摄像机-基础.ppt
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1、摄像机培训基础篇摄像机培训基础篇大华技术,让您的安全更有保障!大华技术,让您的安全更有保障!12产品的特性产品的特性3内容提要内容提要4IPC竞争分析竞争分析5IPC需求分析需求分析产品的原理产品的原理结束语结束语一、产品的原理一、产品的原理(1)l摄像机: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:主要指摄像管或影像传感器件电路系统:主要指视频处理电路一、产品的原理一、产品的原理(2)l摄像机分类摄像机分类按摄像机形状分:枪机、球机、针孔机按感光芯片分:CCD摄像机、CMOS摄像机按输出图像信号格式划分:模拟摄像机、数字摄像机按成像色
2、彩划分:彩色、黑白按分辨率划分:330TVL、420TVL、480TVL、540TVL、Mega pixels按灵敏度划分:普通、月光、星光、红外照明按感光元件靶面大小划分:1inch、2/3inch、1/2inch、1/3inch、1/4inch、1/5inch一、产品的原理一、产品的原理(3)l摄像机关键部件摄像机关键部件镜头滤光片感光元件专用图像处理单元一、产品的原理一、产品的原理(4)l滤光片滤光片定义 光学低通滤波器(OLPF)功用 滤除红外线:镀膜、蓝玻璃 修整光线:石英/水晶一、产品的原理一、产品的原理(5)l感光元件感光元件CCDCCD:电荷耦合器件:电荷耦合器件(Charge
3、 Coupled Device)(Charge Coupled Device),传感器中每一行中传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中,由最底端部分每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中,由最底端部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。CMOSCMOS:互补性氧化金属半导体互补性氧化金属半导体(Complementary Metal Oxide(Complementary Metal Oxide Semiconductor)Semiconductor),传感器中每个象素都会邻接一个放大器及,传感器中每个象素都会
4、邻接一个放大器及A/DA/D转换转换电路,用类似内存电路的方式将数据输出。电路,用类似内存电路的方式将数据输出。一、产品的原理一、产品的原理(6)CCDCCD与与CMOSCMOS比较比较分辨率分辨率灵敏度灵敏度信噪比信噪比集成度集成度功耗功耗成本成本CCD优优优优优优CMOS优优优优优优一、产品的原理一、产品的原理(7)CCDCCD辨识辨识SONYCCDSHARPCCD松下松下CCD一、产品的原理一、产品的原理(8)图像处理单元图像处理单元nV-DrivernCDS/AGCnTGnDSP二、产品的原理二、产品的原理(9)DSPDSPnSONYSONY方案:方案:SS-1SS-1(2163216
5、3):可接高可接高/低解低解CCDCCD SS-11 SS-11(3141/23141/2):只能够接低解只能够接低解CCD CCD SS-HQ1 SS-HQ1(31723172):可接高可接高/低解低解CCDCCD SS-11X SS-11X(41034103):可接高可接高 405/405/低解低解CCD 669CCD 669nSHARPSHARP方案:方案:D4D4(3860338603)、)、D5D5可接高可接高/低解低解CCD CCD 可接可接sonyCCDsonyCCDn松下:松下:D5D5(673276673276)可接高)可接高/低解低解CCDCCDn其它厂家:其它厂家:Nex
6、tchipNextchip韩国、韩国、A-NOVAA-NOVA台湾台湾lCCD尺寸尺寸:即摄像机靶面,通常有:即摄像机靶面,通常有2/3、1/2、1/3、1/4/等规格;一等规格;一般来讲此值越大越好,感光面积越大成像质量越好。般来讲此值越大越好,感光面积越大成像质量越好。二、产品的特性二、产品的特性(1)l像素数像素数:CCD是由面阵感光元素组成,每一个感光元素称为像素,是由面阵感光元素组成,每一个感光元素称为像素,像素越多,图像越清晰,有的给出了水平及垂直方向的像素数,如像素越多,图像越清晰,有的给出了水平及垂直方向的像素数,如500H582V,有些则给出了前两者的乘积值,如,有些则给出了
7、前两者的乘积值,如30万像素。万像素。l分辨率分辨率:通常是指摄像机的水平分辨率,指的是当摄像机摄取等间:通常是指摄像机的水平分辨率,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再能分辨出黑白相间的线条。而不再能分辨出黑白相间的线条。p问题:为何不以垂直分辨率作为指标?问题:为何不以垂直分辨率作为指标?二、产品的特性二、产品的特性(2)垂直清晰度是由一帧图像的扫描行数
