ccd攝像機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)
前言 什么是ccd？
在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)又稱攝像頭或ccd（charge coupled device）即電荷耦合元器件。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，攝像機(jī)是攝像頭和鏡頭的總稱，而實(shí)際上，攝像頭與鏡頭大部分是分開(kāi)購(gòu)買(mǎi)的，用戶根據(jù)目標(biāo)物體的大小和攝像頭與物體的距離，通過(guò)計(jì)算得到鏡頭的焦距，所以每個(gè)用戶需要的鏡頭都是依據(jù)實(shí)際情況而定的，不
要以為攝像機(jī)（頭）上已經(jīng)有鏡頭。
攝像頭的主要傳感部件是ccd，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)、抗磁場(chǎng)、體積小、無(wú)殘影等特點(diǎn)，ccd能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛?chǔ)存及轉(zhuǎn)移，也可將儲(chǔ)存之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝象元件。是代替攝
像管傳感器的新型器件。
攝物體的圖像經(jīng)過(guò)鏡頭聚焦至ccd芯片上，ccd根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號(hào)輸出。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)同家用的錄像機(jī)、vcd機(jī)、家用攝像機(jī)的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機(jī)上觀看。
第一章攝像機(jī)發(fā)展史
第一節(jié)ccd發(fā)展簡(jiǎn)史
ccd產(chǎn)品問(wèn)世已有30多年，從當(dāng)時(shí)的20萬(wàn)像素發(fā)展到目前的500—800萬(wàn)像素，無(wú)論其市場(chǎng)規(guī)模還是其應(yīng)用面，都得到了巨大的發(fā)展，可以說(shuō)是在平穩(wěn)中
逐步提高，特別是近幾年來(lái)，在消費(fèi)領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展速度更快。
由于ccd的技術(shù)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，目前業(yè)界只有索尼、飛利浦、柯達(dá)、松下、富士和夏普６家廠商可以批量生產(chǎn)，而其中最主要的供商應(yīng)是索尼，飛利浦和柯達(dá)，其中，在各廠商市占率方面，索尼以50％的市占率，成為市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)廠商。索尼從70年代研發(fā)ccd以來(lái)，即將其廣泛運(yùn)用在攝錄放影機(jī)及廣播電視等專業(yè)用攝影機(jī)等器材上，目前索尼的研發(fā)水平仍是領(lǐng)先于其它公司之上
目前的ccd組件，每一個(gè)像素的面積和開(kāi)發(fā)初期比較起來(lái)，己縮小到1/10以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化，高像素的要求下，單位面積將會(huì)更加的縮小。在小型化的同時(shí)，利用各種新開(kāi)發(fā)的技術(shù)，使其感光度不會(huì)因?yàn)閱挝幻娣e縮小而受到影響，也同時(shí)要求其性能維持或向上提升。
以下是索尼公司按年代劃分而發(fā)展的ccd傳感器簡(jiǎn)介：
1、had感測(cè)器
had（hole-accumulation diode）傳感器是在n型基板，p型，n+2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是sony獨(dú)特的構(gòu)造。由于設(shè)計(jì)了這層正孔蓄積層，可以使感測(cè)器表面常有的暗電流問(wèn)題獲得解決。另外，在n型基板上設(shè)計(jì)電子可通過(guò)的垂直型隧道，使得開(kāi)口率提高，換句換說(shuō)，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其領(lǐng)先使用在可變速電子快門(mén)產(chǎn)品中，在拍攝移動(dòng)快速的物體也可獲得清晰的圖象。
2、on-chip micro lens
80年代后期，因?yàn)閏cd中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個(gè)問(wèn)題，索尼在每一感光二極管前裝上微小鏡片，使用微小鏡片后，感光面積不再因?yàn)楦袦y(cè)器的開(kāi)口面積而決定，而是以微小鏡片的表面積來(lái)決定。所以在規(guī)格上提高了開(kāi)口率，也使感亮度因此大幅提升。
3、super had ccd
