Hyper HAD结构中，有一个OCL镜头定位在CCD上的每一个像素，使光线集中的拍摄感光区域，令感度提高。

Exview HAD在此基础上更进一大步，使OCL拥有接近零间隙结构，消除了每个微型镜头拍摄时产生的无影区域，这令小孔累积层收到最大数量的光线。

采用Exview HAD CCD的摄像机，对外界光线的敏感程度会大大提高，在近红外区域，其感度更可以高到普通摄像机的4倍，（图略），因此，即使在非常暗的环境下，这种摄像机通常可以看到人眼看不到的物体，因此，这一技术的出现，迎合了监控市场的需求，美国天霸系列摄像机采用的是当今技术最领先的CCD及数字处理蕊片，对各种光照环境下均可表现出最佳的效果，特别是配合专用的红外照明设备，可以得到高清晰度的黑白图像，实现0照度的监控.（完全无光的情况下）。