8、决定的。由于在场消隐期间看不到扫描线,对于我国625行50场的扫描制式来说,画面的有效扫描行数约为575行;而对于美国525行60场的扫描制式来说,画面的有效扫描行数约为490行。由于水平扫描线之间是离散的,所以两条相邻的水平扫描线之间一定会丢失部分细节(或说对与扫描线相同的黑白水平线摄像时,扫描线与黑白水平线正好重合的概率不等于一)。一般,约有30%(凯尔系数)的细节会丢失。所以认为,垂直清晰度RV等于有效扫描行数n乘以经验值0.7(70%),即RV=0.7n所以,对625行的扫描制式来说,实际有效的清晰度为5750.7=402TVL;对525行的扫描制式来说,其垂直清晰度为4900.7=3
9、43TVL。因此垂直清晰度对同一电视制式来说,基本上是固定的p问题:像素和分辨率的关系?问题:像素和分辨率的关系?二、产品的特性二、产品的特性(3)像素是最小的图像单元,这种最小的图形的单元能在屏幕上显示通常是单个的染色点。像素是由光电传感器上的光敏元件数目所决定的,一个光敏元件就对应一个像素,因此像素越大,意味着光敏元件越多,相应的成本就越大。分辨率是一个表示平面图像精细程度的概念,通常它是以横向和纵向点的数量来衡量的,表示成水平点数垂直点数的形式,在一个固定的平面内,单位长度内像素个数(PPI),分辨率越高,意味着可使用的点数越多,图像越细致。像素和分辨率是成正比的,像素越大,分辨率也越高
10、。l最低照度最低照度:是指当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的:是指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照度为23LUX,照度的测定是以在一定的镜头光圈系数为前提,因此,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其照度值的大小。最低照度越小,摄像机
11、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,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在在F1.4时,至于微光摄像机则更低。时,至于微光摄像机则更低。二、产品的特性二、产品的特性(4)二、产品的特性二、产品的特性(5)序序号号典型场景典型场景照度值照度值/Lux1晴天晴天310411052阴天阴天310311043日出日出/日落日落51024曙光曙光55月圆月圆310-2310-16星光星光710-4310-3
12、7阴暗的晚上阴暗的晚上210-5210-4p问题:最低照度是否可作为衡量现场环境照度的标准?问题:最低照度是否可作为衡量现场环境照度的标准?二、产品的特性二、产品的特性(6)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;而且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(黑白相间的条纹)进行测式的,与实际使用当中的场景差别很大。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。l应根据监视目标的照度选择不同灵敏度的摄像机。监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的10倍。l信信噪噪比比:当当摄摄像像机机摄摄取
13、取较较亮亮场场景景时时,监监视视器器显显示示的的画画面面通通常常比比较较明明快快,观观察察者者不不易易看看出出画画面面中中的的干干扰扰噪噪点点;而而当当摄摄像像机机摄摄取取较较暗暗的的场场景景时时,监监视视器器显显示示的的画画面面就就比比较较昏昏暗暗,观观察察者者此此时时很很容容易易看看到到画画面面中中雪雪花花状状的的干干扰扰噪噪点点。干干扰扰噪噪点点的的强强弱弱(也也即即干干扰扰噪噪点点对对画画面面的的影影响响程程度度)与与摄摄像像机机信信噪噪比比指指标标的的好好坏坏有有直直接接关关系系,即即摄摄像像机机的的信信噪噪比比越越高高,干干扰扰噪噪点点对对画画面面的的影影响响就就越越小小。所所谓谓
14、“信信噪噪比比”指指的的是是信信号号电电压压对对于于噪噪声声电电压压的的比比值值,通通常常用用符符号号S/N来来表表示示。由由于于在在一一般般情情况况下下,信信号号电电压压远远高高于于噪噪声声电电压压,比比值值非非常常大大,因因此此,实实际际计计算算摄摄像像机机信信噪噪比比的的大大小小通通常常都都是是对对均均方方信信号号电电压压与与均均方方噪噪声声电电压压的的比比值值取取以以10为为底底的的对对数数再再乘乘以以系系数数20,单单位位用用dB表示。表示。S/N=20Lg(Vs/Vn)二、产品的特性二、产品的特性(7)p问题:典型摄像机的信噪比值是多少?问题:典型摄像机的信噪比值是多少?二、产品的
