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CCD摄像机大致可分为下列几大类 20021
 
 
  威视网服务中心技术知识详细资料   
CCD摄像机大致可分为下列几大类
双击自动滚屏 发布者:威视摄像机 发布时间:2010-5-7 9:41:18 阅读:20021

依成像色彩划分

(1)彩色摄像机:适用于景物细部辨别,如辨别衣着或景物的颜色。因有颜色而使信息量增大,信息量一般认为是黑白摄像机的10倍。

(2)黑白摄像机:是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区,在仅监视景物的位置或移动时,可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。

依摄像机分辨率划分

(1)影像像素在25万像素(pixel)左右、彩色分辨率为330线、黑白分辨率420线左右的低档型。

(2)影像像素在25万~38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下的中档型

(3)影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率,570线以上的高分辨率。

依摄像机灵敏度划分

(1)普通型:正常工作所需照度为1~3Lux
(2)月光型:正常工作所需照度为0.1 Lux左右
(3)星光型:正常工作所需照度为0.01 Lux以下
(4)红外照明型:原则上可以为零照度,采用红外光源成像。

按摄像元件的CCD靶面的大小划分

(1)l inch  靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm
(2)2/3inch靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm
(3)1/2inch靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm
(4)1/3inch靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm
(5)1/4inch靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm
(6)1/5inch正在开发之中,尚未推出正式产品

此外CCD摄像机有PAL制和NTSC制之分,还可以按图像信号处理方式划分或按摄像机结构区分。

CCD摄象机选购技巧



1. 什么是CCD摄像机?

  CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写,它是一种半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

2. CCD摄像机的工作方式

  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。

3. 分辨率的选择

  评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率,其单位为线对,即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600,彩色为380-480,其数值越大成像越清晰。一般的监视场合,用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合,用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

4. 成像灵敏度

  通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度,黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合;在夜间使用或环境光线较弱时,推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时,也必须使用低照度的摄像机。另外摄像的灵敏度还与镜头有关,0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.

参考环境照度:

  夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux
  电视台演播室 1000Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux
  室内日光灯 100Lux 黄昏室内 10Lux
  20cm处烛光 10-15Lux 夜间路灯 0.1Lux

5. 电子快门

  电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间,摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式,可根据环境的亮暗自动调节快门时间,得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间,以适应某些特殊应用场合。


6. 外同步与外触发

  外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步,它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了实现外同步,需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像,要实现这种功能,必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。

7. 光谱响应特性

  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。

8. CCD芯片的尺寸

  CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等,成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。在相同的光学镜头下,成像尺寸越大,视场角越大。 芯片规格 成像面大小(宽X高) 对角线 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm

IP网络摄象机安装注意事项



如果想在既有的网路架构下安装IP网路摄影机,一台性能较强的电脑是不可或缺的,可以选用Windows95/98/NT/2000或Linux作业系统的PC,此外苹果电脑也是一个不错的选择。而一般市面上的电脑通常都具备网路支援功能及浏览器,所以使用者可以很轻易的启动IP网路摄影机,不需要为其他周边设备伤脑筋。

设定密码以增添网路传输的安全性


  如果要采用IP网路摄影机,建议设定密码以保护摄影机所录取的资料;密码既可防止资料外 ,又可保证摄影机操作设定不会被随意窜改。若要应用在安全需求更高的场所,可将IP网路摄影机连接到具备特殊保护措施的电脑上,并可采用加密技术,如HTTPS协定等,以确保资料的机密性。

高品质影像须知

如果希望捕捉到高品质的影像,用户应注意到电脑萤幕的显示设定,其萤幕色彩至少需达65.000位元;另外,平面LED显示幕虽然使用起来十分方便,但在观看影像时,效果反而不如CRT萤幕。其他高品质影像需求如下∶


使用大量光线

在很多情况下,影像画质较差是由於照度太低。一般而言,光线越强,影像的品质越高;而在较弱的光线下,影像的色彩容易单调、模糊不清。一般专业摄影师都会采用照相机闪光灯来弥补光线的不足。
此外,解析度较高的摄影机虽可在照度小於1 Lux的条件下工作,但这只是意味著摄影机在1 Lux时可以捕捉到影像,却不代表在1 Lux时能获得良好的影像效果;若要捕捉高解析影像,其照度至少需达到200 Lux。

