1、CCD監控攝像機的初步認識一、CCD攝像機的初步認識1. 什么是CCD攝像機?CCD是Charge Coupled Device(電荷耦合器件的縮寫,它是一種半導體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。2. CCD攝像機的工作方式被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD芯片上,CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷,各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下,逐點外移,經濾波、放大處理后,形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。3. 分辨率的選擇評估攝像機分辨率的指標是水平分辨率,其單位為線對,即成像后可以分辨的黑白線

2、對的數目。常用的黑白攝像機的分辨率一般為380-600,彩色為330-480,其數值越大成像越清晰。一般的監視場合,用400線左右的黑白攝像機就可以滿足要求。而對于醫療、圖像處理等特殊場合,用600線的攝像機能得到更清晰的圖像。參考環境照度:夏日陽光下 100000Lux,陰天室外 10000Lux,電視臺演播室 1000Lux,距60W臺燈60cm桌面 300Lux ,室內日光燈 100Lux,黃昏室內 10Lux,20cm處燭光10-15Lux ,夜間路燈 0.1Lux。5. 電子快門電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間,攝像機的電子快門一般設置為自動電子快門方式,可根據環境的

3、亮暗自動調節快門時間,得到清晰的圖像。有些攝像機允許用戶自行手動調節快門時間,以適應某些特殊應用場合。6. 外同步與外觸發外同步是指不同的視頻設備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步,它可保證不同的設備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現外同步,需要給攝像機輸入一個復合同步信號(C-sync或復合視頻信號。外同步并不能保證用戶從指定時刻得到完整的連續的一幀圖像,要實現這種功能,必須使用一些特殊的具有外觸發功能的攝像機。7. 光譜響應特性CCD器件由硅材料制成,對近紅外比較敏感,光譜響應可延伸至1.0um左右。其響應峰值為綠光(550nm。夜間隱蔽監視時,可以用近紅外燈照明,人眼

4、看不清環境情況,在監視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極,所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、藍三色濾光條,所以彩色攝像機對紅外、紫外均不敏感。二、CCD攝像機的分類安全防范系統中,圖像的生成當前主要是來自CCD攝像機,CCD是電荷耦合器件(charge coupled deice的簡稱,它能夠將光線變為電荷并將電荷存儲及轉移,也可將存儲的電荷取出使電壓發生變化,因此是理想的攝像機元件,以其構成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊之特性而被廣泛應用。CCD攝像機大致可分為下列幾大類:1、依成像色彩劃分(1彩色攝像機:

5、適用于景物細部辨別,如辨別衣著或景物的顏色。因有顏色而使信息量增大,信息量一般認為是黑白攝像機的10倍。(2黑白攝像機:是用于光線不足地區及夜間無法安裝照明設備的地區,在僅監視景物的位置或移動時,可選用分辨率通常高于彩色攝像機的黑白攝像機。依攝像機分辨率劃分(1影像像素在25萬像素(pixel左右、彩色分辨率為330線、黑白分辨率在420線左右的低檔型。(2影像像素在25萬38萬之間、彩色分辨率為420線、黑白分辨率在500線左右的中檔型(3影像在38萬點以上、彩色分辨率大于或等于480線、黑白分辨率在570線以上的高分辨率。2、依攝像機靈敏度劃分(1普通型:正常工作所需照度為13Lux(2月

6、光型:正常工作所需照度為0.1 Lux左右(3星光型:正常工作所需照度為0.01 Lux以下(4紅外照明型:原則上可以為零照度,采用紅外光源成像。3、按攝像元件的CCD靶面的大小劃分此外CCD攝像機有PAL制和NTSC制之分,還可以按圖像信號處理方式劃分或按攝像機結構區分。三、CCD的安裝和調整鏡頭的安裝方式:有C式和CS式兩種,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式安裝座從基準面到焦點的距離為17.562毫米,比CS式距離CCD靶面多一個專用接圈的長度,CS式距焦點距離為12.5毫米。別小看這一個接圈,如果沒有它,鏡頭與攝像頭就不能正常聚焦,圖象變得

7、模糊不清。所以在安裝鏡頭前,先看一看攝像頭和鏡頭是不是同一種接口方式,如果不是,就需要根據具體情況增減接圈。有的攝像頭不用接圈,而采用后像調節環(如松下產品,調節時,用螺絲刀擰松調節環上的螺絲,轉動調節環,此時CCD靶面會相對安裝基座向后(前運動,也起到接圈的作用。另外(如SONY,JVC采用的方式類似后像調節環,它的固定螺絲一般在攝像機的側面。擰松后,調節頂端的一個齒輪,也可以使圖象清晰而不用加減接圈。1、 AGC ON/OFF(自動增益控制:攝像頭內有一個將來自CCD的信號放大到可以使用水準的視頻放大器,其放大即增益,等效于有較高的靈敏度,然而在亮光照的環境下放大器將過載,使視頻信號畸變。