進(jìn)入９０年代后期以來(lái)，ccd的單位面積也越來(lái)越小，1989年開(kāi)發(fā)的微小鏡片技術(shù)，已經(jīng)無(wú)法再提升感亮度，如果將ccd組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升，將會(huì)使雜訊也被提高，畫(huà)質(zhì)會(huì)受到明顯的影響。索尼在ccd技術(shù)的研發(fā)上又更進(jìn)一步，將以前使用微小鏡片的技術(shù)改良，提升光利用率，開(kāi)發(fā)將鏡片的形狀最優(yōu)化技術(shù)，即索尼 super had ccd技術(shù)?；旧鲜且蕴嵘饫眯蕘?lái)提升感亮度的設(shè)計(jì)，這也為目前的ccd基本技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
4、new structure ccd
在攝影機(jī)的光學(xué)鏡頭的光圈f值不斷的提升下，進(jìn)入到攝影機(jī)內(nèi)的斜光就越來(lái)越多，使得入射到ccd組件的光無(wú)法百分之百的被聚焦到感測(cè)器上，而ccd感測(cè)器的感度將會(huì)降低。１９９８年索尼公司為改善這個(gè)問(wèn)題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時(shí)將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會(huì)造成垂直ccd畫(huà)面雜訊的訊號(hào)不會(huì)進(jìn)入，使smear特性改善。
5、exview had ccd
比可視光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外線光，也可以在半導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，ccd無(wú)法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測(cè)器內(nèi)。為此，索尼在1998年新開(kāi)發(fā)的“exview had ccd”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴(kuò)充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“exview had ccd”組件時(shí)，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時(shí)，會(huì)漏出到垂直ccd部分的smear成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫(huà)質(zhì)的雜訊也會(huì)大幅降低。
第一節(jié) ccd芯片的選擇
ccd芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。
目前市場(chǎng)上大部分?jǐn)z像頭采用的是日本sony、sharp、松下、lg等公司生產(chǎn)的芯
片，現(xiàn)在韓國(guó)也有能力生產(chǎn)，但質(zhì)量就要稍遜一籌。
因?yàn)樾酒a(chǎn)時(shí)產(chǎn)生不同等級(jí)，各廠家獲得途徑不同等原因，造成ccd采集效果也大不相同。在購(gòu)買(mǎi)時(shí)，可以采取如下方法檢測(cè)：接通電源，連接視頻電纜到監(jiān)視器，關(guān)閉鏡頭光圈，看圖像全黑時(shí)是否有亮點(diǎn)，屏幕上雪花大不大，這些是檢測(cè)ccd芯片最簡(jiǎn)單直接的方法，而且不需要其它專用儀器。然后可以打開(kāi)光圈，看一個(gè)靜物，如果是彩色攝像頭，最好攝取一個(gè)色彩鮮艷的物體，查看監(jiān)視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的ccd可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來(lái)清晰自然；而殘次品的圖像就會(huì)有偏色現(xiàn)象，即使面對(duì)一張白紙，圖像也會(huì)顯示藍(lán)色或紅色。個(gè)別ccd由于生產(chǎn)車間的灰塵，ccd靶面上會(huì)有雜質(zhì)，在一般情況下，雜質(zhì)不會(huì)影響圖像，但在弱光或顯微攝像時(shí)，細(xì)
小的灰塵也會(huì)造成不良的后果，如果用于此類工作，一定要仔細(xì)挑選。
第二章 攝像機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
一、ccd尺寸
即攝象機(jī)靶面。目前采用的芯片大多數(shù)為1/3”和1/4”。在購(gòu)買(mǎi)攝像頭時(shí)，特別是對(duì)攝像角度有比較嚴(yán)格要求的時(shí)候，ccd靶面的大小，ccd與鏡頭的配合情況將直接影響視場(chǎng)角的大小和圖像的清晰度。在相同的光學(xué)鏡頭下，成像尺寸
越大，視場(chǎng)角越大。
1英寸——靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm，對(duì)角線16mm。
2/3英寸——靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對(duì)角線11mm。
1/2英寸——靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對(duì)角線8mm。
1/3英寸——靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對(duì)角線6mm。
1/4英寸——靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對(duì)角線4mm。
二、ccd像素