避免背光

一般而言,摄影机的动态调节能力是有限的,应尽量避免出现影像上的明亮区域,因为明亮的影像会导致曝光过多,物体就会显得过暗。

减小对比度

用户可以通过调整摄影机的曝光程度,来取得较平均的照度

减小对比度

用户可以通过调整摄影机的曝光程度,来取得较平均的照度

安装室外摄影机

如果要将IP网路摄影机安装在室外,则需配置室外用机壳。室外摄影机一般使用自动变焦镜头,可以调节影像感测器需要的光线,提高摄影机的动态功能,并可保护影像感测器免遭强光的损坏。
其他户外用IP网路摄影机的的注意事项如下∶

照明
夜晚使用摄影机时,为了避免反射和阴影,通常需要照明设备,可以使用红外线照明灯代替普通灯泡。不过用户必须使用黑白摄影机和带有红外线照明设备的网路影像伺服器,因为黑白摄影机对红外线感光较为灵敏,而彩色摄影机则无法发挥红外线功能。

避免直接拍射阳光
尽量避免影像中出现直射的阳光。直射的光线会使摄影机无法捕捉影像,并可能使感测器晶片上的彩色滤光器永久性脱色,导致影像出现条纹。如果可能的话,安装时需保持摄影机与阳光照射的方向一致,并尽量避免对准天空拍摄。

放大器增益
在电脑中可以调节影像感测器的增益级别,增益越高,在弱光下的性能越好,但干扰也会扩大。在光线较弱的时候,用户可以使用高增益以获得较好的性能,在光线品质良好的时候,用户使用低增益同样可获得高品质的影像。

快门速度
通常快门速度应设置为1/50或1/60秒;光线弱时曝光时间长,可以获得良好的性能。如果要捕捉快速移动的影像,快门速度应设定为1/10000秒。

选择合适的镜头

底座
摄影机的底座有两种主要的标准∶

1. CS-mount感测器和镜头间的距离应为12.5mm。
2. C-mount感测器和镜头间的距离应为17.5mm。如果无法聚焦,可能是选用了错误的底座类型。
另外,用户也可采用一个5mm的套环(C/CS适配器环),将C-mount镜头转换为 CS-mount镜头。

感测器尺寸
感测器尺寸越大,镜头越昂贵;1/2"镜头适用於1/2"、1/3"和1/4"感测器,但不适用於2/3"感测器。如果在大感测器上使用一个较小感测器制造的镜头,影像将会出现黑角。

焦距
焦距与感测器组合在一起形成了视角;小焦距的视角较宽,较大焦距具有狭窄的远摄视角,而在调整远摄镜头的聚焦时,操作必须更为精确。

镜头类型

镜头主要有三种类型∶

1. 单一焦距∶焦距是固定的,如4mm、8mm。
2. 变焦镜头∶可以在一定范围内调整焦距,如4-10mm;焦距变化时焦点不变。
3. 变焦点镜头∶这是一种低成本的变焦镜头;当焦距更改时,镜头必须重新聚焦;通常为3.5-8mm。

可变光圈
可变光圈是一种机械装置,用於调节通过镜头的光线数量。在镜头中有三种不同类型的可变光圈∶
1. 手动可变光圈∶转动一个环,以调节可变光圈。
2. DC自动可变光圈∶摄影机的输出调节可变光圈。
3. 影像自动可变光圈∶类比影像信号调节可变光圈;此类型目前不常使用。
室外一般采用自动可变光圈镜头,能保护影像感测器免遭强光的损坏。

网路传输线路

PSTN电话模式
广泛应用於连接外部网路,廉价且实用,但传输速度不是很快,有时会产生传输错误状况,需要重发资料。当下载文件时,最大速度可达56kbit/s,但上载文件时,最大速度是33.6 kbit/s。

ISDN电话模式
在许多国家的使用率都很高,最大传输速度为 128 kbit/s。

xDSL模式
Xdsl模式包括∶ADSL、HDSL、IDSL和VDSL等,目前越来越流行。电信服务公司和ISP厂商都提供xDSL传输模式,只要每月支付固定费用,就可以连接网际网路。
不同ISP厂商的标准速度也不尽相同,上载和下载速度也有区别。通常下载速度约为1Mbit/s,上载速度约为250Kbit/s。

