CCD摄像机技术介绍

CCD摄像机技术介绍＊什么是CCD＊CCD的特性＊CCD的分类＊CCD摄像机的大致分类＊单片CCD摄像机的基本组成及工作原理＊CCD摄像机的应用领域＊单片CCD摄像机的主要性能指标＊CCD摄像机.使用中的注意事项＊CCD摄像机的常见故障及处理办法＊测试CCD摄像机所需的仪器设备＊工程上对图像质量的评定方法＊喜恩碧公司CCD摄像机的概况＊喜恩碧公司CCD摄像机产品质量的保障1一、什么是CCDCCD称为电荷耦合器件（Charge Coupled Device），它是上世纪70年代初受磁泡存储器的启发，作为MOS技术的延伸而产生的半导体器件，它是一种图像传感器。

CCD由光电效应产生的电荷转移驱动方式分为二相、三相及四相，目前我们所用的CCD均为四相驱动转移方式。

二、CCD的特性CCD图像传感器的特性一般包括光谱特性、分辨率、暗电流、灵敏度和动态范围等。

1.光谱特性CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，其感光光谱可延伸至红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明，也能使CCD图像传感器清晰地成像。

1.1CCD的光谱响应范围CCD器件的光谱响应范围宽于人眼的视觉范围，一般在0.2~1.1µm的波长范围内。

特种材料的红外CCD 的波长响应可扩展到几微米，即CCD 的光谱响应范围从远紫外，近紫外，可见光到近红外区，甚至到中红外区。

1.2人眼的视觉范围光波的波长范围从几纳米到1 mm，即10-9 ~10-3m，而人眼的感光范围只在0.38~0.78 μm的范围。

2.分辨率分辨率是CCD的最重要的特性，一般用器件的MTF（Modulation Transfer Function）即调制转移函数来表示。

需要说明的是，CCD芯片的分辨率与后面提到的CCD摄像机的分辨率的定义是不同的。

3.暗电流暗电流产生的主要原因在于CCD器件本身的缺陷，而且这种器件本身还使得暗电流的产生也不均匀。

暗电流限制了器件的灵敏度、信噪比和动态范围。

暗电流的大小与温度的关系极为密切，温度每降低100C，暗电流约减少一半。

4.灵敏度和动态范围CCD的灵敏度一般用最低照度表示，所谓灵敏度高就是要求在很低的照度下也能输出较为清晰（轮廓）的图像。

动态范围是势阱中可存储的最大电荷量和噪声决定的最小电荷量之比。

CCD势阱中可容纳的最大信号电荷量取决于CCD电极面积及器件结构，时钟驱动方式及驱动脉冲电压的幅度等因素。

5.弥散现象（Blooming）由于CCD势阱对光信号电荷的收容能力有一定的限度，所以，当高照度光局部地照射CCD单元时，电荷量将从势阱溢出，并流入邻近势阱，光产生的图像就会失真，这就是弥散现象。

6.噪声CCD的噪声源主要有以下几种：①电荷注入器件产生的噪声;②电荷转移时,电荷量波动产生的噪声;③电荷读出时的噪声。

2三、CCD 的分类线阵（工业检测用）1. 集成方式面阵（动态图像显示） NTSC （彩色），EIA （黑白或单色） 2. 制 式PAL （彩色），CCIR （黑白或单色）彩色3. 色 别黑白 （单色）高解 （约47万像素，480-550TVL 中心水平分辨率）4. 分 辨 率 普解（约31万像素，380-420TVL 中心水平—普通电视机的分辩率） 低解（没有生产）5. 灵 敏 度 超低照度 （≤0.01Lux ） 低照度（≤0.1Lux ） 普通照度（≤1Lux ） 微光CCD6．特殊用途 红外CCD X 光CCD四、 CCD 摄像机的大致分类黑白三片式（广播级摄像机） 两片式（工业、科研摄像机） 彩色单片式（监控及家用摄像机）五、 单片CCD 摄像机的基本组成及工作原理3视频插座电源插座解码器 DVR功能按键 拨码开关2. 工作原理2.1一体化CCD 摄像机工作原理框图图2 一体化CCD 摄像机原理框图2.2彩色CCD 摄像机的原理框图图3 单片彩色CCD 摄像机的原理框图六、CCD 摄像机的应用领域CCD 摄像机是闭路电视监控系统的前端，而闭路电视监控系统是电视技术在安全防范领域的新应用，目前已广泛应用于以下领域：金融——银行、邮政储蓄、证券所。

文博——文物馆、博物馆 酒店——宾馆、饭店、写字楼交通管理——高速公路、国道、省道收费站、城市交通枢纽。

商业——商场、超市、珠宝行、批发市场 医院——手术室、病房、门诊大厅 军事——边海防、森林防火。

其它——工厂、学校、住宅小区、。

测量仪器设备——尺寸测量仪、瞬时位置测量仪天文观测系统、光电显微分析仪、工业内窥镜、水下测量4输 出七、CCD摄像机的主要性能指标对于摄像机而言，它的主要性能指标有：分辨率、灵敏度、信噪比，彩色还原特性及自动功能等。