是ccd的主要性能指標(biāo)，它決定了顯示圖像的清晰程度，分辨率越高，圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)越好。ccd是由面陣感光元素組成，每一個(gè)元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大多以25萬(wàn)和38萬(wàn)像素為劃界，38萬(wàn)像素以上者為
高清晰度攝象機(jī)。
三、 水平分辨率
分辨率是用電視線（簡(jiǎn)稱線tv lines）來(lái)表示的。彩色攝象機(jī)的典型分辨率是在320到500電視線之間，主要有330線、380線、420線、460線、500
線等不同檔次。
分辨率與ccd和鏡頭有關(guān)，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通常規(guī)律是1mhz的頻帶寬度相當(dāng)于清晰度為80線。 頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對(duì)越大。
四、 最小照度
照度又稱靈敏度。是ccd對(duì)環(huán)境光線的敏感程度，或者說(shuō)是ccd正常成像時(shí)所需要的最暗光線。照度的單位是勒克斯（lux），數(shù)值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位，單位是每平方米的流明
數(shù)，1lux大約等于1燭光在1米距離的照度
1lux=1lm/m*m（lm是光通量的單位）
黑白攝像機(jī)的靈敏度大約是0.02-0.5lux(勒克斯)，彩色攝像機(jī)多在1lux以上。攝像的靈敏度與鏡頭f值有關(guān)，0.97lux/f0.75相當(dāng)于2.5lux/f1.2相當(dāng)于3.4lux/f1.0
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
紅外型：采用紅外燈照明，在沒(méi)有光線的情況下也可以成像
參考環(huán)境與照度：
參照環(huán)境
大概照度
參照環(huán)境
大概照度
夏日陽(yáng)光下
100000lux
室內(nèi)日光燈
100lux
陰天室外
10000lux
黃昏室內(nèi)
10lux
電視臺(tái)演播室
1000lux
20cm處燭光
10-15lux
距60w臺(tái)燈60cm桌面
300lux
夜間路燈
0.1lux
照度值不僅與鏡頭的光圈大?。╢值）有關(guān)，與測(cè)試時(shí)的周邊環(huán)境也有著較大的關(guān)系，以光圈大?。╢值）而言，光圈愈大則其所代表的f值愈小，所需的照度愈低。
五、掃描制式
根據(jù)各國(guó)供電所采用的頻率不同，有pal制和ntsc制之分。
50hz：pal制，隔行掃描（pal）制式（黑白為ccir），標(biāo)準(zhǔn)為625行，50場(chǎng)。
60hz：ntsc制式，525行，60場(chǎng)（黑白為eia）。
六、 攝象機(jī)電源
交流有220v、110v、24v，直流為12v 或9v。
七、信噪比
當(dāng)攝像機(jī)攝取較亮場(chǎng)景時(shí)，監(jiān)視器顯示的畫(huà)面通常比較明快，觀察者不易看出畫(huà)面中的干擾噪點(diǎn)；而取較暗場(chǎng)景時(shí)，監(jiān)視器顯示的畫(huà)面就比較昏暗，觀察者很容易看到畫(huà)面中雪花狀的干擾噪點(diǎn)。干擾噪點(diǎn)的強(qiáng)弱與攝像機(jī)的信噪比指標(biāo)有
直接關(guān)系，即信噪比越高，干擾噪點(diǎn)對(duì)畫(huà)面的影響就越小。
信噪比是信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值，通常用符號(hào)s/n來(lái)表示。由于在一般情況下，信號(hào)電壓遠(yuǎn)高于噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用db來(lái)表示。一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是在agc（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)agc接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。
信噪比的典型值為45~55db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。
八、 視頻輸出
1vp-p、75ω，采用bnc接頭。
九、鏡頭安裝方式
有c和cs方式，兩者的螺紋均為1英寸32牙，直徑為1英寸，差別是鏡頭距ccd靶面的距離不同。
c式安裝座從基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離為17.562毫米，比cs式距離ccd靶面多一個(gè)專用接圈的長(zhǎng)度，cs式距焦點(diǎn)距離為12.5毫米。在安裝鏡頭前，先看一看攝像頭和鏡頭是不是同一種接口方式，如果不是，就需要根據(jù)具體情況增減接圈。有的攝像頭不用接圈，而采用后像調(diào)節(jié)環(huán)（如松下產(chǎn)品），調(diào)節(jié)時(shí)，用螺絲刀擰松調(diào)節(jié)環(huán)上的螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)，此時(shí)ccd靶面會(huì)相對(duì)安裝基座向后（前）運(yùn)動(dòng)，也起到接圈的作用。另外（如sony，jvc）采用的方式類似后像調(diào)節(jié)環(huán)，它的固定螺絲一般在攝像機(jī)的側(cè)面。擰松后，調(diào)節(jié)頂端的一個(gè)齒輪，也可以使圖象清晰而不用加減接圈。