8、當開關在ON時,在低亮度條件下完全打開鏡頭光圈,自動增加增益以獲得清晰的圖象。開關在OFF時,在低亮度下可獲得自然而低噪聲的圖像。2、 ATW ON/OFF(自動白平衡:開關撥到ON時,通過鏡頭來檢測光源的特性/色溫,從而自動連續設定白電平,即使特性/色溫改變也能控制紅色和藍色信號的增益。3、 ALC/ELC(自動亮度控制/電子亮度控制:當選擇ELC時,電子快門根據射入的光線亮度而連續自動改變CCD圖像傳感器的曝光時間(一般從1/50到1/10000秒連續調節。選擇這種方式時,可以用固定或手動光圈鏡頭替代ALC自動光圈鏡頭。?需要注意的是:在室外或明亮的環境下,由于ELC控制范圍有限,還是應該

9、選擇ALC 式鏡頭;在某些獨特的照明條件下,可能出現下列情況:在聚光燈或窗戶等高亮度物體上有強烈的拖尾或模糊現象。圖象顯著地閃爍和色彩重現性不穩定。白平衡有周期性變化,如果發生這些現象,應使用ALC鏡頭。以固定光圈鏡頭采用ELC方式時,圖象的景深可能小于使用ALC式鏡頭所獲得的景深。因此,攝像頭在完全打開固定光圈鏡頭而采用ELC方式時。景深會比使用ALC式鏡頭時小,而且圖象上遠處的物體可能不在焦點上。當鏡頭是自動光圈鏡頭時,需要將開關撥到ALC方式。4、BLC ON/OFF(背光補償開關:當強大而無用的背景照明影響到中部重要物體的清晰度時,應該把開關撥到ON位置。注意:當與云臺配用或照明迅速改

10、變時,建議把該開關放在OFF位置,因為在ON 位置時,鏡頭光圈速度變慢;如果所需物體不在圖像中間時,背光補償可能不會充分發揮作用。5、LL/INT(同步選擇開關:此開關用以選擇攝像頭同步方式,INT為內同步2,1隔行同步;LL為電源同步。有些攝像頭還有一個LL PHASE電源同步相位控制器。當攝像頭使用于電源同步狀態時,此裝置可調整視頻輸出信號的相位,調整范圍大概是一幀。(調整需要專業人員進行6、VIDEO/DC(鏡頭控制信號選擇開關:ALC自動光圈鏡頭的控制信號有兩種,當需要將直流控制信號的自動光圈鏡頭安裝在攝像頭上時,應該選擇DC位置,需要安裝視頻控制信號的自動光圈鏡頭時,應該選擇VIDE

11、O位置。當選擇ALC自動光圈視頻驅動鏡頭時,還會有一個視頻電平控制(VIDEO LEVEL L/H可能需要調整,該控制器調節輸出給自動光圈鏡頭的控制電平,用以控制鏡頭光圈的開大和縮小(凹進光亮。在攝像頭的配件中,有一個黑色的小插頭,插頭有四個針,連接攝像頭上的黑色插座。如果用DC驅動的自動光圈鏡頭,鏡頭上已經做好了插頭,只要插在插座上,把選擇開關撥到DC 即可;如果用視頻驅動的自動光圈鏡頭,工作人員在焊接插頭時,要根據說明書上的標注用烙鐵進行焊接,不能出現焊接錯誤的情況。7、SOFT/SHARP(細節電平選擇開關:該開關用以調節輸出圖像是清晰(SHARP還是平滑(SOFT,通常出廠設定在SHA

12、RP位置。8、FLICKERLESS(無閃動方式:在電源頻率為50Hz的地區,CCD積累時間為1/50秒,如果使用NISC制式攝像機,其垂直同步頻率為60Hz,這樣將造成視覺影像不同步,在監視器上出現閃動;反之,在電源為60Hz的地區用PAL制式攝像機也會有此現象。為克服此現象,在電子快門設置了無閃動方式檔,對NISC制式攝像機提供1/100秒,對PAL制式攝像機提供1/120秒的固定快門速度,可以防止監視器上圖像出現閃爍。9、手動電子快門:有些用戶使用CCD攝取運動速度比較快的物體,如果以1/50秒速度拍攝,會產生拖尾現象,嚴重影響圖像質量。有些攝像頭給出了手動電子快門,使CCD的電荷耦合速

13、度固定在某一值,例如1/500、1/1000、1/2000秒等等,此時CCD的電荷耦合速度提高,這樣采集下來的圖像相對來說會減少拖尾現象,而且對于觀測高速運動或電火花一類物體,必須使用此設置。所以,某些專用攝像頭給出了手動電子快門,提供給特殊用途的用戶。四、攝像機鏡頭的分類和技術特性(1以鏡頭安裝方式分類與普通照相機所用卡口鏡頭不同,所有攝像機的鏡頭均是螺紋口的,CCD攝像機的鏡頭安裝有兩種工業標準,即C安裝座和Cs安裝座。兩者之螺紋部分相同,都是1英寸32牙螺紋座,直徑均為25.4mm。不同之處在于C安裝座從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是17.526mm;Cs 安裝從鏡頭安裝基準面到焦點的距離

14、則為12.5mm。如果要將一個C安裝座鏡頭裝到一個CS 安裝座攝像機上時,則需要使用鏡頭轉換器,即C/CS調節圈。(2以鏡頭視場大小分類標準鏡頭:視角300左右,當鏡頭焦距近似等于攝像靶面對角線長度時,則定為該機的標準鏡頭。在2/3英寸CCD攝像機中,標準鏡頭焦距定為16mm,在1/2英寸CCD攝像機中,標準鏡頭焦距定為12mm,在1/3英寸CCD攝像機中,標準鏡頭焦距定為8mm。廣角鏡頭:視角550以上,焦距可小到幾毫米,能提供較寬廣的視景。遠攝鏡頭:視角200以內,焦距可達幾十厘米、幾十分米,這種鏡頭可在遠距離情況下將拍攝的物體影像放大,但觀察范圍將縮小。變焦鏡頭:又稱伸縮鏡頭,有手動變焦

