摄像机的选择和主要参数.docx
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摄像机的选择和主要参数
摄像机的选择和主要参数
在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或CCD（ChargeCoupledDevice）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（ChargeCoupleDevice）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，因此是理想的摄象元件。
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。
CCD摄象机的选择和分类
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
彩色摄象机：
适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。
黑白摄象机：
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，可选用黑白摄象机。
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。
机板型。
针孔型。
半球型。
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（微型摄象机多属此类）。
６、按同步方式划分
内同步：
用摄象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，将同步信号送入摄象机的外同步输入端。
功率同步（线性锁定，linelock）：
用摄象机AC电源完成垂直推动同步。
外VD同步：
将摄象机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。
多台摄象机外同步：
对多台摄象机固定外同步，使每一台摄象机可以在同样的条件下作业，因各摄象机同步，这样即使其中一台摄象机转换到其他景物，同步摄象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
CCD彩色摄象机的主要技术指标
（１）CCD尺寸，亦即摄象机靶面。
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象机。
（３）水平分辨率。
彩色摄象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TVLINES）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象机可工作在很暗条件，2~3lux属一般照度，现在也有低于1lux的普通摄象机问世。
（５）扫描制式。
有PAL制和NTSC制之分。
（６）摄象机电源。
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彩色摄象机的可调整功能
（１）同步方式的选择
A、对单台摄象机而言，主要的同步方式有下列三种：
内同步——利用摄象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象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，是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。
B、对于多摄象机系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，这样在变换摄象机输出时，不会造成画面失真，但是由于多摄象机系统中的各台摄象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象机的外同步输入端来调节同步。
调节各台摄象机的“相位调节”电位器，因摄象机在出厂时，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象机有不同的相移，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
所有摄象机都有一个将来自 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，需利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象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象机的灵敏度，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，摄象机的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。
（４）电子快门
在CCD摄象机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。
电子快门控制摄象机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄象机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄象机，则为1/50秒。
当摄象机的电子快门打开时，对于NTSC摄象机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄象机，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，结果将降低摄象机的灵敏度，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，这将大大地增加摄象机的动态分辨率。
（５）白平衡