十、同步方式
對(duì)單臺(tái)攝象機(jī)而言，主要的同步方式有下列三種：
內(nèi)同步——利用攝象機(jī)內(nèi)部的晶體振蕩電路產(chǎn)生同步信號(hào)來(lái)完成操作。
外同步——利用一個(gè)外同步信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號(hào)送到攝象機(jī)的外同步輸入端 來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。
電源同步——也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝象機(jī)的交流電源來(lái)完成垂直推動(dòng)同步，即攝象機(jī)和電源零線同步。
十一、自動(dòng)增益控制
所有攝象機(jī)都有一個(gè)將來(lái)自ccd的信號(hào)放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，將微弱的信號(hào)放大到能正常使用，從而使攝像機(jī)能在亮度較低
的環(huán)境下使用。然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過(guò)載，使視頻信號(hào)畸變。
需利用攝象機(jī)的自動(dòng)增益控制（agc）電路去探測(cè)視頻信號(hào)的電平，適時(shí)地開(kāi)關(guān)agc，從而使攝象機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，即在低照度時(shí)自動(dòng)增加攝象機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)獲得清晰的圖像。而照度較高時(shí)能自動(dòng)降低增益放大倍數(shù)，保證圖像不發(fā)生畸變。
自動(dòng)增益打開(kāi)時(shí)，售叼電壓和噪聲電壓被同時(shí)放大，信噪比將會(huì)減小。此時(shí)的噪點(diǎn)也會(huì)比較明顯。
十二、背光補(bǔ)償
通常，攝象機(jī)的自動(dòng)增益控制是通過(guò)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的平均亮度來(lái)調(diào)節(jié)增益的，但如果視場(chǎng)中包含一個(gè)很亮的背景區(qū)域，而觀察的主體目標(biāo)處于亮場(chǎng)的包圍中，畫(huà)面會(huì)顯示一片昏暗，無(wú)層次。放大器檢測(cè)到的信號(hào)平均電平很高，增益的倍數(shù)也隨之減少，無(wú)法改進(jìn)畫(huà)面主體目標(biāo)的明暗度。
當(dāng)背景光補(bǔ)償為開(kāi)啟時(shí)，攝象機(jī)僅對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的部份區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)得到整個(gè)視場(chǎng)的平均信號(hào)電平，從而確定agc電路的工作值。由于子區(qū)域的平均電平很低，所以增益也會(huì)較高。整個(gè)畫(huà)面都會(huì)更加明亮。
十三、電子快門(mén)
這是一個(gè)類比于照像機(jī)的機(jī)械快門(mén)功能提出的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，相當(dāng)于控制ccd圖像傳感受器的感光時(shí)間，感光時(shí)間越長(zhǎng)，電荷積累時(shí)間也就越長(zhǎng)，輸出信號(hào)電流的強(qiáng)度也就越大。在照度較高的地方，感光時(shí)間要求短些，否則畫(huà)面會(huì)偏白。在照度較低的地方，感光時(shí)間要求長(zhǎng)些，這樣畫(huà)面會(huì)積累較多的電荷，從而使圖
像變得清晰。
ccd攝像機(jī)的電子快門(mén)還可以有效的防止高速移動(dòng)物體的拖影現(xiàn)象。
十四、白平衡
圖像的各種色彩是由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成的，當(dāng)電路中的紅、綠、藍(lán)三種色彩各自的的信號(hào)電壓相等時(shí)，可以在監(jiān)視器上輸出純白色的被攝景物，此時(shí)稱之為白平衡。此時(shí)，攝像機(jī)能夠顯示最真實(shí)的被攝物體。白平衡如果未調(diào)節(jié)好，
顯示的畫(huà)面將出現(xiàn)偏色（紅、藍(lán)、綠）的情況。
白平衡設(shè)置有兩種方式，自動(dòng)白平衡和手動(dòng)白平衡
a、 自動(dòng)白平衡
連續(xù)方式——此時(shí)白平衡設(shè)置將隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調(diào)整，范圍為2800~6000k。這種方式對(duì)于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場(chǎng)合是最適宜的，使色彩表現(xiàn)自然，但對(duì)于景物中很少甚至沒(méi)有白色時(shí)，連續(xù)的白平衡不能產(chǎn)生最佳的彩色效果。