15、和電動變焦兩類,可對所監視場景的視場角及目標物進行變焦距攝取圖像,適合長距離變化觀察和攝取目標。變焦鏡頭的特點是:在成像清晰的情況下,通過鏡頭焦距的變化來改變圖像大小與視場大小。針孔鏡頭:鏡頭端頭直徑僅幾毫米,可隱蔽安裝。針孔鏡頭或棱鏡鏡頭適用于有遮蓋物或有特殊要求的環境中,此時標準鏡頭或容易受損、或容易被發現,采用針孔鏡頭或棱鏡鏡頭可滿足類似特殊要求,比如在工業窯爐及精神病院等場所。(3以鏡頭光圈分類鏡頭有手動光圈和自動光圈之分,手動光圈鏡頭適合于亮度變化較小場所,自動光圈鏡頭因光照度發生大幅度變化時,其光圈亦作自動調整,可提供必要的動態范圍,使攝像機產生優質的視頻信號,故適合于亮度變化較大

16、場所。自動光圈有兩類:一類是通過視頻信號控制鏡頭光圈,稱為視頻驅動型,另一類是利用機上直流電壓直接控制光圈,稱為DC驅動型。(4從鏡頭焦距上分類短焦距鏡頭:因入射角較寬,故可提供一個較寬闊的視景。中焦距鏡頭:即標準鏡頭,焦距的長度視CCD靶面的尺寸而定。長焦距鏡頭:因入射角較窄,故僅能提供一個狹窄的視景,適用于遠距離監視。(5焦距和視場角焦距是從透鏡中心到一個平面的距離,在此平面可產生一個目標物之清晰影像,通常用焦距值f表示。鏡頭焦距f、鏡頭到目標物的距離d、視野H×V之間的關系。由此可知,鏡頭的焦距與視場角的大小成反比,即焦距越長,視場角越小;焦距越短,視場角越大。(6相對孔徑和光

17、圈鏡頭的相對孔徑是鏡頭的入射膛D與焦距f之比,它是決定鏡頭通光能力的重要指標。式F=f/D表示,即光圈數。F值越小,頭上均標有其最大的F值,如6mm/F1,距f為6mm,最大孔徑為4.29mm。對孔徑的平方成正比,在鏡頭的標環上常標有1.4、2、2.8、4、5.16、22等檔。五、CCD攝像機與鏡頭的選配原則一、CCD攝像機的選用原則CCD攝像機與鏡頭的選用原則是根據使用場合、監視對象、目標距離、安裝環境及監視目的來選擇所需的攝像機。一般來講,在保證攝像系統可靠性及基本質量的前提下盡可能采用中低檔次的攝像機和鏡頭,這一方面可以節省投資,另一方面,通常檔次越高的設備由于其造價高產量必然較少,故相

18、對來說可靠性指標比之中低檔次產品要低,而維護使用的費用及技術水平卻要求較高。作為電視監控系統不能像電視臺那樣配備水平較高的專業技術人員,因操作的限制,高檔次設備得不到高質量畫面的例子屢見不鮮的。彩色攝像機能辨別出景物或衣著的顏色,適合觀察和辨認目標細節,但造價較高,清晰度較低,若進行宏觀監視,目標場景色彩又較為豐富,此時最好采用彩色攝像機。從技術發展來看,彩色攝像機應用比重越來越大。黑白攝像機清晰度較高,靈敏度也高于彩色攝像機,但沒有色彩體現,所以在照度不高,目標沒有明顯的色彩標志和差異,同時又希望較清晰地反映出目標下,應選用黑白攝像機。球形攝像機(Dome Camera,是科學技術發展滲透到

19、安全防范領域的代表之一,它是集CCD 攝像機、變焦鏡頭、全方位云臺及解碼驅動器于一體的新型攝像系統,其在性能方面已實現了云臺的高速及無級變速運動、鏡頭變焦及光圈的精確預置、程序式的多預置設定,甚至運動過程中的焦功能,從而使攝像系統具備自動巡視和部分自動跟蹤功能,從單純的功能型向智能型轉變。球形攝像機近年來被廣泛地應用在賓館、醫院、娛樂場所、營業場所及室外等領域,尤其是人群行為與場景需要特別關注之處。帶視頻移動檢測報警功能的攝像機應用在銀行、博物館、軍事重地等領域,具有更有效、更完美的優勢。二、CCD攝像機與鏡頭的配合原則在選擇CCD攝像機與鏡頭的配合時,首先要明確機械接口是否一致,盡量選用同一

