CCD监控摄像机的初步认识Word格式.docx
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其响应峰值为绿光（550nm）。
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、蓝三色滤光条，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1/26.4x4.8mm8mm1/34.8x3.6mm6mm
二、CCD摄像机的分类
安全防范系统中，图像的生成当前主要是来自CCD摄像机,CCD是电荷耦合器件（chargecoupleddeice）的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储的电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄像机元件，以其构成的CCD摄像机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。
CCD摄像机大致可分为下列几大类：
1、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、黑白分辨率在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线左右的中档型
（3）影像在38万点以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率在570线以上的高分辨率。
2、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0.1Lux左右
（3）星光型：
正常工作所需照度为0.01Lux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。
3、按摄像元件的CCD靶面的大小划分
（1）linch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
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。
三、CCD的安装和调整
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，图象变得模糊不清。
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机的侧面。
拧松后，调节顶端的一个齿轮，也可以使图象清晰而不用加减接圈。
1、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载，使视频信号畸变。
当开关在ON时，在低亮度条件下完全打开镜头光圈，自动增加增益以获得清晰的图象。
开关在OFF时，在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。
2、ATWON/OFF（自动白平衡）：
开关拨到ON时，通过镜头来检测光源的特性/色温，从而自动连续设定白电平，即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。
3、ALC/ELC（自动亮度控制/电子亮度控制）：
当选择ELC时，电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变CCD图像传感器的曝光时间（一般从1/50到1/10000秒连续调节）。
选择这种方式时，可以用固定或手动光圈镜头替代ALC自动光圈镜头。
?
需要注意的是：
在室外或明亮的环境下，由于ELC控制范围有限，还是应该选择ALC式镜头；
在某些独特的照明条件下，可能出现下列情况：
①在聚光灯或窗户等高亮度物体上有强烈的拖尾或模糊现象。
②图象显著地闪烁和色彩重现性不稳定。
③白平衡有周期性变化，如果发生这些现象，应使用ALC镜头。
以固定光圈镜头采用ELC方式时，图象的景深可能小于使用ALC式镜头所获得的景深。
因此，摄像头在完全打开固定光圈镜头而采用ELC方式时。
景深会比使用ALC式镜头时小，而且图象上远处的物体可能不在焦点上。
当镜头是自动光圈镜头时，需要将开关拨到ALC方式。
4、BLCON/OFF（背光补偿开关）：
当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时，应该把开关拨到ON位置。