按鈕方式——先將攝象機(jī)對(duì)準(zhǔn)諸如白墻、白紙等白色目標(biāo)，然后將自動(dòng)方式開(kāi)關(guān)從手動(dòng)撥到設(shè)置位置，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現(xiàn)白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，將自動(dòng)方式開(kāi)關(guān)撥回手動(dòng)位置以鎖定該白平衡的設(shè)置，此時(shí)白平衡設(shè)置將保持在攝象機(jī)的存儲(chǔ)器中，直至再次執(zhí)行被改變?yōu)橹梗浞秶鸀?300~10000k，在此期間，即使攝象機(jī)斷電也不會(huì)丟失該設(shè)置。以按鈕方式設(shè)置白平衡最為精確和可靠，適用于大部分應(yīng)用場(chǎng)合。
b、手動(dòng)白平衡
開(kāi)手動(dòng)白平衡將關(guān)閉自動(dòng)白平衡，此時(shí)改變圖像的紅色或蘭色狀況有多達(dá)107個(gè)等級(jí)供調(diào)節(jié)，如增加或減少紅色各一個(gè)等級(jí)、增加或減少蘭色各一個(gè)等級(jí)。除次之外，有的攝象機(jī)還有將白平衡固定在3200k（白熾燈水平）和5500k（日光水平）等檔次命令。
十五、低速快門(mén)（slow/shutter）
此類的攝影機(jī)獲得低照度下圖像的方法是通過(guò)電荷單幀累積方式增加ccd在單幀圖 像的爆光量，從而提高攝像機(jī)對(duì)單幀圖像的靈敏度。這種方式也可以獲得較低的照度指針，但是需要降低圖像的連貫程度，所以選擇這種攝像機(jī)時(shí)要注意盡可能不要同云臺(tái)一起使用，否則會(huì)造成丟失畫(huà)面的現(xiàn)象。在獲得低照度下圖像上還有一些其它的辦法，但都不能從根本上解決照度問(wèn)題。
此類攝像機(jī)又稱為（畫(huà)面）累積型攝像機(jī)，是利用計(jì)算機(jī)內(nèi)存的技術(shù)，連續(xù)將幾個(gè)因光線不足而較顯模糊的畫(huà)面累積起來(lái)，成為一個(gè)影像清晰的畫(huà)面，運(yùn)用slow shutter技術(shù)降低攝像機(jī)照度至0.008lux/f1.2（×128），并且畫(huà)面能夠累積的幀數(shù) (128幀)是屬于甚至包括進(jìn)口品牌再內(nèi)的領(lǐng)先水平。此類型低照度攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動(dòng)觀察，夜間軍事海岸線監(jiān)視等，屬性較靜態(tài)場(chǎng)所的監(jiān)視。
各種攝像機(jī)的概念及分析
一、彩色ccd攝像機(jī)
二、黑白ccd攝像機(jī)
三、一體化攝像機(jī)
四、日夜兩用型ccd攝像機(jī)
五、超低照度攝像機(jī)
六、高速球型攝像機(jī)
七、dsp攝像機(jī)
在模擬制式的基礎(chǔ)上引入部分?jǐn)?shù)字化處理技術(shù)，稱為數(shù)字信號(hào)處理（dsp，digital signal processor）攝象機(jī)。該種攝象機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
１、由于采用了數(shù)字檢測(cè)和數(shù)字運(yùn)算技術(shù)而具有智能化背景光補(bǔ)償功能。常規(guī)攝象機(jī)要求被攝景物置于畫(huà)面中央并要占據(jù)較大的面積方能有較好的背景光補(bǔ)償，否則過(guò)亮的背景光可能會(huì)降低圖像中心的透明度。而dsp攝象機(jī)是將一個(gè)畫(huà)面劃分成48個(gè)小處理區(qū)域來(lái)有效地檢測(cè)目標(biāo)，這樣即使是很小的、很薄的或不在畫(huà)面中心區(qū)域的景物均能清楚地呈現(xiàn)。
２、由于dsp技術(shù)而能自動(dòng)跟蹤白平衡，即可以在任何條件檢測(cè)和跟蹤“白色”，并以數(shù)字運(yùn)算處理功能來(lái)再現(xiàn)原始的色彩。傳統(tǒng)的攝象機(jī)因系對(duì)畫(huà)面上的全部色彩作平均處理，這樣如果彩色物體在畫(huà)面上占據(jù)很大面積，那么彩色重現(xiàn)將不平衡，也就是不能重現(xiàn)原始色彩。dsp攝象機(jī)是將一個(gè)畫(huà)面分成48個(gè)小處理區(qū)域，這樣就能夠有效地檢測(cè)白色，即使畫(huà)面上只有很小的一塊白色，該攝象機(jī)也能跟蹤它從而再現(xiàn)出原始的色彩。在拍攝網(wǎng)格狀物體時(shí)，可將由攝象機(jī)彩色噪聲引起的圖像混疊減至最少。
八、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)
九、自動(dòng)跟蹤的球型攝像機(jī)
十、超感度攝像機(jī)（exview/had）。
一般的超低照度攝像機(jī)大都采用exview had 技術(shù)，采用exview had ccd的攝像機(jī)， 對(duì)外界光線的敏感程度會(huì)大大提高，在近紅外區(qū)域，其感度可以提高到普通攝像機(jī)的4倍。因此，即使在非常暗的環(huán)境下，這種攝像機(jī)通?？梢钥吹饺搜劭床坏降奈矬w，這一技術(shù)的出現(xiàn)受到了監(jiān)控市場(chǎng)的歡迎，對(duì)各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果，特別是配合專用的紅外照明設(shè)備，可以得到高清晰度的黑白圖像，實(shí)現(xiàn)0照度的監(jiān)控（完全無(wú)光的情況下）。在近紅外760mm-1100mm的近紅外區(qū)域，如果配合合適波長(zhǎng)的紅外照明，就可以實(shí)現(xiàn)清晰的黑白圖像。