20、種工業標準的接口,以免給安裝帶來麻煩,其次要求鏡頭成像規格與攝像機CCD靶面規格一致,即鏡頭標明的為1/3英寸,則選用攝像機的規格也應為1/3英寸。否則不能相互配合。例如:使用1/3英寸攝像機,還勉強可以裝備1/2英寸鏡頭,此時攝像系統顯現的視場角要比鏡頭標明的視角小很多;但反過來把1/2英寸鏡頭用于2/3英寸攝像機時,則圖像就不能充滿屏幕,圖像邊緣不是發黑就是發虛。當確定了攝像點位置后,就可根據監視目標選擇合適的鏡頭了。選擇的依據是監視的視野和亮度變化的范圍,同時兼顧所選攝像機CCD靶面尺寸。視野決定使用定焦鏡頭還是變焦鏡頭,變焦選擇倍數范圍。亮度變化范圍決定是否使用自動光圈鏡頭。無論選用定

21、焦鏡頭還是變焦鏡頭都要確定焦距,為了獲得最佳的監視效果,一般都應根據工程條件進行計算,根據計算結果選用標準焦距的鏡頭,當標準焦距鏡頭的焦距與計算結果相差較大時,應調查攝像機的安裝位置,再核算直至滿意為止。攝像機與被監視目標有公式。f=v×d/V式中 f 為計算焦距;V 為視場高;v 為像場高(即CCD靶面高;d 為物距。例如:某CCD攝像機采用1/3英寸靶面,用以監視商場收銀臺,有效范圍為2m×2m,攝像機安裝于距收銀臺7m處,該攝像機需配多大焦距鏡頭?利用式(1有:v=3.6mm V=2m d=7m 因此:f=3.6×7/2=12.6mm故可采用標稱焦距為12m

22、m的定焦鏡頭。變焦鏡頭焦距的計算與定焦鏡頭一樣,只要最大和最小焦距能滿足視野要求即可。一般來說,監視固定目標應該選用定焦鏡頭。對于具有一定空間范圍,兼有宏觀和微觀監視要求,需要經常反復監視、沒有同時監視要求的場合,宜采用變焦鏡頭并配合云臺,否則盡量采用定焦鏡頭。在需要秘密監視或特殊應用場合,針孔(棱形鏡頭可輕而易舉地達到監控目的。焦距調整的步驟1 將鏡頭正確安裝到攝像機上;2 將鏡頭光圈開到最大,并把對焦環旋至無限遠處3 拍攝一個10m以外的物體;4 將攝像機前端用于固定后焦調節環的內六角螺釘旋松,并旋轉后焦調節環(對沒有后焦調節環的攝像機則直接旋轉鏡頭而帶動其內置的后焦環,直至畫面最清晰為止

23、;5 重新旋緊內六角或一字螺釘。六、第三節攝像機的紅外光原理本節闡明了在夜視環境下利用紅外線光源進行監控設計CCTV系統的程序。在設計CCTV系統配置紅外線光源的過程中,存在的最主要問題是紅外線是無法用勒克斯(LUX來測量。那么如何才能識別攝像機的敏感度?如何才能知道在不同的距離能夠觀察到什么?另一些需要回答的問題是不同的攝像機對紅外線的敏感度,怎樣分析光譜圖以及鏡頭的效果。要理解這些問題的答案,首先要對物理領域的三個主要方面有一個基本的了解。一:光的波長;二:照明度的逆向平方定律;三:通過透鏡的光的傳播。紅外光源可以在現場環境過于黑暗的情況下為攝像機提供光線以生成影像,這當然是一個折衷的辦法

24、,因為要獲得最好的影像效果需要提供充足的白光,但并不總是有這種條件。在很多情況下,使用高能量的泛光會引起許多麻煩,并且當有交通工具對著光線開時會導致危險。使用平頂攝像機時就很難覆蓋大面積的范圍,在這種情況下光源只需要照著攝像機對準的地方,紅外光就能夠提供所需影像。一、光的波長電磁光輻射:日光是能量的電磁輻射形態。雖然不同形態的電磁光輻射與物質相互作用時的方式各不相同,但它們的傳播特性都是相同的。電磁光是以毫微米為計量單位,即波長。1米等于1, 000,000,000毫微米(nm。頻率是由光速除以波長,即波長為830 nm的光的頻率是3.6×1014Hz。日光是光譜中可以被肉眼看到的那

25、一部分。圖1所示為整個光譜中很窄的一段。圖1:Diagram 1電磁波:光線的傳播可以以波的運動形式進行簡單描述,它有以下特性:電磁波的傳播無須任何介質,所以它可以在真空中傳播;不同的電磁光有不同的波長或頻率;通過可視光線從無線電波到伽瑪射線;所有的電磁波以同樣的速度傳播;真空中300,000,000米/秒,光速;波以直線傳播,但受以下幾個方面的因素影響:反射。物體表面發生的方向的反轉,如鏡子。折射。產生在不同表面邊緣的角度的變化,如插在水中的棍子明顯地彎曲。衍射。透過物體的縫隙或邊緣而產生的一種偏差。七、可視光:可視光就是肉眼可以看見的光的波長,約在380 nm760 nm之間。當肉眼同時觀

26、察到這些波長的光時,無法區分出單一種波長的光,導致的結果就是我們看見了白光。因此,白光并非是單個波長的光,而是這些波長的光的總和。這種效果可以通過將白光透過棱鏡的辦法從反面來證實。如上所述,不同波長的光有不同的折射角度,因此,當光束通過棱鏡時就因每一個波長的光折射的不同而分散進它所組成的光譜。結果就是如果用白屏幕在棱鏡另一邊來顯示透過棱鏡的光,那么在白屏幕上就會顯示出所有單個顏色來。這種效果如圖2所示。光譜顯示出來,彩虹的七色顯示出來。實際上它是有一個連續的色調范圍的,但肉眼只能見到主要的顏色。真正的彩虹就是以同樣的方式通過大氣層中的小霧滴將光進行反射和折射而產生的。圖2:紅外線的波長應超過7

