监控摄像机的性能参数
被摄物体的图像通过镜头聚焦在CCD芯片上,CCD根据光线的强弱积累相应的电荷。在视频时序的控制下,每个像素积累的电荷逐点移出,经过滤波放大后,输出一个视频信号。当视频信号连接到显示器或电视机的视频输入端时,您可以看到与原始图像相同的视频图像。
一、CCD相机的分类
一种是根据成像颜色来划分的
CCD相机按成像颜色分为彩色相机和黑白相机。除了色度处理上的区别,其他原理基本相同。它主要由光学系统、光电转换系统和信号处理系统组成。光电转换系统是相机的核心。
自然图像通过光学镜头成像在相机的光靶表面上。在彩色摄像机的光学系统中,通过使用相干二向色棱镜或特殊的条形滤光器将光信号分成红、绿和蓝光信号。光电转换系统利用电视扫描方法,通过摄像管或CCD元件,将光学图像信号转换为时变视频电信号,然后经过放大、处理和编码,成为完整的电视信号。
第二,根据分辨率划分
按分辨率分为25万像素左右,对应彩色330线/黑白400线的低档类型;25-38万像素之间,对应彩色420线/黑白500线的中档类型;38万像素以上,对应彩色大于等于460线,黑白大于570线的高端类型。
三根据照相机灵敏度划分
按感光度可分为普通型,最低照度1至3lux0.1lux左右的月光型;0.01lux以下的星光型和红外光源成像的红外照明型,原则上可以是0lux。
四按CCD目标尺寸划分
CCD的尺寸分为1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3寸和1/2寸最为常见。
CCD尺寸
水平(毫米)
垂直(毫米)
对角线(毫米)
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
八
1/3英寸
4.8
3.6
六
1/4英寸
3.6
2.4
四
1/5寸CCD相机正在研发中,未来会在市场上占据一定的比例。一般来说,大CCD芯片对应的像素面积也更大,接受光线的面积增大,必然会增加像素的输出电荷,提高感光度,在弱光条件下有更好的拍摄能力,轻松提升相机的整体质量,使图像细节明显细腻自然。但光学系统聚焦图像时焦平面越小,成像过程中丢失的细节越多,放大图像的细节过渡可能会比较突兀,不自然。此外,像素更多、分辨率更高的小尺寸CCD也会导致单个像素的感光面积减小,可能导致曝光不足。单个像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄。每个像素上的信息往往会和它附近像素的信息混合在一起(这个概念在电子学中叫做色度亮度干扰)。
二、CCD传感器技术的发展趋势
CCD是相机的核心器件,它的性能将直接影响相机的质量,CCD的发展是相机升级的基础。
有两种CCD传感器。第一种是专用CCD传感器,如红外CCD芯片(红外焦平面阵列器件)、高灵敏度背照式和电子轰击式CCD、EBCCD等。另外还有2048×2048、4096×4096可见光等大目标面的CCD传感器,光谱范围广(紫外光→可见光→近红外光→3-5μm中红外光→ 8-)。目前已有商品化产品,广泛应用于各个领域。第二类是通用型或者消费级CCD传感器,在很多方面都有了很大的进步。总的方向是提高CCD相机的综合性能。
CCD传感器的图像尺寸正朝着集成化和轻量化的方向发展。
因为制造CCD传感器的硅片和加工成本非常高,所以非常希望在6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD传感器芯片。由于光刻机的进步,CCD传感器的尺寸正在向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸和1/5英寸的方向发展,同时仍然保持高灵敏度。在1993中,1/2英寸CCD传感器占总产量的5%;1/4英寸CCD传感器占总产量的10%;1/3英寸CCD传感器占总产量的85%。1997年,在总产量比1993增长200%以上的情况下,1/2英寸的CCD传感器仍然有很大的发展,占总产量的15%(很多场合,尤其是科研领域仍然需要1/2英寸)。1/4英寸CCD传感器占总产量的60%。也就是说,目标尺寸更大的1/2英寸的CCD传感器还是有很大的提升。1/4英寸CCD传感器的输出低于1/3英寸CCD传感器的输出。
两种CCD传感器正在向高质数和多系统发展
各种CCD传感器的图像尺寸在减小,但像素数量在增加,从早期的512(H)×596(V)发展到795(H)×596(V),甚至出现了百万像素以上的CCD传感器。为了提高水平和垂直分辨率,已经从通常的隔行扫描格式发展到逐行扫描格式。
第三,降低CCD传感器的工作电压和功耗。
初期有+24V、+22V、+17V、+5V CCD相机,目前常见的是+12V。为了配合PC摄像头的应用和网络图像传输,逐渐采用+12V和+5V的工作电压。
⑷提高CCD相机的制造效率。
为了降低CCD相机的制造成本,实现高速自动化生产,厂商追求紧凑的结构,致力于CCD相机的小型化,即将Dip On Board(DOB)上的过锡工艺改进为连接ic芯片的chip-on-board (COB)板。到目前为止,已经实现了多芯片模块(MCM)多芯片集成模块化制造技术。
五个CCD相机的数字化
在CCD相机的制造中,从以前的模拟仿真系统逐步实现DSP的数字化处理,借助电子计算机和专用软件系统对CCD相机尤其是彩色CCD相机的各种参数进行定量调整,可以保证CCD相机性能指标的优化和一致性,以及特殊使用条件下参数的定量修改。
三、CCD摄像机的技术性能、特点和进展
超三维高动态范围CCD相机
CCD相机是一种用来模拟人眼的光电探测器。但人眼观察目标时,可以清楚地看到目标的最小照度为1Lux。当目标的照度达到3×105Lux时,就是人眼的动态范围。这种相机被称为超三维CCD相机。
二、从模拟CCD相机到DSP数字处理CCD相机的发展
利用DSP技术,CCD相机在数字检测和数字运算技术中可以有效实现智能背光背景补偿;能自动跟踪白平衡,即在任何条件下都能检测跟踪“白”,并以数字运算处理功能再现原景物色彩。
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