有线电视Cable Modem
使用有线电视电缆传输,这种服务在人口密集的都会区域较为流行。不同地区之间的速度也不同,速度会随周围有多少用户在使用该项服务而有所变化。一般最大速度为1Mbit/s。

T 1连接
由网际网路ISP厂商提供,每月支付固定费用,就可按需要连接到网际网路。此一线路在公司行号或是网咖等线路使用率较高的单位较为流行。连接速度为1.5 Mbit/s。

10 Mbit 乙太网路
有两种主要标准;使用双绞线的10BaseT和使用同轴电缆(RG-58)的10Base2。由於10Base2有点不可靠,如果电缆上有任何地方发生中断状况,整个网路就会停止工作,所以不常使用。一般传输容量可以使用10 Mbit/s的50%。

100 Mbit 乙太网路
主要标准是100BaseT,约可使用100Mbit/s容量的50%;如果有交换机,则可以利用100%的容量。

1000 Mbit(GB)乙太网路
用於建筑物的骨干网中,主要标准是1000BaseT,约可使用1000Mbit/s容量的50%;如果有交换机,则可利用100%的容量。

行动电话(GSM、CDMA、CDPD、TDMA)
行动电话模式是连接远端摄影机(如用於交通监控的摄影机)一种很好的应用方式,无需电话线。其传输速度低,但可满足静态影像的需要。一般通信速度范围为5-20Kbit/s。

无线网路(IEEE 802.11)
由於不需要电缆,无线网路越来越流行。有许多用於高速无线通信的标准,通常最大通信速度范围为-11Mbit/s;一般实际速度为1Mbit/s。

无线网路(蓝芽)
蓝芽无线通信是一种越来越流行的标准,最大速度为720 Kbit/s,一般实际速度为500Kbit/s。

选用连接线路的建议
·电话模式适用於不需要高速传输的应用。 ·xDSL适用於办公室或是商店住家。 ·行动电话或无线网路适用於远端摄影机。 ·建筑物中建议使用100Mbit乙太网路。

低照度



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。

低照度摄像机在中国市场的演进过程

1、低照度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步:白天彩色/晚上黑白(COLOR/MONO)转换;
2、低速快门(SLOW/SHUTTER)
3、超感度摄像机(EXVIEW/HAD)。

一、白天彩色/晚上黑白(昼夜型摄像机COLOR/MONO)

此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群,国内市场在美国缔佳推出DIS888C 微光夜视摄像机,以前夜视摄像机一直以此类型摄像机为夜视主流产品。

   昼夜型(COLOR/MONO)摄像机的照度在国内市场上最低标示数值甚至为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,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。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中,早期像PHILIPS(飞利浦)、IKEGAMI(池上)、日本JVC 曾采用2 颗SENSOR(1 颗彩色、1 颗黑白)共用一组电路再行切换,目前此类摄像机已采用单一CCD(彩色)设计,在白天或光源充足时为彩色摄像机,当夜晚降临或光源不足时(一般在1LUX~3LUX)即利用数位电路将彩色信号消除掉,成为黑白影像,且为了搭配红外线,亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器,此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的,白天却有影像模糊,色彩不自然的缺点,并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。据厂商表示,为了弥补此一缺点,日本SANYO 曾推出利用马达控制滤光片开合(即随着彩色/黑白影像的切换,开合滤光片)的机种,但此机种似乎也已于市场消失。然而,COLOR MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机,仍相当具争议性,专家指出,真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身(所采用的元件,技术)可达到的功能,而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD 感度,本身并无法改变,只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升,不能算是低照度摄像机。

二、低速快门(SLOW/SHUTTER)

此类摄像机又称为(画面)累积型摄像机,是利用电脑记忆体的技术,连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来,成为一个影像清晰的画面,运用SLOW SHUTTER 技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2(×128),并且画面能够累积的帧数(128 帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆,夜间生物活动观察,夜间军事海岸线监视等,属性较静态场所的监视。运用SLOW SHUTTER 技术的摄像机才是真正的低照度摄像机;某些人认为,标准的低照度摄像机应是指(画面)累积型的摄像机。
目前属于此类型的低照度摄像机,以进口品牌为主导,大多数进口品牌价格昂贵,且累积帧数少(32 帧)。