27、15 nm。人的肉眼可以看見的光的波長的范圍與CCTV所用的兩種主要紅外線的比較在圖3中已說明。圖3:八、Diagram 3光能量的計量:正如所述,光是電磁光的一種形式,它的功率用瓦特來計量,它的強度用瓦特每平方米(W/M ²來計量。這種計量方法適用于所有的波長。可視光譜常以流明(光通量單位計量功率,以勒克斯計量強度。流明是與可感覺到的能量或亮度相關,正因為此原因,流明與瓦特之間的聯系是基于波長。流明值實際上在紅外線波長下減為零。這就是為什么無法用勒克斯值來表述紅外線輻射。光輻射計量單位是瓦特,計量它需要輻射計,但它非常昂貴,只有實驗室才有,一般的公司是沒有的。攝像機對紅外線的敏感度

28、:CCD攝像機的傳感器是由成千上萬個細小的感光二極管組成,一個分辨率為570線的攝像機由超過400,000個這樣的二極管組成。傳感器的主要材料有兩種,鍺和硅。這些材料遇到圖4中所示的光的波長時會有不同的感應。圖4:Diagram 4因此,對于CCTV系統來說,芯片所用的材料對每種可視紅外線的感應有著重要的意義。可攜式攝像機巨大的市場推動了用于CCTV攝像機上的傳感器的發展,而可攜式攝像機僅僅是用于可視光譜。因此任何可視光譜以外的感應都是無用的并且降低了傳感器的敏感性。傳感器生產商斥巨資發展傳感器,以精確遵從人眼的光譜范圍,即光色素曲線。這種傳感器不能定義為紅外線攝像機。這一點對CCTV系統的設

29、計者來說至關重要,因為每月都有新的攝像機推向市場,有必要經常檢測它們與紅外線光源的適配性。有的生產商在這方面幫助不大卻常常過于樂觀。要注意“與紅外線光源的適配性”,并要求提供光譜感應圖。附帶說一句,所有的攝像機傳感器都是單色的,有顏色是因為在鏡頭前插加了紅、黃、綠色的濾鏡。這就是為什么彩色攝像機比單色攝像機的穩定性差。同樣由于加了濾鏡的緣故,彩色對紅外線不太敏感。因此,所有關于攝像機對紅外線光源的敏感性和適配性都被限制在單色攝像機上。除了雙模式攝像機才能在這兩方面潛在地提供最優性能這點證實了彩色攝像機比單色攝像機的敏感性差,而且業界最終承認了這一事實。攝像機光譜感應:攝像機對光線的光譜有不同的

30、感應。它通常用圖表的方式來說明相對的光譜敏感度。圖5表明了每一部分光譜的相對的感應度,范圍通常在0 1.0之間。下圖所示的是兩臺攝像機的光譜敏感度曲線。從中可以清楚看到攝像機A非常有效地覆蓋了可視光譜部分,攝像機B對紅外線光非常敏感。由于能夠覆蓋的波長的范圍很大,可以說攝像機B符合所有的要求。但不僅如此,更深入的一點是在白天使用紅外感應攝像機可以產生不同范圍的灰色調,因為它能夠觀察到肉眼見不到的更清晰的紅外影像。同時由于紅外光替代了可視光,紅外線感應攝像機可使自動虹膜關閉。我們可以觀察到如果場景中有一片樹葉,葉綠素的反射波長大約是715nm,那么這時得到的影像是亮白色的而不是灰色的。在實踐中,

31、感應擴展紅外線光的傳感器要比光色素傳感器更加靈敏。圖表5:一盞大功率的紅外線燈一般用的是鎢絲燈泡,這種燈泡(現在有些長壽燈泡用的是石英絲光源前面有一個濾光器用來防止光譜的波長升到所需的紅外線部分。有各種濾光器允許不同的波長通過,最常見的可以通過的光線波長在715nm以上。這個波長剛好在可視光的極限,顯示出的是一團昏暗的紅光。在780nm波長,光線就變弱了,到了830nm波長,肉眼就不可見了。如果要達到最好的性能,就必須使攝像機與光源相匹配。圖6、7說明了圖表的最重要部分在于攝像機的感應與紅外線濾光器感應的交迭。攝像機感應器有效地將落在它上面的所有波長的光線整合在感應曲線里。因此對攝像機對于紅外

32、線輻射的敏感性應以“交迭曲線下的區域”來進行測量,而不僅僅是715或830nm。這就是為什么最基本的一點是要清楚攝像機和紅外線濾光器感應曲線的形態。所以敏感度是由攝像機曲線所覆蓋的區域和光源曲線決定的,而不是由曲線的高度和振幅來決定。在上圖給出的攝像機曲線上,圖6、7又疊加了典型的紅外線性能曲線。它說明即使攝像機的感應度在900nm以上,在這個曲線下的區域它的敏感性也會削弱。圖8所示為僅在白天使用的紅外線感應攝像機這個曲線下的區域。(圖略正常的測量不到的輻射=2x曲線下的區域,因此其他所有對應于感應器的值都應該是敏感度的兩倍。圖表6、7、8Diagram 6Diagram 7Diagram 8