注意：
①当与云台配用或照明迅速改变时，建议把该开关放在OFF位置，因为在ON位置时，镜头光圈速度变慢；
②如果所需物体不在图像中间时，背光补偿可能不会充分发挥作用。
5、LL/INT（同步选择开关）：
此开关用以选择摄像头同步方式，INT为内同步2，1隔行同步；
LL为电源同步。
有些摄像头还有一个LLPHASE电源同步相位控制器。
当摄像头使用于电源同步状态时，此装置可调整视频输出信号的相位，调整范围大概是一帧。
（调整需要专业人员进行）
6、VIDEO/DC（镜头控制信号选择开关）：
ALC自动光圈镜头的控制信号有两种，当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时，应该选择DC位置，需要安装视频控制信号的自动光圈镜头时，应该选择VIDEO位置。
当选择ALC自动光圈视频驱动镜头时，还会有一个视频电平控制（VIDEOLEVELL/H）可能需要调整，该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平，用以控制镜头光圈的开大和缩小（凹进光亮）。
在摄像头的配件中，有一个黑色的小插头，插头有四个针，连接摄像头上的黑色插座。
如果用DC驱动的自动光圈镜头，镜头上已经做好了插头，只要插在插座上，把选择开关拨到DC即可；
如果用视频驱动的自动光圈镜头，工作人员在焊接插头时，要根据说明书上的标注用烙铁进行焊接，不能出现焊接错误的情况。
7、SOFT/SHARP（细节电平选择开关）：
该开关用以调节输出图像是清晰（SHARP）还是平滑（SOFT），通常出厂设定在SHARP位置。
8、FLICKERLESS（无闪动方式）：
在电源频率为50Hz的地区，CCD积累时间为1/50秒，如果使用NISC制式摄像机，其垂直同步频率为60Hz，这样将造成视觉影像不同步，在监视器上出现闪动；
反之，在电源为60Hz的地区用PAL制式摄像机也会有此现象。
为克服此现象，在电子快门设置了无闪动方式档，对NISC制式摄像机提供1/100秒，对PAL制式摄像机提供1/120秒的固定快门速度，可以防止监视器上图像出现闪烁。
9、手动电子快门：
有些用户使用CCD摄取运动速度比较快的物体，如果以1/50秒速度拍摄，会产生拖尾现象，严重影响图像质量。
有些摄像头给出了手动电子快门，使CCD的电荷耦合速度固定在某一值，例如1/500、1/1000、1/2000秒等等，此时CCD的电荷耦合速度提高，这样采集下来的图像相对来说会减少拖尾现象，而且对于观测高速运动或电火花一类物体，必须使用此设置。
所以，某些专用摄像头给出了手动电子快门，提供给特殊用途的用户。
四、摄像机镜头的分类和技术特性
（1）以镜头安装方式分类
与普通照相机所用卡口镜头不同，所有摄像机的镜头均是螺纹口的，CCD摄像机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和Cs安装座。
两者之螺纹部分相同，都是1英寸32牙螺纹座，直径均为25.4mm。
不同之处在于C安装座从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm;
Cs安装从镜头安装基准面到焦点的距离则为12.5mm。
如果要将一个C安装座镜头装到一个CS安装座摄像机上时，则需要使用镜头转换器，即C/CS调节圈。
（2）以镜头视场大小分类
标准镜头：
视角300左右，当镜头焦距近似等于摄像靶面对角线长度时，则定为该机的标准镜头。
在2/3英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为16mm，在1/2英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为12mm，在1/3英寸CCD摄像机中，标准镜头焦距定为8mm。
广角镜头：
视角550以上，焦距可小到几毫米，能提供较宽广的视景。
远摄镜头：
视角200以内，焦距可达几十厘米、几十分米，这种镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影像放大，但观察范围将缩小。
变焦镜头：
又称伸缩镜头，有手动变焦和电动变焦两类，可对所监视场景的视场角及目标物进行变焦距摄取图像，适合长距离变化观察和摄取目标。
变焦镜头的特点是：
在成像清晰的情况下，通过镜头焦距的变化来改变图像大小与视场大小。
针孔镜头：
镜头端头直径仅几毫米,可隐蔽安装。