超感度攝像機(jī)（exview/had），又稱24小時(shí)攝像機(jī)，其彩色照度可達(dá)0.05lux，黑白則可達(dá)0.003-0.001lux（亦可搭配紅外線以達(dá) 0lux）不僅能清晰的辯識(shí)影像，更是實(shí)時(shí)連續(xù)的畫(huà)面。
鏡頭的主要功能
攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量（指標(biāo)）優(yōu)劣直接影響攝像機(jī)的整機(jī)指標(biāo)，因此，攝像機(jī)鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價(jià)。
鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，如果沒(méi)有晶狀體，人眼看不到任何物體；如果沒(méi)有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像就是白茫茫的一片，沒(méi)有清晰的圖像輸出，這與我們家用攝像機(jī)和照相機(jī)的原理是一致的。
當(dāng)人眼的肌肉無(wú)法將晶狀體拉伸至正常位置時(shí)，也就是人們常說(shuō)的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清；攝像頭與鏡頭的配合也有類似現(xiàn)象，當(dāng)圖像變得不清楚時(shí)，可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn)，改變ccd芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離（相當(dāng)于調(diào)整人眼晶狀體的位置），可以將模糊的圖像變得清晰。
由此可見(jiàn)，鏡頭在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是非常重要的。工程設(shè)計(jì)人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計(jì)人員要根據(jù)物距、成像大小計(jì)算鏡頭焦距，施工人員經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，其中一部分就是把鏡頭調(diào)整到最佳狀態(tài)。
鏡頭的分類
鏡頭的分類方法很多，從外形、安裝方式、使用場(chǎng)所、實(shí)際功能、使用效果等都可以進(jìn)行分類。
一、基礎(chǔ)分類表
二、各類鏡頭詳解
1．安裝方式
所有的攝象機(jī)鏡頭均是螺紋口的，ｃｃｄ攝象機(jī)的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即ｃ安裝座和ｃｓ安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。
ｃ安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是17.526mm。
ｃｓ安裝座：特種ｃ安裝，此時(shí)應(yīng)將攝象機(jī)前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12.5mm。
如果要將一個(gè)ｃ安裝座鏡頭安裝到一個(gè)ｃｓ安裝座攝象機(jī)上時(shí)，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。
2．鏡頭規(guī)格
攝象機(jī)鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝象機(jī)的ｃｃｄ尺寸而定，兩者應(yīng)相對(duì)應(yīng)。即 攝象機(jī)的ｃｃｄ靶面大小為１／２英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選１／２英寸。 攝象機(jī)的ｃｃｄ靶面大小為１／３英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選１／３英寸。攝象機(jī)的ｃｃｄ靶面大小為１／４英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選１／４英寸。 如果鏡頭尺寸與攝象機(jī)ｃｃｄ靶面尺寸不一致時(shí)，觀察角度將不符合設(shè)計(jì)要求，或者發(fā)生畫(huà)面在焦點(diǎn)以外等問(wèn)題。
3．鏡頭光圈
鏡頭有手動(dòng)光圈（manual iris）和自動(dòng)光圈（auto iris）之分，配合攝象機(jī)使用。
手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)用場(chǎng)合，自動(dòng)光圈鏡頭因亮度變更時(shí)其光圈亦作自動(dòng)調(diào)整，故適用亮度變化的場(chǎng)合。
自動(dòng)光圈鏡頭有兩類：一類是將一個(gè)視頻信號(hào)及電源從攝象機(jī)輸送到透鏡來(lái)控制鏡頭上的光圈，稱為視頻輸入型；另一類則利用攝象機(jī)上的直流電壓來(lái)直接控制光圈，稱為ｄｃ輸入型。
自動(dòng)光圈鏡頭上的ａｌｃ（自動(dòng)鏡頭控制）調(diào)整用于設(shè)定測(cè)光系統(tǒng)，可以以整個(gè)畫(huà)面的平均亮度，也可以以畫(huà)面中最亮部分（峰值）來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度，供給自動(dòng)光圈調(diào)整使用。 ａｌｃ已在出廠時(shí)經(jīng)過(guò)設(shè)定，可不作調(diào)整，但是對(duì)于拍攝景物中包含有一個(gè)亮度極高的目標(biāo)時(shí)，明亮目標(biāo)物之影像可能會(huì)造成"白電平削波"現(xiàn)象，而使得全部屏幕變成白色，此時(shí)可以調(diào)節(jié)ａｌｃ來(lái)變換畫(huà)面。