1.分辨率一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，屏幕上就不能再分辨出黑白相间的条纹。

普解的分辨率一般为380-420TV线（水平中心），高解的分辨率一般为480-550TV线（水平中心）。

2.灵敏度——它是反映摄像机光电转换性能高低的一个指标。

目前，监控系统所用CCD摄像机的灵敏度用最低照度来衡量，照度越低，表明灵敏度越高，光电转换性能越好。

目前一般彩色CCD摄像机的最低照度可以达到0.1-1Lux，低照度的可以达到0.001Lux。

3.信噪比——是指信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示，单位为dB（分贝）。

一般摄像机给出的信噪比值均是AGC（自动增益控制）关闭时的值，CCD摄像机信噪比的典型值一般为45~55dB，工程应用中要求≥40dB。

当在低照系统使用时，其信噪比不得低于25dB。

4.色彩还原度色彩还原度是指经过CCD摄像机摄取并通过处理后的目标色彩与物体真实色彩的接近程度。

色彩分为色调和饱和度，色调决定色彩的性质，饱和度决定色彩的浓淡。

我们图象对色彩评判标准是100-0-75-0彩条，需要说明的是色彩的还原度与景物的光照条件及光源的色温有着非常密切的关系。

当前的单片彩色CCD式，器件从理论上讲，它是不能完全真实地重现原物体的色彩。

摄像机所用核心器件及生产工艺水平对实际使用效果影响较大。

5.白平衡白平衡（White Balance）是彩色摄像机的重要参数，它直接影响重现图像的彩色效果，当摄像机的白平衡不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不带色彩的景物（如白色的墙壁）也着上了颜色。

通常把摄像机拍摄白色景物时输出的红、绿、蓝三基色信号电压VR=VG=VB的现象称为白平衡。

八、CCD摄像机在使用中的注意事项1.在使用前要详细阅读产品说明书。

2.注意电源的电压、电流和极性要求。

3.使用环境的温度、湿度应满足要求。

温度：-10~+50℃湿度：10%~90%4. 注意做好系统的防雷措施。

5. 被监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的10倍。

6. 当监视目标照度有大幅变化时，均应采用光圈可调镜头。

7. 摄像机镜头应避免强光（阳光、激光束）直射，保证摄像头的靶面不受损伤。

58. 在需防高温、防低温、防雨、防尘要求时，需加防护套，在高低温差大，需要防雨防尘的露天环境中工作时，防护套应该避免日光直射，刮去玻璃窗上的水珠，防止玻璃窗上结露（防雨型除外）。

9.因为电视再现图像其对比度所能显示的范围仅为（30~40）：1，当摄像机的视野内明、暗差别较大时，就会出现应该看见的暗部看不见，此时应调整摄像机的位置，摄像方向及照明条件也应进行合理地选择（宽动态机型除外）。

九、CCD摄像机的常见故障及处理办法a)加电后无视频信号输出处理办法：首先检查外加电源极性是否正确，电压是否满足要求，对于DC12V和AC24V，应在5%范围内，对于AC220V，应在185V~265V范围内。

其次检查视频电缆接触是否良好。

b)彩色失真可能是白平衡设置不当，也可能是环境光照条件变化太大，此时应检查白平衡设置状态，并想办法改善环境的光照条件。

c)图像出现扭曲或几何失真这种现象可能是摄像机，监视器的几何校正电路有问题，也有可能是光学镜头的问题，也有可能是连接的视频电缆或设备与摄像机的输出阻抗不匹配。

供电电压过低或视频电缆接触不良也会出现此故障。

当出现以上现象时，请先检查所用光学镜头，其次再检查所用电缆或其它连接设备的特征阻抗是否是75Ω、电缆的连接、电源供电是否正常。

d)画面竖直方向出现几道黑条这种情况一般是直流供电电压的纹波太大，应加强滤波并采用性能好的直流稳压电源。

e)画面竖直方向出现多道竖条这可能是外接视频线或设备的特征阻抗与摄像机不匹配而引起的反射造成的，应注意所选用的视频线和其它连接处理设备的特征阻抗是否为75Ω。

f)画面噪点大这可能有以下几方面的原因：i.环境光照度不够；ii.镜头光圈未调准确；iii.视频输出幅度不够；iv.连接线缆是否接触不良或有短路现象；v.监视器本身信噪比不良。

6十、测试CCD摄像机所需的仪器设备1、监视器2、矢量示波器3、波形监视器（选行示波器）4、视频信噪比测量仪5、标准色条卡，各种测试卡6、标准灯箱十一、工程上对图像质量的评定方法主观评定法：对图像质量的客观评定需要使用以上提到的专用仪器。

客观评定法：对图像质量的主观评定可按5级损伤制评定，图像质量不应低于4分十二、CNB公司CCD摄像机的概况喜恩碧电子（深圳）有限公司是CCD监控摄像机的专业制造商，它生产有多个系列产品，品种繁多，规格型号齐全。

我公司主要以SONY、HITACHI芯片组为核心，与我们优势的软件设计能力相结合，自主研发有一体化摄像机、枪式摄像机、半球摄像机及防雨摄像机，各类摄像机均有低照度和感红外机型，其中以采用Sony机芯的机器为多数。

以前我们以Sony公司的DSP芯片CXD3117为基础开发了一系列优秀产品，凭借优越的性价比和优质的服务，多年来在一体化摄像机的市场占有率上保持首位，最近我们又以Sony新一代DSP芯片CXD3172R为基础开发成功了多种高清晰产品，同时我们又用HITACHI的DSP机芯开发成功一系列低照7度枪式机和半球机产品，并已批量投入生产。

CNB 公司的各类彩色摄像机均严格按照国家及有关国际标准生产和检验。

目前我们研制的30倍一体化摄像机、高速球摄像机也已投入批量生产，接下来我们正进行网络摄像机及其它多个种类新产品的研制，以丰富我们的产品线，保持我们产品的技术领先优势。

十三、CNB 摄像机产品质量的保障我公司已全面通过ISO9001国际质量标准体系认证。

公司对关系产品的每一个细节都非常重视，从研发、定型、采购、贴片、组装、调试、老化、检测、出厂等全系列生产流程,均严格按照ISO9001标准执行。

1. 元器件的质量1.1核心主要处理IC 均采用Sony （索尼）、Hitachi （日立）公司的芯片组。