白平衡只用于彩色摄象机，其用途是实现摄象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——先将摄象机对准诸如白墙、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象机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄象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，有的摄象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，是不需要对摄象机作色彩调整的，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
新型摄象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摄象机
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，DIGITALSIGNALPROCESSOR）摄象机。
该种摄象机具有以下优点：
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。
常规摄象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摄象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。
传统的摄象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摄象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，该摄象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，可将由摄象机彩色噪声引起的图像混叠减至最少。
画面处理器
原则上，录一个讯号最好的方式是1对1，也就是用一个录影机录取单一摄影机摄取的画面，每秒录30个画面，不经任何压缩，解析度愈高愈好（通常是S-VHS）。
但如果需要同时监控很多场所，用一对一方式会使系统庞大、设备数量多、耗材及人力管理上费用大幅提高，为解决上述问题，画面处理器应运而生。
画面处理器为最大程度地简化系统，提高系统运转效率，一般用一台监视器显示多路摄像机图像或一台录像机记录多台摄像机信号的装置。
原理及分类
画面处理设备可分为两大类：
一类为画面分割器（多为四分割器Quad）,四分割器（Quad）是将四个视频信号同时进行数字化处理，经像素压缩法将每个单一画面压缩成1/4画面大小，分别放置于信号中1/4的位置，在监视器上组合成四分割画面显示。
萤幕被分成4个画面，录影机同时实时地录取4个画面。
VCR将它视为一个单一的画面来处理。
这种方式只有编码的处理程序，在回放时不须经过解码器，虽然有很多四分割允许画面在回放时以全画面回送，但这只是电子放大，即把1/4画面放大成单画面，因四分割拨放全部的动作，故会牺牲掉画面的解析度及品质。
当对整个动作的要求高于对画面清晰度的要求时，四分割是个很好的选择。
例如工业处理控制及赌博时。
画面分割器有四分割、九分割、十六分割几种，可以在一台监视器上同时显示4、9、16个摄像机的图像，也可以送到录像机上记录。
四分割是最常用的设备之一，其性能价格比也较好，图像的质量和连续性可以满足大部分要求。
九分割和十六分割价格较贵，而且分割后每路图像的分辨率和连续性都会下降，录像效果不好。
另外还有六分割、八分割、双四分割设备，但图像比率、清晰度、连续性并不理想，市场使用率更小。
另一类为多工处理器（Multiplexers），也成为图框压缩处理器，是按图像最小单位--场或帧，即1/60秒（场切换）或1/30秒（桢切换）的图像时间依序编码个别处理，按摄像机的顺序依次录在磁带上，编上识别码，录像回放时取出相同识别码的图像集中存放在相应图像存储器上，再进行像素压缩后送给监视器以多画面方式显示。
这种科技让录影机依序录下每支摄影机输入的画面。
每个图框都是全画面（若系统只单取一个图场，其解析度就会缩减成一半），故在画质上不会有损失。
然而画面的更新速率却被摄影机的数量瓜分了，所以会有画面延迟的现象，。
如果要录10支摄影机的画面，每支摄影机每秒只能取3个图框。
虽然回放时每秒仍然有30个图框，但却不是30个不同的图框。
当使用多工处理器时，每秒钟可录下来的图框数会减少。
市面上不难看到图框处理器接16支以上的摄影机，并与960小时长时间录放影机连接。
这种组合方式会造成每几分钟才录一个画面的结果，与其他方式相较显得较没效率。
图框处理器的方块图
图框处理器影像由类比转数位及微处理器的品质是相当重要的
多工处理器与画面分割器的优缺点
画面分割器Quad可以实时监视画面动作，没有延迟现象，录像时是将四画面组成一个视频信号进行录像，录像回放时也是以四分割的方式实时回放。
有些产品可以进行电子变焦（Zoom）式的放大处理，但其像素少且清晰度大幅下降，以致于没有意义，故可认为它不能大画面回放。
Multiplexers由于不损失画面像素但损失了时间，因此录像回放时会产生延迟现象，动画效果强烈，所看到的画面是不连续的，回放时可以分割回放，也可以大画面回放。
由上分析Quad的优点是无丢失记录，取证效果好，缺点是不能不能大画面（在不牺牲像素的境况下）回放，而多工处理器Multiplexers是回放功能好，能大画面回放，也能多画面回放，缺点是丢失图像，产生动画效果。
分割器的功能：
多数产品具备以下全部或部分
（１）同时多画面显示图像外，也可以显示单幅画面，设置自动切换具备４个或８个（双页四分割）摄象机输入端子，通常有两个视频输出端子，一路为录象输出，输出四画面图像供记录，另一路为视频输出，供与监视器相连，可选择显示单一画面图像，也可顺序显示４路输入图像。
（２）即时显示影像输出（60或50画面/秒），四画面分割器的影像处理技术是将四个视频信号同时进行数位处理，将每一个全画面缩小成１／４的画面大小并放置于不同位置，从而在监视器上组合成四画面分割显示。
由于四画面分割器是同时处理四个画面信号，因此可以作实时录象与监视，画面动作不致有延迟的现象。
现在已发展出高品质的IC，提高即时性的速度。
（３）可以叠加时间和字符（内建式时钟和字幕显示），各画面上可显示多个英文或数字，以标明摄象机号和位置信息，字数一般最多为８个。
（４）具有双工性能的装置，在回放时可放送四分割画面，也可指定某一画面作放大监看，但是画面品质较粗糙、质量不高。