15、特性二、产品的特性(8)一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC(自动增益控制)关闭时的值,因为当AGC接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。CCD摄像机信噪比的典型值一般为45dB55dB。若若为为50dB,则则图图像像质质量良好,有少量噪声;若为量良好,有少量噪声;若为60dB,则图像质量优良,不出现噪声。,则图像质量优良,不出现噪声。l自自动动增增益益控控制制:AGCAutomatic Gain Control的的缩缩写写。所所有有摄摄像像机机都都有有一一个个将将来来自自CCD的的信信号号放放大大到到可可以以使使用用水水准准的的视视频频放放大大器器,其其放放大大量量即即增增益益
16、,等等效效于于有有较较高高的的灵灵敏敏度度,可可使使其其在在微微光光下下灵灵敏敏,然然而而在在亮亮光光照照的的环环境境中中放放大大器器将将过过载载,使使视视频频信信号号畸畸变变。为为此此,需需利利用用摄摄像像机机的的自自动动增增益益控控制制(AGC)电电路路去去探探测测视视频频信信号号的的电电平平,适适时时地地开开关关AGC,从从而而使使摄摄象象机机能能够够在在较较大大的的光光照照范范围围内内工工作作,此此即即动动态态范范围围,即即在在低低照照度度时时自自动动增增加加摄摄象象机机的的灵灵敏敏度度,从从而而提提高高图图像像信信号号的的强强度度来来获获得清晰的图像。得清晰的图像。二、产品的特性二、
17、产品的特性(9)p问题:自动增益控制的优缺点是什么?问题:自动增益控制的优缺点是什么?二、产品的特性二、产品的特性(10)具有AGC功能的摄像机,在低照度时的灵敏度会有所提高,但此时的噪点也会比较明显,这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。l背景光补偿背景光补偿:BLCBackLight Compesation的缩写,也称作逆光的缩写,也称作逆光补偿或逆光补正,它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体补偿或逆光补正,它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时,摄像机仅对整个视场的一个子区黑暗的缺陷。当引入背光补偿功能时,摄像机仅对整个视场的一个子区域(如
18、从第域(如从第80行行 200行的中心区域)进行检测,通过求此区域的平均行的中心区域)进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,AGC放大器会有较高的增益,使输出视频信号的幅值提高,从而使监放大器会有较高的增益,使输出视频信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮,但其与主体画面视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮,但其与主体画面的主观亮度差会大大降低,整个视场的可视性得到改善。的主观亮度差会大大降低,整个视场的可视性得到改善。二、产品的特性二、产品的特性(
19、11)p问题:问题:BLC和和AGC的异同?的异同?二、产品的特性二、产品的特性(12)AGC开启时,AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的,但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标,则此时确定的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的,背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。BLC开启时,摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点,此时如果前景目标位于该子区域内时,则前景目标的可视性有望改善。l电子快门电子快门:ESElectronicShutter的缩写,是对比照相机的机械的缩写,是对比照相机的机械快门功能提出一个术语,它相当于控制快门功能提出一个术语
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