三、超感度摄像机(EXVIEW/HAD)


    超感度摄像机(EXVIEW/HAD),又称24 小时摄像机,为”98 年全世界最热门的机种,其彩色照度可达0.05LUX,黑白则可达0.003-0.001LUX(亦可搭配红外线以达0LUX)不仅能清晰的辩识影像,更是实时连续的画面。
    此类型摄像机主要是采用SONY 元件厂所推出的EXVIEW/HAD/CCD(超感CCD),其运用专利技术将CCD 每一画素的开口率提高,进而达到更低照度的要求,由于该CCD 的制造成本仍高,相对的成品制造商要研发此类摄像机的技术门槛也较高。
EXVIEW HAD CCD+画面累积技术,并且基本消除了拖影现象,估计以目前全球技术而言也属于领先水平。专业人士认为若EXVIEW/HAD/CCD 一旦普及,则此类摄像机将会是最具明日之星架势的监视摄像机。

低照度摄象机与红外灯



超低照度摄像机是近年来随着半导体技术发展而推出的监控行业热点产品。目前已广泛用于金融、文博、酒店、写字楼、住宅小区物业管理等领域。由于传统的摄像机难以满足24小时连续监控(因为不可能在任何地点都做到24小时开灯)的需求,新技术型的超低照度摄像机抓住这一良机迅速发展起来。

一般的超低照度摄像机大都采用Exview HAD 技术,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,其感度可以提高到普通摄像机的4倍,如(图1)。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,这一技术的出现受到了监控市场的欢迎,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)。在近红外800mm-1100mm的近红外区域,如果配合合适波长的红外照明,就可以实现清晰的黑白图像。

  类似地获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的爆光量, 从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式也可以获得较低的照度指标,但是需要降低图像的连贯程度,所以选择这种摄像机时要注意尽可能不要同云台一起使用,否则会造成丢失画面的现象。在获得低照度下图像上还有一些其它的办法,但都不能从根本上解决照度问题。

另外,在选择使用低照度摄像机和红外线灯时要注意几点。

    第一,必须选择适当的镜头。为了提高摄像机对红外灯以及景物的敏感度,应尽可能选用通光量大的镜头,并注意在使用自动光圈或电动二可变镜头时,要尽可能开大光圈的驱动电平值。因为一般随着镜头焦距的增加,其通光量会相对减少,在选择红外灯时要留一定的余量,并注意红外灯的标称指标。

    第二,红外灯的选配电源应尽可能要满足其所需的最小电功率,经常发生照射距离不够的情况。

    第三,要考虑被摄像景物的反光程度,由于红外线具备可见光相同的如反射、折射等特性,因此,在目标景物周围如果没有良好的反光环境(如建筑物、围墙、标牌)时应考虑一定的距离余量。

摄象机的定焦和变焦镜头

镜头是摄像机的眼睛,正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。当前,1/3"镜头是应用的主流,自动光圈镜头销售量最多,变焦镜头是应用发展的趋势。

1)应依据摄像机到被监视目标的距离,来选择定焦镜头(Fixed Focal Lens)的焦距。
     从焦距上区分有短焦距广角镜头、中焦距标准镜头、长焦距远镜头。镜头焦距通常用值来表示,镜头光圈一般用F表示,F取值以镜头的焦距/和通光孔径d的比值来衡量,F=f/d,每个镜头上均标有其最大的F值。

2)摄像机的镜头规格应与摄像机CCD靶面尺寸(1/2"为6.4hX4.8υ、1/3"为4.8hX3.6υ、1/4"为3.2hX2.4υ)相对应。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。

3)摄像机的水平视觉度数及垂直视觉度数与摄像机CCD靶面尺寸hXυ及镜头焦距f之间有如下关系:水平视觉度数=2arctan (h/2f);
     垂直视觉度数=2arctan (υ/2f)。

4)镜头有自动光圈(auto iris)和手动光圈(manual iris)之分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合,手动光圈用于被照物光线稳定之处。
     自动光圈镜头有二种驱动方式:一类为视频输入型Video driver(with Amp),它将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈,这种视频输入型镜头内包含有放大器电路,用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制,另一类称为DC输入型(DC driverno Amp),它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,这种镜头内只包含电流计式光圈马达,摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性,但现已有通用型自动光圈镜头推出。