针孔镜头或棱镜镜头适用于有遮盖物或有特殊要求的环境中，此时标准镜头或容易受损、或容易被发现，采用针孔镜头或棱镜镜头可满足类似特殊要求，比如在工业窑炉及精神病院等场所。
（3）以镜头光圈分类
镜头有手动光圈和自动光圈之分，手动光圈镜头适合于亮度变化较小场所，自动光圈镜头因光照度发生大幅度变化时，其光圈亦作自动调整，可提供必要的动态范围，使摄像机产生优质的视频信号，故适合于亮度变化较大场所。
自动光圈有两类：
一类是通过视频信号控制镜头光圈,称为视频驱动型，另一类是利用机上直流电压直接控制光圈，称为DC驱动型。
（4）从镜头焦距上分类
短焦距镜头：
因入射角较宽，故可提供一个较宽阔的视景。
中焦距镜头：
即标准镜头，焦距的长度视CCD靶面的尺寸而定。
长焦距镜头：
因入射角较窄，故仅能提供一个狭窄的视景，适用于远距离监视。
（5）焦距和视场角
焦距是从透镜中心到一个平面的距离，在此平面可产生一个目标物之清晰影像，通常用焦距值f表示。
镜头焦距f、镜头到目标物的距离d、视野H×
V之间的关系。
由此可知，镜头的焦距与视场角的大小成反比，即焦距越长，视场角越小；
焦距越短，视场角越大。
（6）相对孔径和光圈
镜头的相对孔径是镜头的入射膛D与焦距f之比，它是决定镜头通光能力的重要指标。
式F=f/D表示，即光圈数。
F值越小，头上均标有其最大的F值，如6mm/F1，距f为6mm，最大孔径为4.29mm。
对孔径的平方成正比，在镜头的标环上常标有1.4、2、2.8、4、5.16、22等档。
5、CCD摄像机与镜头的选配原则
一、CCD摄像机的选用原则
CCD摄像机与镜头的选用原则是根据使用场合、监视对象、目标距离、安装环境及监视目的来选择所需的摄像机。
一般来讲，在保证摄像系统可靠性及基本质量的前提下尽可能采用中低档次的摄像机和镜头，这一方面可以节省投资，另一方面,通常档次越高的设备由于其造价高产量必然较少，故相对来说可靠性指标比之中低档次产品要低，而维护使用的费用及技术水平却要求较高。
作为电视监控系统不能像电视台那样配备水平较高的专业技术人员，因操作的限制，高档次设备得不到高质量画面的例子屡见不鲜的。
彩色摄像机能辨别出景物或衣着的颜色，适合观察和辨认目标细节，但造价较高,清晰度较低，若进行宏观监视，目标场景色彩又较为丰富，此时最好采用彩色摄像机。
从技术发展来看，彩色摄像机应用比重越来越大。
黑白摄像机清晰度较高，灵敏度也高于彩色摄像机，但没有色彩体现，所以在照度不高，目标没有明显的色彩标志和差异，同时又希望较清晰地反映出目标下，应选用黑白摄像机。
球形摄像机（DomeCamera），是科学技术发展渗透到安全防范领域的代表之一，它是集CCD摄像机、变焦镜头、全方位云台及解码驱动器于一体的新型摄像系统，其在性能方面已实现了云台的高速及无级变速运动、镜头变焦及光圈的精确预置、程序式的多预置设定，甚至运动过程中的焦功能，从而使摄像系统具备自动巡视和部分自动跟踪功能，从单纯的功能型向智能型转变。
球形摄像机近年来被广泛地应用在宾馆、医院、娱乐场所、营业场所及室外等领域，尤其是人群行为与场景需要特别关注之处。
带视频移动检测报警功能的摄像机应用在银行、博物馆、军事重地等领域,具有更有效、更完美的优势。
二、CCD摄像机与镜头的配合原则
在选择CCD摄像机与镜头的配合时，首先要明确机械接口是否一致，尽量选用同一种工业标准的接口，以免给安装带来麻烦，其次要求镜头成像规格与摄像机CCD靶面规格一致，即镜头标明的为1/3英寸，则选用摄像机的规格也应为1/3英寸。
否则不能相互配合。
例如：
使用1/3英寸摄像机，还勉强可以装备1/2英寸镜头，此时摄像系统显现的视场角要比镜头标明的视角小很多；
但反过来把1/2英寸镜头用于2/3英寸摄像机时，则图像就不能充满屏幕，图像边缘不是发黑就是发虚。
当确定了摄像点位置后，就可根据监视目标选择合适的镜头了。
选择的依据是监视的视野和亮度变化的范围，同时兼顾所选摄像机CCD靶面尺寸。
视野决定使用定焦镜头还是变焦镜头，变焦选择倍数范围。
亮度变化范围决定是否使用自动光圈镜头。
无论选用定焦镜头还是变焦镜头都要确定焦距，为了获得最佳的监视效果，一般都应根据工程条件进行计算，根据计算结果选用标准焦距的镜头，当标准焦距镜头的焦距与计算结果相差较大时，应调查摄像机的安装位置，再核算直至满意为止。
摄像机与被监视目标有公式。
f=v×
d/V[式中 f 为计算焦距；
V 为视场高；
v 为像场高（即CCD靶面高）；
d 为物距。
某CCD摄像机采用1/3英寸靶面，用以监视商场收银台，有效范围为2m×
2m，摄像机安装于距收银台7m处，该摄像机需配多大焦距镜头?