33、光線與照明度:只有自然光才能提供絕對平穩的照明度,盡管有時它要受云彩和陰影的干擾。所有的人造光都會因離光源距離的增加而相應的光線要減弱。這是因為照明度的逆向平方定律,當距離加倍時,照明度就會降到其值的1/4。二、照明度的逆向平方定律當發光通量從光源傳播到遠處,亮度(勒克斯就隨之減弱。它們之間的關系可用逆向平方定律來闡明,見圖表9:Diagram 9 Inverse Square Law Of Illumination亮度與在一定距離下的效應之間的關系用公式表示:E=I/D2這個因數在考慮適合攝像機的光線時非常重要。例如一個光源在20米的距離可發出的亮度為30LUX,在40米距離可發出的亮度為7

34、.5LUX,但在60米的距離可發出的亮度只有3.3LUX。其他隨之而來的效應是光級的寬范圍會導致自動虹膜鏡頭出現問題,如果放置不準確,前面的光線就會使虹膜關閉并失去遠處的影像。逆向即如果虹膜放置于遠距離光源,在這種情況下就會在前面位置產生大量閃光。圖10Diagram 10圖表10闡明了超過100米的實際光級,從100米到10米的比例是100:1。此說明只適用于白光,因為紅外線光無法用勒克斯來計量。本定律的效應以同樣的方式影響著紅外線光。當在一個平頂變焦裝置上使用紅外線光源時,這種影響是災難性的。如果要對遠處的物體進行變焦處理,那么對應這個距離所用的能量就要足夠。問題是當聚焦于近處的物體上時,

35、得到的像片常常會曝光過度。照明度的余弦定律:影響一個區域內光線水平的另一個因素是光線以一種角度落在物體的表面。當紅外線燈安裝在高于地面的位置時,這種情況在CCTV系統中經常發生。不需要講太多的理論,圖表12.7闡述的很清楚。圖表11:照明度的余弦定律Diagram11 Cosine Law Of Illumination圖表11說明了光線以一個角度落在物體表面的效應。表面的有效區域隨著入射線的余弦值而成比例的遞減。避開復雜的數學問題,這就是說從一個散射目標而來的光線應與目標的這個角度的余弦值和特定的反射比成比例。但這只適用于反射鏡。如果遇到一個很強的反射表面(反射鏡,就不會有能量順著入射線的路

36、徑反射回攝像機。這就是為什么從某個角度觀察鏡子時看到的是黑的。圖表12:燈和光束的角度調節Diagram 12 Adjustment For Angle Of Beam And Lamp此圖中的最亮點在光束的中心。在最遠端的光線是最弱的。從圖表12可知,距離越遠,光線亮度就越弱。在燈光范圍外,余弦定律公式可以被修正到接近光線水平。有必要將光束的角度和燈光所照的角度綜合起來考慮。最遠點的總角度等于垂直的燈光角度加上光束角度的一半。E= I COS(為燈的角度+1/2光束角度D2例如,一盞300瓦的燈在10米距離下的亮度為20勒克斯,光束的角度為600,安裝的角度為300。那么最遠點的光線亮度大約

37、為10勒克斯。均衡光線的分布:德溫特燈泡借用雷達天線的設計原理,使得無論目標物體的范圍和高度如何都能夠獲得均衡的光線。從前文中可知,-照到100米處的目標所需的能量是照在10米處的目標的能量的100倍。抵消掉逆向平方定律的效應是必要的。德溫特系的設計特點是為短、長范圍的目標提供合適的光照。假設用一盞60MW/M2的燈照在100米和10米的目標上,圖表13對此作出了說明,圖表13:此設計理念是單盞燈提供5勒克斯的當量均衡地分布在10米到100米之間的范圍內;如果用兩盞燈,那么當量光分布為10勒克斯。逆向平方定律適用于獲得其它距離下的亮度值。因此距離為200米時單盞燈的當量為1.25勒克斯,即距離

38、加倍,光亮為四分之一。當燈泡傳送的光束能量是1000毫瓦時,它能在100米范圍內提供10毫瓦/每平方米的能量;當燈泡傳送的光束能量是10毫瓦時,它能在10米的范圍內提供10毫瓦/每平方米的能量。垂直光束的結構使得10米處物體得到與100米處的物體同樣的光照強度。三、通過透鏡的光的傳播。攝像機的攝像敏感度:為作研究,對5臺普通攝像機的傳感器所需的能量進行比較以求得一個可靠的性能標準。實驗中采用一種可以發出合適光能量的以微瓦/平方米為計算單位的光源;選用兩種單頻光源,波長分別為595nm、880nm。模擬可視光譜中間的波長,這種波長同時又靠近紅外線波長。同樣對傳感器的兩個輸出值進行了測試。一個提供

39、噪音為12分貝的信號,另一個則提供0.7伏全錄像信號。結果見表1。其中的四臺攝像機敏感度的性能相似,水平都在0.1勒克斯左右;剩下的一臺攝像機的敏感度為0.05勒克斯。注意波長為880nm時攝像機敏感性的巨大差異!盡管它們在各方面都是合格的,如合用的圖象,可接受的圖象,50IRE等。換句話說它們既相同又不同!在可視光譜的中間、波長為595nm時,在12分貝的標準下所需要的能量幾乎沒有差異;但對全錄像差異就很大,最大值與最小值的比例為4.7:1。波長為880nm的光源在12分貝標準的變異比為5.7:1,但對全錄像這個差異比就擴大到10:1。對這種結構作更進一步的分析已超出了本資料的范圍,但還是有