5)镜头安装有C型和CS型两种,C型安装的镜头在CCD摄像机与镜头间多了5mm  调整光圈值的环。C型安装的摄像机可用CS型镜头,但CS安装的摄像机不能使用C型镜头。Philips公司推出革命性的Wizard镜头安装向导,保证镜头与摄像机的完全兼容,这使得在任何环境下都可得到最优图像。

6)变焦镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化,因此可以使被监控的目标放大或缩小。典型的光学放大规格有诸如6~20倍等不同档次,并以电动缩放镜头(Zoom Lens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有:
     ·三可变镜头——光圈、聚焦、焦距均需人为调节。
     ·二可变镜头——通常是自动光圈镜头,而聚焦和焦距需人为调节。
     ·单可变镜头——一般是自动光圈和自动聚焦的镜头,而焦距需人为调节。

7)缩放/变焦镜头(Vari Focal Lens)是变焦镜头配合缩放镜头功能,焦距连续可变,可将远距离物体放大,又可提供一个宽广视景,使监视宽度增加。日本Kowa公司提供从1.6~3.4mm的宽角度镜头到15.0—300mm的远距镜头。

8)除传统的球面镜头外,新一代的是非球面镜头(Aspherical Lens),镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线,并且在设计时就考虑到了镜头的相差、色差、球差等校正因素,通常一片非球面镜片就能达到多个球面镜片矫正像差的效果,因此可以减少镜片的数量,使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确、镜头内的光线反射得以降低,镜头体积也相应缩小。非球面镜头具有变倍高、物距短、光圈大的特点。变倍高可以简化镜头的种类,物距短可以应用在近距离摄像的场合,光圈大则可以适应光线较暗的场所,因此应用领域日渐宽广。日本AVENIA的非球面镜头产品SSV0770,近摄距离可到30cm,
      光圈值也可到F1.6,变焦范围可从7.0~70mm,变倍率高达十倍,可用于电视监控等领域。

摄象机

1. 摄像机

   摄像部分一般安装在现场,它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台。它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。

   像机分为彩色和黑白两种,一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高,比较适合用于光线不足的地方,如果使用的目的只是监视景物的位置和移动,可采用黑白摄像机;如果要分辨被摄像物体的细节,比如分辨衣服和景物的颜色,则采用彩色的比较好。

摄像机的规格可分为1/3〃、1/2〃和2/3〃等,安装方式有固定和带云台二种。




在闭路监控系统中,摄像机又称摄像头或CCD(Charge Coupled Device)即电荷耦合器件。严格来说,摄像机是摄像头和镜头的总称,而实际上,摄像头与镜头大部分是分开购买的,用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离,通过计算得到镜头的焦距,所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的,不要以为摄像机(头)上已经有镜头。   

    摄像头的主要传感部件是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,CCD是电耦合器件(Charge Couple Device)的简称,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的工作原理是: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。

1.D摄像机的选择和分类   

    CCD芯片就像人的视网膜,是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造,市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片,现在韩国也有能力生产,但质量就要稍逊一筹。因为芯片生产时产生不同等级,各厂家获得途径不同等原因,造成CCD采集效果也大不相同。在购买时,可以采取如下方法检测:接通电源,连接视频电缆到监视器,关闭镜头光圈,看图像全黑时是否有亮点,屏幕上雪花大不大,这些是检测CCD芯片最简单直接的方法,而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈,看一个静物,如果是彩色摄像头,最好摄取一个色彩鲜艳的物体,查看监视器上的图像是否偏色,扭曲,色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩,使物体看起来清晰自然;而残次品的图像就会有偏色现象,即使面对一张白纸,图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘,CCD靶面上会有杂质,在一般情况下,杂质不会影响图像,但在弱光或显微摄像时,细小的灰尘也会造成不良的后果,如果用于此类工作,一定要仔细挑选。

    1、依成像色彩划分 彩色摄像机:适用于景物细部辨别,如辨别衣着或景物的颜色。 黑白摄像机:适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区,在仅监视景物的位置或移动时,可选用黑白摄像机。

