培训-摄像机的基础培训

安防基础知识培训,摄 相 机 篇,摄像机的工作原理 镜头 感光元器件 摄像机的分类 摄像机主要技术参数,主要内容,摄像机的工作原理,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,摄像机工作原理图,摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机指标，因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价,IR：红外镜头 1/3 ：镜头靶面 8mm：镜头焦距 F1.2：镜头光圈,镜头,镜头的分类 不同种类镜头的应用范围 主要性能指标 焦距的计算,主要内容,镜头的分类,以镜头安装分类 以摄像机镜头规格分类 以镜头光圈分类 以镜头的视场角大小分类 以镜头焦距分类,镜头安装类型有：C型和CS型； 两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。 C安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。 CS安装座：特种C安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个C S安装座摄象机上时，则需要使用镜头转换器,以镜头安装分类,以摄像机镜头规格分类,摄象机镜头规格有1”，2/3”，1/2”，1/3”，1/4”；摄像机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定，两者应相对应。*摄像机的CCD靶面大小为12英寸时，镜头应选12英寸。*摄像机的CCD靶面大小为13英寸时，镜头应选13英寸。*摄像机的CCD靶面大小为14英寸时，镜头应选14英寸。如果镜头尺寸与摄像机CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题,以镜头光圈分类,镜头有手动光圈(manual iris)和自动光圈(auto iris)之分。 手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合 自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用于亮度变化的场合,以镜头的视场角大小分类,标准镜头：视角3 0度左右，在12英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为12 mm，在13英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为8 mm。 广角镜头：视角9 0度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。 远摄镜头：视角2 0度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。 变倍镜头(zoom lens)：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。 可变焦点镜头(varifocus lens)：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。 针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装,以镜头焦距分类,短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。 中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视CCD的尺寸而定。 长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。 变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用,不同种类镜头的应用范围,手动光圈镜头适用于光照条件相对稳定的条件下 自动光圈镜头适用于照明条件变化大的环境中 定焦距(光圈)镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于监视某个固定目标 短焦距镜头主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合 长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上，主要用于监视较远处的景物 电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的,主要性能指标,焦距 光圈系数,焦距,焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头,镜头焦距 搭配1/3 CCD 搭配1/4 CCD 3.6mm 85 73 4mm 80 67 6mm 68 56 8mm 45 35 12mm 35 25 16mm 30 20,镜头焦距与搭配的CCD拍摄视场角的对应关系,光圈系数,光圈英文名称为Aperture，用来控制透过镜头进入机身内感光面的光量，是镜头的一个极其重要的指标参数，通常在镜头内。它的大小决定着通过镜头进入感光元件的光线的多少。 光圈系数用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。即F=f/D。每个镜头上都标有最大F值，例如6mmF14代表最大孔径为429毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，1 1，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4，12，12.8，14，15.6，18，111，116，122，前一数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大,光圈的作用,1、控制进光量 由于光圈控制镜头进光量的作用，在暗弱的光线下拍摄，需要使用大光圈镜头，以获得更多的光量；而在明亮的场合，则使用小光圈不至于曝光过度。