自動(dòng)光圈鏡頭裝有光圈環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)光圈環(huán)時(shí)，通過(guò)鏡頭的光通量會(huì)發(fā)生變化，光通量即光圈，一般用ｆ表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即：ｆ＝f（焦距）／ｄ（鏡頭實(shí)際有效口徑），ｆ值越小，則光圈越大。 采用自動(dòng)光圈鏡頭，
在諸如太陽(yáng)光直射等非常亮的情況下，用自動(dòng)光圈鏡頭可有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。 要求在整個(gè)視野有良好的聚焦時(shí)，用自動(dòng)光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。 要求在亮光上因光信號(hào)導(dǎo)致的模糊最小時(shí)，應(yīng)使用自動(dòng)光圈鏡頭。
4．鏡頭的視場(chǎng)大小
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角３０度左右，在１／２英寸ｃｃｄ攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為１２mm，在１／３英寸ｃｃｄ攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為８mm。
廣角鏡頭：視角９０度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。 遠(yuǎn)攝鏡頭：視角２０度以內(nèi)，焦距可達(dá)幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。
變倍鏡頭（zoom lens）：也稱為伸縮鏡頭，有手動(dòng)變倍鏡頭和電動(dòng)變倍鏡頭兩類。
可變焦點(diǎn)鏡頭（vari-focus lens）：它介于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續(xù)可變，即可將遠(yuǎn)距離物體放大，同時(shí)又可提供一個(gè)寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過(guò)設(shè)置自動(dòng)聚焦于最小焦距和最大焦距兩個(gè)位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過(guò)手動(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)。
針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。
5．鏡頭焦距
短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個(gè)較寬廣的視野。
中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視ｃｃｄ的尺寸而定。
長(zhǎng)焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長(zhǎng)距離監(jiān)視。
變焦距鏡頭：通常為電動(dòng)式，可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。
鏡頭常用術(shù)語(yǔ)及其意義
1. iris ( 光圈 )
2. focus ( 聚焦 )
3. zoom ( 變焦 )
4. f-stop ( 光圈孔徑 )
5. focus length ( 焦距 )
6．f :代表光圈孔徑 : f1.2 , f1.4 , f1.6 , f1.8 , f2.0,數(shù)值越小代表光圈可開(kāi)啟越大進(jìn)光量越強(qiáng);
7. f. 代表焦距范圍 f : 4mm ; f : 6mm ; f : 8mm 等;
8. zoom lens f : 8-48 ; f : 8-80 ; f : 7.5-120 等
鏡頭的主要性能指標(biāo)
一、焦距
焦距的大小決定著視場(chǎng)角的大小，焦距數(shù)值小，視場(chǎng)角大，所觀察的范圍也大，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚；焦距數(shù)值大，視場(chǎng)角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠(yuǎn)的物體也可以看得清清楚楚。
由于焦距和視場(chǎng)角是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測(cè)范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長(zhǎng)焦距鏡頭；如果看近距離大場(chǎng)面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。
二、光闌系數(shù)
光闌系數(shù)即光通量，用f表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑d的比值來(lái)衡量。每個(gè)鏡頭上都標(biāo)有最大f值，例如6mm/f1.4代表最大孔徑為4.29毫米。