    2、依分辨率灵敏度等划分 影像像素在38万以下的为一般型,其中尤以25万像素(512*492)、分辨率为400线的产品最普遍。 影像像素在38万以上的高分辨率型。

    3、按CCD靶面大小划分       CCD芯片已经开发出多种尺寸:  目前采用的芯片大多数为1/3"和1/4"。在购买摄像头时,特别是对摄像角度有比较严格要求的时候,CCD靶面的大小,CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。1英寸--靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm,对角线16mm。 2/3英寸--靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm,对角线11mm。 1/2英寸--靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm,对角线8mm。 1/3英寸--靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm,对角线6mm。 1/4英寸--靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm,对角线4mm。

   4、按扫描制式划分 PAL制。 NTSC制。 中国采用隔行扫描(PAL)制式(黑白为CCIR),标准为625行,50场,只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外,日本为NTSC制式,525行,60场(黑白为EIA)。

   5、依供电电源划分 110VAC(NTSC制式多属此类), 220VAC, 24VAC。12VDC或9VDC(-----多属此类)。

   6、按同步方式划分 内同步:用摄像机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。外同步:使用一个外同步信号发生器,将同步信号送入摄像机的外同步输入端。 功率同步(线性锁定,line lock):用摄像机AC电源完成垂直推动同步。 外VD同步:将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。 多台摄像机外同步:对多台摄像机固定外同步,使每一台摄像机可以在同样的条件下作业,因各摄像机同步,这样即使其中一台摄像机转换到其他景物,同步摄像机的画面亦不会失真。  

7、按照度划分,CCD又分为:

普通型  正常工作所需照度1~3LUX

月光型  正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型  正常工作所需照度0.01LUX以下
红外型  采用红外灯照明,在没有光线的情况下也可以成像


8、按外观分:有机板型、针孔型、半球型。
CCD彩色摄像机的主要技术指标

(1)CCD尺寸,亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸,现在1/3英寸的已普及化,1/4英寸和1/5英寸也已商品化。

(2)CCD像素,是CCD的主要性能指标,它决定了显示图像的清晰程度,分辨率越高,图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成,每一个元素称为像素,像素越多,图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界,38万像素以上者为高清晰度摄像机。

(3)水平分辨率。彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间,主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。   分辨率是用电视线(简称线TV LINES)来表示的,彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。分辨率与CCD和镜头有关,还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关,通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽,图像越清晰,线数值相对越大。

(4)最小照度,也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度,或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯(LUX),数值越小,表示需要的光线越少,摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件,2~3lux属一般照度,现在也有低于1lux的普通摄像机问世。

(5)扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。

(6)摄像机电源。交流有220V、110V、24V,直流为12V 或9V。

(7)信噪比。典型值为46db,若为50db,则图像有少量噪声,但图像质量良好;若为60db,则图像质量优良,不出现噪声。

(8)视频输出。多为1Vp-p、75Ω,均采用BNC接头。

(9)镜头安装方式。有C和CS方式,二者间不同之处在于感光距离不同。

2、CCD彩色摄像机的可调整功能

(1)同步方式的选择

A、对单台摄像机而言,主要的同步方式有下列三种:
内同步--利用摄像机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。    外同步--利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄像机的外同步输入端来实现同步。
电源同步--也称之为线性锁定或行锁定,是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步,即摄像机和电源零线同步。

B、对于多摄像机系统,希望所有的视频输入信号是垂直同步的,这样在变换摄像机输出时,不会造成画面失真,但是由于多摄像机系统中的各台摄像机供电可能取自三相电源中的不同相位,甚至整个系统与交流电源不同步,此时可采取的措施有:均采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号送入各台摄像机的外同步输入端来调节同步。 调节各台摄像机的"相位调节"电位器,因摄像机在出厂时,其垂直同步是与交流电的上升沿正过零点同相的,故使用相位延迟电路可使每台摄像机有不同的相移,从而获得合适的垂直同步,相位调整范围0~360度。

(2)自动增益控制    所有摄像机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器,其放大量即增益,等效于有较高的灵敏度,可使其在微光下灵敏,然而在亮光照的环境中放大器将过载,使视频信号畸变。为此,需利用摄像机的自动增益控制(AGC)电路去探测视频信号的电平,适时地开关AGC,从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作,此即动态范围,即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度,从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。

