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視頻監控系統知識 |
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| 監控攝像機入門學習教程（一） |
第一節、攝像機
攝像機的發展速度很快，從攝像管到CCD元件，以其構成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊等特點，同時清晰度、照度、可靠性等指標大大提高而被廣泛應用。CCD是Charge Coupled Device（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。
被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
一、CCD攝像機的分類
㈠按照成像色彩劃分
CCD攝像機按成像色彩劃分為彩色攝像機和黑白攝像機兩種。除色度處理方面不同外，其它原理基本一致。主要有光學系統、光電轉換系統、信號處理系統組成。其中光電轉換系統是攝像機的核心。
自然圖像通過光學鏡頭成像于攝像機的光靶面上，彩色攝像機的光學系統中使用相干分色棱鏡或特殊條狀濾色鏡將光信號分成紅、綠、藍三色光信號，光電轉換系統通過攝像管或CCD元件利用電視掃描方法把光圖像信號轉換成隨時間變化的視頻電信號，再經放大、處理、編碼而成為全電視信號。
㈡按照分辨率劃分
按照分辨率劃分為25萬像素左右，對應彩色330線/黑白400線的低檔型；25萬至38萬像素之間，對應彩色420線/黑白500線的中檔型；38萬像素以上，對應彩色大于或等于460線黑白570線以上的高檔型。
㈢按照攝像機靈敏度劃分
按照靈敏度可分為最低照度1至3lux的普通型；0.1lux左右的月光型；0.01lux以下的星光型以及原則上可以為0Lux，采用紅外光源成像的紅外照明型。
㈣按照CCD靶面尺寸劃分
攝像機攝像器件（CCD）的尺寸分為1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/2英寸最為常見。
CCD尺寸水平（mm）垂直（mm）對角線（mm）
1英寸 12.7 9.6 16
2/3英寸 8.8 6.6 11
1/2英寸 6.4 4.8 8
1/3英寸 4.8 3.6 6
1/4英寸 3.6 2.4 4
1/5英寸的CCD攝像機正待開發之中，將來也會在市場上占有一定比例。一般來說，大的CCD芯片，其相應的象素面積也較大，接收所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機整體質量提高，圖像細部明顯細膩自然。而光學系統聚焦影像時的焦平面越小，則成像過程中丟失的細節就越多，得到的影像放大后細部過渡就可能有突變的現象，顯得不自然。另外小尺寸CCD擁有更多的象素和更高的分辨率也會導致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動態范圍越窄。每個象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合（在電子學上這個概念叫做色度亮度干擾）。
二、CCD傳感器的技術發展趨勢
CCD是攝像機的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機的品質，并且CCD的發展是攝像機更新換代的基礎。
CCD傳感器有兩種，第一種是特殊CCD傳感器，如紅外CCD芯片（紅外焦平面陣列器件）、高靈敏度背照式和電子轟擊式CCD、EBCCD等，另外還有大靶面如2048×2048、4096×4096可見光CCD傳感器、寬光譜范圍（紫外光→可見光→近紅外光→3-5μm中紅外光→8-14um遠紅外光）焦平面陣列傳感器等。目前已有商業化產品，并廣泛應用于各個領域。第二種是通用型或消費型CCD傳感器，在許多方面都有較大地進展，總的方向是提高CCD攝像機的綜合性能。
㈠CCD傳感器的像面尺寸向集成化、輕量化方向的發展。
由于制造CCD傳感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD傳感器芯片；由于光刻機的進步，所以在仍保持具有很高靈敏度的特性下，CCD傳感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向發展。在1993年，1/2英寸的CCD傳感器占總產量的5%;1/4英寸的CCD傳感器占總產量的10%；1/3英寸的CCD傳感器占總產量的85%。在1997年，在總產量比1993年增加200%以上的情況下，1/2英寸的CCD傳感器仍有很大發展，已占總產量的15%（1/2英寸由于靶面較大仍有許多場合需要，尤其在科研領域中）；1/4英寸的CCD傳感占總產量的60%。也就是說，1/2英寸較大靶面尺寸CCD傳感器仍有很大增長。1/4英寸的CCD傳感器的產量比1/3英寸的CCD傳感器來說，占總產量的比例在減少。
㈡CCD傳感器向高素數、多制式發展
各種CCD傳感器的像面尺寸在減少，但其像素數在增加，已由早期的512（H）×596（V）向795（H）×596（V）發展，甚至出現超過百萬像素的CCD傳感器。為提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已從通常的隔行掃描向逐行掃描格式發展。
㈢降低CCD傳感器的工作電壓、減少功耗
在初期研制的CCD攝像機有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合PC攝像機和網絡圖像傳輸的應用，逐步以+12V和+5V兩種工作電壓為主。
⑷提高CCD攝像機的制造效率
為了降低CCD攝像機的制造成本，實現高速自動化生產，制造廠家追求緊密性結構，致力于CCD攝像機的小型化，即由Dip On Board（DOB）過錫板工藝改進為Chip On Board（COB）板上連接IC芯片的貼片方式。到目前為止，已實現多層板的Multi Chip Module（MCM）多芯片集成模組化制造技術。
㈤CCD攝像機的數字化
在制造CCD攝像機時，從以往的Analog模擬系統逐步實現DSP數字化處理，可以借助電子計算機和專門軟件系統實現對CCD攝像機，特別是對彩色CCD攝像機的各種參數的量化調整，可以確保CCD攝像機性能指標的優化一致性以及在特殊使用條件下的參數量化修改。
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