40、必要將它們列出以闡明不同的傳感器在不同的波長下所需的不同的光能量。鏡頭:從景物中返回的光線首先要通過的就是鏡頭。如果鏡頭出現了問題,那么隨之相應得到的影像就很差。除了為一個特別要求的場景選擇焦距外,從現場將影像傳送到監視器的過程中對這種一流的元件基本不考慮焦距的問題。選擇透鏡時有幾個因素會對紅外線下的系統產生影響。光譜感應如上所論,攝像機對光線的波長有各種感應,鏡頭也存在這個問題。正如CCTV攝像機傳感器受可攜式攝像機市場的引導,與可攜式攝像機鏡頭一樣,CCTV鏡頭也同樣受攝像市場的引導。它們全都基于在可視光下生成圖像的需要。即使在黑暗的環境下閃光通常也會模擬可視光。因此鏡頭對光譜的感應是偏向

41、光譜中的可視部分。圖14是一例鏡頭光譜感應圖。在這個例子中在715nm下鏡頭對光的感應只是550nm下的60%,不同構造的鏡頭之間會有很大的區別并對系統的紅外性能產生重要的影響。所以,你應與鏡頭制造商聯系得到鏡頭光譜感應圖。對不能提供此圖的生產商應保持警惕。圖表14:Diagram 14光圈:鏡頭的f值是焦距與有效物體鏡頭直徑的比率。它只是一個機械比值,并不能由此推算出鏡頭的效率。但它可以影響傳送到傳感器的光線能量,并對最終形成的影像起決定性作用。傳統的攝像機生產商以光圈數值f1.4來表述鏡頭敏感度。如果所有的生產商都這樣處理就沒有什么問題,但實際并非這樣。有的認為反射比為75%,有些認為反射

42、比為89%,諸如此類。有些用AGC表示敏感度,而不是AGC增益本身是什么。攝像機SPECMANSHIP是一個廣泛的學科,本資料中不能對此作詳細的論述,但足以說明鏡頭的f數值是相當重要的。簡單地說, F數值越小,傳送到傳感器的光線就越多,因此,F1.2的數值比 F1.8的數值要好。通過不同光圈的光線的百分比見表2,它給出了落在鏡頭上的光線被傳感器接收到的百分比。黑體字的F STOPS是整STOPS,在這個范圍的每一個數值都將通過的光線減半或加倍。其中有兩個中STOPS,它們是CCTV鏡頭中最常見的。表2:F值F1.0 F1.2 F1.4 F1.8 F2.0 F2.8 F4.0 F5.6傳感器尺寸

43、的效果:前面早已闡述過,光是一種用每平方米瓦特來計量的能量。因此如果知道傳感器的尺寸就可以很容易計算出用瓦特表示的合成矢量。常用的傳感器標稱面積見表3。表5:傳感器尺寸 2/31/21/3傳感面積 68 mm2 36 mm2 17 mm2光圈 F1.8 F1.2 F0.85傳送光線% 7.5% 15% 30%功率輸出 5.1MW 5.1MW 5.1MW這就是為什么許多1/3攝像機要指定用f1.0的光圈,有時是f0.9的光圈。不過只有少量的鏡頭是1/3的。如果要使用長焦鏡頭,通常光圈就較小(相當多數,傳送很少量的光能。與此相反的論調是,如果傳感器的尺寸與像素的尺寸相同,那么所需要的光也相同。像素

44、的總數越少,最終的分辨率就越低。傳感器與鏡頭的規格:大量的鏡頭適用于2/3和1的攝像機。有大量規格的鏡頭配合少量規格的攝像機是一種優勢,但其中有一個缺點,一個2/3的鏡頭將場景等面積聚焦在一個1/2的傳感器,但只有相對于傳感器面積的那部分光能才能被轉換成功率。見圖15。圖15:Diagram 15, 2/3" lens with a 1/2" sensor.1/2的傳感器面積只是2/3的傳感器面積的53%,因此只有這個比例的光能才能被轉換成輸出功率繼而轉換為錄像信號。這使得F1.4鏡頭相當于 F2.0鏡頭。1/3的傳感器面積只是2/3的傳感器面積的25%,相當于F2.8鏡頭

45、!所以這是另一個需要改進的因素。傳輸比率:影響鏡頭的其它因素:在設計鏡頭的過程中還有幾方面能夠影響監視器最終畫面效果的因素。閃光,由內部反射導致的光線損耗引起的。散光,由于鏡頭的曲率在垂直和水平面的不同而引起的。球體變形,由于凸鏡的表面并非完全是球狀,光線并不能全部聚焦在同一點上。桶狀失真,來自鏡頭外部的光線不能象來自內部的光線那樣聚焦在同一點上,通常在大角度鏡頭中被放大。色彩失真,不同頻率的光以不同的角度折射,產生模糊的影像。高質量的鏡頭會將這些影響降到最低;但低質量的鏡頭會強化這些影響。高質量鏡頭和便宜鏡頭之間成本的差異不大,但對性能的影響卻很大。紅外聚焦:與在自然光下的物體焦距相比較,紅