(3)背景光补偿    通常,摄像机的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。 当背景光补偿为开启时,摄像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。

(4)电子快门    在CCD摄像机内,是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间,当电子快门关闭时,对NTSC摄像机,其CCD累积时间为1/60秒;对于PAL摄像机,则为1/50秒。当摄像机的电子快门打开时,对于NTSC摄像机,其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围;对于PAL型摄像机,其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。当电子快门速度增加时,在每个视频场允许的时间内,聚焦在CCD上的光减少,结果将降低摄像机的灵敏度,然而,较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个"停顿动作"效应,这将大大地增加摄像机的动态分辨率。

(5)白平衡   白平衡只用于彩色摄像机,其用途是实现摄像机图像能精确反映景物状况,有手动白平衡和自动白平衡两种方式。

A、自动白平衡

        连续方式--此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整,范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的,使色彩表现自然,但对于景物中很少甚至没有白色时,连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。按钮方式--先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标,然后将自动方式开关从手动拨到设置位置,保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止,在白平衡被执行后,将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置,此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中,直至再次执行被改变为止,其范围为2300~10000K,在此期间,即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠,适用于大部分应用场合。

B、手动白平衡

     开手动白平衡将关闭自动白平衡,此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节,如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外,有的摄像机还有将白平衡固定在3200K(白炽灯水平)和5500K(日光水平)等档次命令。

(6)色彩调整 对于大多数应用而言,是不需要对摄像机作色彩调整的,如需调整则需细心调整以免影响其他色彩,可调色彩方式有:红色-黄色色彩增加,此时将红色向洋红色移动一步。 红色-黄色色彩减少,此时将红色向黄色移动一步。兰色-黄色色彩增加,此时将兰色向青兰色移动一步。 兰色-黄色色彩减少,此时将兰色向洋红色移动一步。


3、数字化式的调整控制方法

新型摄像机对前述各项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。
DSP摄像机 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)摄像机。该种摄像机具有以下优点:

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。常规摄像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摄像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。传统的摄像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摄像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,该摄像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,可将由摄像机彩色噪声引起的图像混叠减至最少。 C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面(摄像机 CCD光电感应器应处的位置)的距离不同,C型接口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。 C型镜头与C型摄像机,CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。

照度



何谓照度?照度(LUX)数值达到多少为低照度?多少数值能适应摄取影像的周围环境?

照度是反映光照强度的一种单位,其物理意义是照射到单位面积上的光通量,照度的单位是每平方米的流明(Lm)数,也叫做勒克斯(Lux): 1Lux=1Lm/平方米上式中,Lm是光通量的单位,其定义是纯铂在熔化温度(约1770℃)时,其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。

为了对照度的量有一个感性的认识,下面举一例进行计算,一只100W的白炽灯,其发出的总光通量约为1200Lm,若假定该光通量均匀地分布在一半球面上,则距该光源1m和5m处的光照度值可分别按下列步骤求得: 半径为1m的半球面积为2π×12=6.28平方米 距光源1m处的光照度值为: 1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半径为5m的半球面积为:2π×52=157平方米距光源5m处的光照度值为: 1200Lm/157平方米=7.64Lux

可见,从点光源发出的光照度是遵守平方反比律的。

1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度,我们在摄像机参数规格中常见的最低照度(MINIMUM.ILLUMINATION),表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下,即能获取清晰的影像画面,此数值越小越好,说明CCD的灵敏度越高。同样条件下,黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。
    一般情况:夏日阳光下为100,000LUX;阴天室外为10000LUX;室内日光灯为100LUX;距60W台灯60CM桌面为300LUX;电视台演播室为1000LUX;黄昏室内为10LUX;夜间路灯为0.1LUX;烛光(20CM远处)10~15LUX。

照度参考表:




探测器

红外基本原理介绍

自然界中的一切物体,只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动,其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波,它的波长范围为0.78 ~ 1000um,不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场,即温度场。
注意:红外成像设备只能反映物体表面的温度场。
   
对于电力设备,红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号,从而获得设备的热状态特征,并根据这种热状态及适当的判据,作出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。

为了深入理解电力设备故障的红外诊断原理,更好的检测设备故障,下面将初步讨论一下电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的关系和规律、影响因素和DL500E的工作原理。
 
 
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