利用式
（1）有：
v=3.6mmV=2m d=7m
因此：
f=3.6×
7/2=12.6mm
故可采用标称焦距为12mm的定焦镜头。
变焦镜头焦距的计算与定焦镜头一样，只要最大和最小焦距能满足视野要求即可。
一般来说,监视固定目标应该选用定焦镜头。
对于具有一定空间范围，兼有宏观和微观监视要求,需要经常反复监视、没有同时监视要求的场合，宜采用变焦镜头并配合云台，否则尽量采用定焦镜头。
在需要秘密监视或特殊应用场合，针孔（棱形）镜头可轻而易举地达到监控目的。
焦距调整的步骤
1将镜头正确安装到摄像机上；
2将镜头光圈开到最大，并把对焦环旋至无限远处
3拍摄一个10m以外的物体；
4将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转后焦调节环（对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环，直至画面最清晰为止；
5重新旋紧内六角或一字螺钉。
6、第三节摄像机的红外光原理
本节阐明了在夜视环境下利用红外线光源进行监控设计CCTV系统的程序。
在设计CCTV系统配置红外线光源的过程中，存在的最主要问题是红外线是无法用勒克斯（LUX）来测量。
那么如何才能识别摄像机的敏感度？
如何才能知道在不同的距离能够观察到什么？
另一些需要回答的问题是不同的摄像机对红外线的敏感度，怎样分析光谱图以及镜头的效果。
要理解这些问题的答案，首先要对物理领域的三个主要方面有一个基本的了解。
一：
光的波长；
二：
照明度的逆向平方定律；
三：
通过透镜的光的传播。
红外光源可以在现场环境过于黑暗的情况下为摄像机提供光线以生成影像，这当然是一个折衷的办法，因为要获得最好的影像效果需要提供充足的白光，但并不总是有这种条件。
在很多情况下，使用高能量的泛光会引起许多麻烦，并且当有交通工具对着光线开时会导致危险。
使用平顶摄像机时就很难覆盖大面积的范围，在这种情况下光源只需要照着摄像机对准的地方，红外光就能够提供所需影像。
一、光的波长
电磁光辐射：
日光是能量的电磁辐射形态。
虽然不同形态的电磁光辐射与物质相互作用时的方式各不相同，但它们的传播特性都是相同的。
电磁光是以毫微米为计量单位，即波长。
1米等于1，000，000，000毫微米（nm）。
频率是由光速除以波长，即波长为830nm的光的频率是3.6×
1014Hz。
日光是光谱中可以被肉眼看到的那一部分。
图1所示为整个光谱中很窄的一段。
图1：
Diagram1电磁波：
光线的传播可以以波的运动形式进行简单描述，它有以下特性：
电磁波的传播无须任何介质，所以它可以在真空中传播；
不同的电磁光有不同的波长或频率；
通过可视光线从无线电波到伽玛射线；
所有的电磁波以同样的速度传播；
真空中300,000,000米/秒，光速；
波以直线传播，但受以下几个方面的因素影响：
反射。
物体表面发生的方向的反转，如镜子。
折射。
产生在不同表面边缘的角度的变化，如插在水中的棍子明显地弯曲。
衍射。
透过物体的缝隙或边缘而产生的一种偏差。
7、可视光：
可视光就是肉眼可以看见的光的波长，约在380nm—760nm之间。
当肉眼同时观察到这些波长的光时，无法区分出单一种波长的光，导致的结果就是我们看见了白光。
因此，白光并非是单个波长的光，而是这些波长的光的总和。
这种效果可以通过将白光透过棱镜的办法从反面来证实。