光通量與f值的平方成反比關(guān)系，f值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標(biāo)值為1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其規(guī)律是前一個(gè)標(biāo)值時(shí)的曝光量正好是后一個(gè)標(biāo)值對(duì)應(yīng)曝光量的2倍。也就是說(shuō)鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一數(shù)值是后一數(shù)值的根號(hào)2倍，因此光圈指數(shù)越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。
三、手動(dòng)光圈鏡頭和自動(dòng)光圈鏡頭
鏡頭的光圈還有手動(dòng)（manual iris）和自動(dòng)光圈（auto iris）之分。配合攝像頭使用，手動(dòng)光圈適合亮度變化不大的場(chǎng)合，它的進(jìn)光量通過(guò)鏡頭上的光圈環(huán)調(diào)節(jié)，一次性調(diào)整合適為止。自動(dòng)光圈鏡頭會(huì)隨著光線的變化而自動(dòng)調(diào)整，用于室外、入口等光線變化大且頻繁的場(chǎng)合。
自動(dòng)光圈鏡頭：自動(dòng)光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻（video）驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身包含放大器電路，用以將攝像頭傳來(lái)的視頻幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。另一類稱為直流（dc）驅(qū)動(dòng)型，利用攝像頭上的直流電壓來(lái)直接控制光圈。這種鏡頭只包含電流計(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。
對(duì)于各類自動(dòng)光圈鏡頭，通常還有兩項(xiàng)可調(diào)整旋鈕，一是alc調(diào)節(jié)（測(cè)光調(diào)節(jié)），有以峰值測(cè)光和根據(jù)目標(biāo)發(fā)光條件平均測(cè)光兩種選擇，一般取平均測(cè)光檔；另一個(gè)是level調(diào)節(jié)（靈敏度），可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。
四、手動(dòng)變倍鏡頭和電動(dòng)變倍鏡頭
變倍鏡頭分為手動(dòng)（manual zoom lens）和電動(dòng)（auto zoom lens）兩種，手動(dòng)變倍鏡頭一般用于科研項(xiàng)目而不用在閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。在監(jiān)控很大的場(chǎng)面時(shí)，攝像頭通常要配合電動(dòng)鏡頭和云臺(tái)使用。電動(dòng)鏡頭的好處是變焦范圍大，既可以看大范圍的情況，也可以聚焦某個(gè)細(xì)節(jié)，再加上云臺(tái)可以上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)，可視范圍就非常大了。電動(dòng)鏡頭有6倍、10倍、15倍、20倍等多種倍率，如果再知道基準(zhǔn)焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個(gè)6倍電動(dòng)鏡頭，基準(zhǔn)焦距為8.5毫米，那么其變焦范圍就是8.5到51毫米連續(xù)可調(diào)，視場(chǎng)角為31.3到5.5度。電動(dòng)鏡頭的控制電壓一般是直流8v~16v，最大電流為30毫安。所以在選控制器時(shí)，要充分考慮傳輸線纜長(zhǎng)度，如果距離太遠(yuǎn)，線路產(chǎn)生的電壓下降會(huì)導(dǎo)致鏡頭無(wú)法控制，必須提高輸入控制電壓或更換視頻矩陣主機(jī)配合解碼器控制。
焦距的計(jì)算:視場(chǎng)和焦距的計(jì)算 視場(chǎng)系指被攝取物體的大小，視場(chǎng)的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。 1、鏡頭的焦距，視場(chǎng)大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計(jì)算如下； f=wl/w 2、f=hl/h
f；鏡頭焦距
w：圖象的寬度（被攝物體在ccd靶面上成象寬度）
w：被攝物體寬度
l：被攝物體至鏡頭的距離
h：圖象高度（被攝物體在ccd靶面上成像高度）視場(chǎng)（攝取場(chǎng)景）高度
h：被攝物體的高度
由于攝像機(jī)畫(huà)面寬度和高度與電視接收機(jī)畫(huà)面寬度和高度一樣，其比例均為4:3,當(dāng)l不變，h或w增大時(shí)，f變小，當(dāng)h或w不變，l增大時(shí)，f增大。
視場(chǎng)角的選擇:
選擇鏡頭時(shí)，如果鏡頭的視場(chǎng)角太小，可能會(huì)出現(xiàn)監(jiān)視死角。但是如果選擇的鏡頭視場(chǎng)角太大的話，又可能造成被子監(jiān)視的主體畫(huà)面尺寸太小，難以辯認(rèn)，且畫(huà)面邊緣出現(xiàn)畸變。選擇一個(gè)合適的視場(chǎng)角，能保證畫(huà)面盡可能的大而清晰。