46、外光下物體的焦距存在不同。這是由于不同的折射角度造成的,事實上鏡頭主要針對光譜中的可視光部分進行補償。因此夜晚時在紅外線下,紅外攝像機的調焦必須設定好焦點并將焦點調后一點。紅外線下進行調焦的要求很嚴格,因為隨著景深的弱化光圈被打在最大。這個問題在白天以較小的光圈就可以解決。還有一個因素就是燈的角度必須精確地調到與攝像機的角度一致,幾個度數的差異會導致浪費大量可利用的光線。有些鏡頭在同一焦點下既可聚焦可視光又可聚焦紅外光,然而購買它得花費相當于成本四倍的價錢。反射比:攝像機只能接收到從物體反射回來的光能量,這個因素也必須考慮在內。下面列出反射比的一些典型數值:馬特白色測試卡89%雪景85%玻璃窗

47、和墻70%混凝土上的白色馬特涂料60%無涂料的混凝土,停車場40%紅磚35%田園、樹木、草地20%(60%70% I/R空曠的瀝青地5%怎樣知道攝像機是540線還是480線?最簡單的是看主芯片,如果是3141或者3142R 那么就肯定是420線,不可能做到480線. 國內說的sony彩色480線的機器dsp芯片(那塊最大的老的是2163,新的是3172,最新的是4103.關鍵還是ccd,小部分的廠家會故意開個圓孔讓你看到ccd的型號。假高線dsp 是一樣的,不過ccd就不是409級別了。還是405.還有很多的假的是混合型搭配:ccd是sony的,dsp是其他的或者ccd不是sony的,dsp是

48、sony的,更有甚者ccd和dsp都不是sony的.有經驗的用戶其實都不用拆的,看圖像就知道了。補:國內1/3 inch 420線sony配置:3142(3141+405,1/4 sony 的是3142(3141 +227國內1/3 inch 480線sony配置:4103(2163+409,1/4 sony 的是4103(2162 +229國內1/3 inch 520線sony配置:3172+4091/3 sony低照度的ccd是255(普線和259(高線,最新的是633(普線和639(高線,與dsp的搭配是一樣。什么叫BNC頭?BNC接頭,是一種用于同軸電纜的連接器,全稱是Bayonet

49、Nut Connector(刺刀螺母連接器,這個名稱形象地描述了這種接頭外形,又稱為British Naval Connector(英國海軍連接器,可能是英國海軍最早使用這種接頭或Bayonet Neill Conselman(Neill Conselman 刺刀,這種接頭是一個名叫Neill Conselman的人發明的。BNC接頭可沒有被淘汰,因為同軸電纜是一種屏蔽電纜,有傳送距離長、信號穩定的優點。目前它還被大量用于通信系統中,如網絡設備中的E1接口就是用兩根BNC接頭的同軸電纜來連接的,在高檔的監視器、音響設備中也經常用來傳送音頻、視頻信號。被淘汰只不過是10Base-2以太網,這種網

50、絡使用50歐的RG-58A/U同軸電纜的,速率為10Mb 的,總線型網絡,維護不便。所以現在組建這種網絡的BNC接口網卡也被淘汰了。高速球有什么功能?高速球有幾個最基本的功能,第一是運行速度快、第二是運行平穩、第三是定位精確。1、高速功能:要求預置位速度強調快,基本達到250度/秒以上;第二手控速度強調平穩,控制靈敏靈活,不能過快,不能生硬,支持變速。2、預置位功能:必須帶有64個以上的預置位,同時要求預置位必須準確,斷電后也能記憶該預置位。3、巡航掃描:必須可以設置高速球能在各個預置位之間巡航掃描功能。4、軌跡記憶功能:要求高速球能記憶多條任意的軌跡路線,同時能將軌跡路線通過設置進行調用。5

51、、菜單顯示功能:能夠顯示一個完善的操作菜單,通過菜單進行對運行速度、預置位停留時間、運行模式等的修改,通過菜單能進行攝像機參數的修改,以及編程,自動跟蹤、隱私遮蔽等功能。6、自帶報警輸入輸出:在高速球上加一個報警輸入輸出模塊。7、網絡高速球,光纖高速球:在高速球里再集成網絡視頻服務器模塊或者光端機模塊。為什么實際使用距離達不到標稱距離?很多用戶在使用紅外燈后,反映:紅外燈使用距離,達不到產品標稱的距離,如:100米的燈,只能照射到70、80米遠。其實這是一種正常現象。紅外燈產品標稱距離,根據行業習慣,是在0照度、黑白攝象機環境下測試的值,如果使用彩色攝象機、彩色轉黑白攝象機的情況下,照射距離自然會有折扣。一般情況下,彩色攝象機是不感應紅外光的。同時,不同廠家生產的彩色轉黑白攝象機,對紅外光的感應效果也是不同的,因此,在實際使用過程中,應根據現場情況、甲方要求來配備攝象機和紅外燈。什么是無紅爆紅外燈?紅外燈產品分為有紅爆和無紅爆兩類。有紅爆產品使用波長為850nm的紅外led發射管,使用中,近距離觀察,紅外燈會發出暗紅色的光。而無紅爆產品使用波長為940nm的紅外led發射管,使用中,紅外燈表面沒有任何光亮,因此更隱蔽