（５）含内建蜂鸣器的警报输入与联动功能，影像移动自动侦测（MotionDetection），可以与报警探测器或视频移动探测器构成的报警系统连动。
（６）快速放像功能、静止画面功能、时间发生器、单道声音输出等功能。
（7）图像丢失报警功能，可留住最后画面。
（8）对于双四画面：
八只摄影机的输入，都可独立调其亮度、对比、彩色及色度，不同的边界颜色，区分二页四分割显示。
（9）具备RS232口与电脑连接的功能，RS232远地控制功能，未来可与网路连结。
（10）菜单设置功能
（10）画中画与图像局部放大功能
（10）高解析度显示720x576（PAL），720x480（NTSC），一千六百万种真实彩色输出
未来功能发展趋势
由于四分割与图框强调其画面的清晰与即时性，而IC的品质是影响的关键。
目前不断研发出新的IC，改善了画面的品质。
另外，微处理器的进步也使其控制管理不同IC（如影像IC、记忆体IC）的能力更好。
多工处理器的功能：
多数产品具备以下全部或部分
·全双工图框压缩功能与多工监视同时工作。
· 可连接4只摄影机，并有回路输出。
· 即时四分割显示（60或50画面/秒）。
· 高解析度显示720x576（PAL），720x480（NTSC）。
· 一千六百万种真实彩色输出。
· 影像断讯与警报输入自动侦测。
· 摄影机的输入，都可独立调其亮度。
· 四分割画面和4组摄影机自动跳台显示，可同时输出。
· 内建式蜂鸣器的警报输入。
· 可储存5笔警报记录。
· 可选各种长时间的VCR录影模式。
· VCR可依四分割或全画面回放影像。
· VCR回放影像可放大。
· VCR影像影像可直接输出于电视上。
· RS232远地控制功能。
· 工业标准架1U的机箱。
未来功能发展趋势
·产品网际网路化
随着网路的兴盛，未来四分割与图框处理器将走向网际网路化，产品的功能设计将与网际网路连结，朝向多画面的远端监视系统发展。
·产品个性化，少量多样的模式，会愈来愈普遍。
为因应各地区对产品的需求不同，产品的设计将有其独特性，不只少量销售也在外观与功能上增加多样性。
·产品功能丰富化
由于技术愈趋成熟，以前的跳台器，移动侦测器（MotionDection）等全都成为内建的必备功能。
另外，内建Modem，有警报侦测，立即拨号，也将成为趋势。
·服务附加价值大
产品朝向网际网路化及功能丰富化后，四分割与图框处理器不只是单纯提供使用者影像处理的功能，因与现代科技发展的结合，将扩大提供使用者更多元化的服务空间。
同时多画面分割器有与视频矩阵切换系统相融合的趋势。
四分割与图框将朝向远端监控产品的技术发展，在CCTV市场中发展新的应用来开创新的市场。
而不论功能的变化如何，传输画面、回放画面的清晰度与速度相信仍是最重要的品质要求。
画面处理设备的种类及典型品牌
目前市场上画面分割器（又有彩色、黑白之分，单功、双功之分）有
单工四画面分割器：
NQC—6015（彩色），WV-MS424（彩色），NQB—601（黑白），NQB—604（黑白）
双工四画面分割器（即回放时靠电子放大可实现淡化面显示）：
NQC—605（彩色）
双四画面分割器（即可连接8只摄像机，以二面的四画面切换显示）：
NQC—608（彩色），WV-MS428（彩色）， NQB—612（黑白）
而图像多工器（Multiplexers桢场切换）则种类更多（又有彩色、黑白之分，单功、双功及全双功之分），有
单工处理器（场开关）：
WV-FS28（4路），WV-FS29（9路）,WJ-FS216（16路）
双工处理器（场开关）：
WV-FS38（4路），WJ-FS216（16路）
全双功处理器：
WJ-FS616（带系统控制功能）
十六路场开关（WV-FS616）（带系统控制功能）,MV94E,MV99E,MV96E,MV16I（黑白）
单功、双功、全双功概念
对于画面处理器（Multiplexers）而言，存在单功型、双功型、全双功型，而这三个概念是众多使用者们难以准确定义的，在这里，说述其定义：
所不同的仅在于记录全部输入视频信号的同时
1. 单功：
多画面录像与多画面监视不能同时进行，二者选取其一；a.只能多画面监看，不能多画面同时录影，称为画面分割器，b只能多画面录影，不能多画面同时监看,称为场切换或桢切换
2. 双功：
多画面录像与多画面监视可以同时进行，互不影响；即：
在录象状态下可以监看多画面分割图像或全画面，在放像时也可看全画面或分割画面
3. 全双功：
可同时接两台录像机，一台进行录像，而另一台用于回放，两者互不干扰。
图框处理器则可另外再接一台监视器与录放影机，共接二台监视器与二台录放影机，交叉同时监看、录影与回放，可以连接两台监视器和两台录象机，其中一台用于录象作业，另一台用于录象带回放。
画面设备应用中的一些误区
画面处理器是以损失一些图像质量来换取系统的简单，节省耗材，但保安监控中重要的是在于识别罪犯特征，不必过分强调作案过程的细节，所以应能完全忍受画面的动画效果。
评价多画面分割器性能优劣的关键是影像处理速度和画面的清晰程度。
摄像头的安装调试
镜头的安装方式：
有C式和CS式两种，两者的螺纹均为1英寸32牙，直径为1英寸，差别是镜头距CCD靶面的距离不同，C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米，比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度，CS式距焦点距离为12.5毫米。
别小看这一个接圈，如果没有它，镜头与摄像头就不能正常聚焦，图像变得模糊不清。
所以在安装镜头前，先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式，如果不是，就需要根据具体情况增减接圈。
有的摄像头不用接圈，而采用后像调节环（如松下产品），调节时，用螺丝刀拧松调节环上的螺丝，转动调节环，此时CCD靶面会相对安装基座向后（前）运动，也起到接圈的作用。
另外（如SONY，JVC）采用的方式类似后像调节环，它的固定螺丝一般在摄像头的侧面，拧松后，调节顶端的一个齿轮，也可以使图像清晰而不用加减接圈。
AGCON/OFF（自动增益控制）：
摄像头内有一个将来自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，然而在亮光照的环境下放大器将过
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