总之，可以通过光圈的调节，达到准确曝光的目的。 2、控制景深 光圈的作用除了控制进光量外，另外一个很重要的作用是控制拍摄画面的景深。光圈越大景深越小，光圈越小景深越大。 3、控制像质 由于光学原理和制造成本的限制，摄影镜头在全开光圈时的像质并不是最佳的，通常在收缩光圈后，像质有明显的改善。 每个摄影镜头都有一个或者多个最佳光圈，在这些最佳光圈下，画面的质量达到最好，分辨率高、反差均衡等,当已知被摄物体的大小及该物体到镜头的距离，则可根据下面的两式估算所选配镜头的焦距： f=h*D/H f=v*D/V f镜头的焦距 h、vCCD感光靶面的水平尺寸和垂直尺寸 D镜头中心到被摄物体的距离 H、V被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸,焦距的计算,假设用1/3 CCD摄像头观测， 1/3 CCD靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm，被测物体宽4400毫米，高3300毫米，镜头焦点距物体5000毫米。由公式可以算出:焦距f=4.8X5000/4400=5.5毫米 或焦距f=3.6X5000/3300=5.5毫米,CCD 电荷耦合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。 CMOS CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像,感光元器件,CCD是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素。CCD在摄像机里是一个及其重要的部件，它起到将光信号转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能好坏将直接影响到摄像机的性能。 CCD是摄像机的核心器件，目前 CCD主要被索尼、松下、夏普等厂家垄断， DSP也基本掌握在国外知名厂家手中,CCD,CCD尺寸,一般来说，CCD尺寸越大，成像效果越好；成像尺寸越小的摄像机的体积可以做的更小些，在相同的光学镜头下，CCD成像尺寸越大，视场角越大。 CCD尺寸 水平（mm） 垂直（mm） 对角线（mm）1英寸 12.7 9.6 162/3英寸 8.8 6.6 111/2英寸 6.4 4.8 81/3英寸 4.8 3.6 61/4英寸 3.6 2.4 4,如何辨别CCD芯片,上下两排接点,中间缺了个大门牙,这就是SONY CCD的特征 上下两排接点,没缺门牙, 就是SHARP CCD的特征 一样没缺门牙,但线条较粗,这是松下CCD的特征 接点镀金色，中间也缺个门牙，但相对来说却稍微窄了点，这是韩国A1 CCD,CMOS图像传感器于80年代发明以来，由于当时CMOS工艺制程的技术不高，以致于传感器在应用中的杂讯较大，商品化进程一直较慢。时至今日，CMOS传感器的应用范围也开始非常的广泛，包括数码相机 、IP Camera、影像电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具，以及工业、医疗等用途。在低档产品方面，其画质已接近低档CCD的解析度，相关业者希望用CMOS器件取代CCD的努力正在逐渐明朗。CMOS传感器又可细分为：被动式像素传感器CMOS（Passive Pixel Sensor CMOS）与主动式像素传感器CMOS（Active Pixel Sensor CMOS）。 与CCD相比，CMOS具有体积小，耗电量不到CCD的1/10，售价也比CCD便宜1/3的优点。 与CCD产品相比，CMOS是标准工艺制程，可利用现有的半导体设备，不需额外的投资设备，且品质可随著半导体技术的提升而进步。同时，全球晶圆厂的CMOS生产线较多，日后量产时也有利于成本的降低。另外，CMOS传感器的最大优势，是它具有高度系统整合的条件。理论上，所有图像传感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移暂存器、时序控制、CDS、ADC等，都可放在集成在一颗晶片上，甚至于所有的晶片包括后端晶片（Back-end Chip）、快闪记忆体（Flash RAM）等也可整合成单晶片（SYSTEM-ON-CHIP），以达到降低整机生产成本的目的,CMOS,CCD CMOS,全称 价格 噪声 信噪比 耗电量 影响锐利度 动态范围 发展趋势 传输速率 色彩,电荷耦合器件 高 低 高 高 高 高 技术比较稳定 信号读出速度慢 色彩还原较好,互补金属氧化物半导体 低 高 低 低 一般 一般 生产厂家众多，技术不断有突破性进展 信号读出速度快 一般,CCD与CMOS的对比,CCD与CMOS的技术特点,CCD与CMOS的技术特点主要在于成像过程，集成度，电源功耗和体积，性能指标等方面,成像过程 集成度 电源功耗和体积 性能指标,成像过程,CCD和CMOS使用相同的光敏材料，因而受光后产生电子的基本原理相同，但是读取过程不同：CCD是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移，整个电路非常复杂，读出速率慢；CMOS则以类似DRAM的方式读出信号，电路简单，读出速率高,集成度,CCD集成度较复杂，CMOS较简单，多数CMOS图像传感器同时具有模拟与模数字输出信号,电源功耗和体积,CCD需多种电源供电，功耗大，体积大；CMOS只需一个单电源，功耗低，体积小,性能指标,CCD技术已相当成熟，目前高端CMOS图像质量暂时不如CCD，但有些指标已超过CCD,业界共识：CMOS更适合网络高清摄像机的要求,模拟监控CCD称王，高清监控CMOS后来居上,总结,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,摄像机分类,色彩 清晰度 照度 自动增益控制（AGC） 白平衡（AWB） 电子快门 背光补偿 宽动态 信噪比,摄像机主要技术参数,监控摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白监控摄像机的水平清晰度比彩色监控摄像机高，且黑白监控摄像机比彩色监控摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较