如上所述，不同波长的光有不同的折射角度，因此，当光束通过棱镜时就因每一个波长的光折射的不同而分散进它所组成的光谱。
结果就是如果用白屏幕在棱镜另一边来显示透过棱镜的光，那么在白屏幕上就会显示出所有单个颜色来。
这种效果如图2所示。
光谱显示出来，彩虹的七色显示出来。
实际上它是有一个连续的色调范围的，但肉眼只能见到主要的颜色。
真正的彩虹就是以同样的方式通过大气层中的小雾滴将光进行反射和折射而产生的。
图2：
Diagram2
红外线的波长应超过715nm。
人的肉眼可以看见的光的波长的范围与CCTV所用的两种主要红外线的比较在图3中已说明。
图3：
8、Diagram3
光能量的计量：
正如所述，光是电磁光的一种形式，它的功率用瓦特来计量，它的强度用瓦特每平方米（W/M2）来计量。
这种计量方法适用于所有的波长。
可视光谱常以流明（光通量单位）计量功率，以勒克斯计量强度。
流明是与可感觉到的能量或亮度相关，正因为此原因，流明与瓦特之间的联系是基于波长。
流明值实际上在红外线波长下减为零。
这就是为什么无法用勒克斯值来表述红外线辐射。
光辐射计量单位是瓦特，计量它需要辐射计，但它非常昂贵，只有实验室才有，一般的公司是没有的。
摄像机对红外线的敏感度：
CCD摄像机的传感器是由成千上万个细小的感光二极管组成，一个分辨率为570线的摄像机由超过400，000个这样的二极管组成。
传感器的主要材料有两种，锗和硅。
这些材料遇到图4中所示的光的波长时会有不同的感应。
图4：
Diagram4
因此，对于CCTV系统来说，芯片所用的材料对每种可视红外线的感应有着重要的意义。
可携式摄像机巨大的市场推动了用于CCTV摄像机上的传感器的发展，而可携式摄像机仅仅是用于可视光谱。
因此任何可视光谱以外的感应都是无用的并且降低了传感器的敏感性。
传感器生产商斥巨资发展传感器，以精确遵从人眼的光谱范围，即光色素曲线。
这种传感器不能定义为红外线摄像机。
这一点对CCTV系统的设计者来说至关重要，因为每月都有新的摄像机推向市场，有必要经常检测它们与红外线光源的适配性。
有的生产商在这方面帮助不大却常常过于乐观。
要注意“与红外线光源的适配性”，
并要求提供光谱感应图。
附带说一句，所有的摄像机传感器都是单色的，有颜色是因为在镜头前插加了红、黄、绿色的滤镜。
这就是为什么彩色摄像机比单色摄像机的稳定性差。
同样由于加了滤镜的缘故，彩色对红外线不太敏感。
因此，所有关于摄像机对红外线光源的敏感性和适配性都被限制在单色摄像机上。
除了双模式摄像机才能在这两方面潜在地提供最优性能这点证实了彩色摄像机比单色摄像机的敏感性差，而且业界最终承认了这一事实。
摄像机光谱感应：
摄像机对光线的光谱有不同的感应。
它通常用图表的方式来说明相对的光谱敏感度。
图5表明了每一部分光谱的相对的感应度，范围通常在0—1.0之间。
下图所示的是两台摄像机的光谱敏感度曲线。
从中可以清楚看到摄像机A非常有效地覆盖了可视光谱部分，摄像机B对红外线光非常敏感。
由于能够覆盖的波长的范围很大，可以说摄像机B符合所有的要求。
但不仅如此，更深入的一点是在白天使用红外感应摄像机可以产生不同范围的灰色调，因为它能够观察到肉眼见不到的更清晰的红外影像。
同时由于红外光替代了可视光，红外线感应摄像机可使自动虹膜关闭。
我们可以观察到如果场景中有一片树叶，叶绿素的反射波长大约是715nm，那么这时得到的影像是亮白色的而不是灰色的。
在实践中，感应扩展红外线光的传感器要比光色素传感器更加灵敏。
图表5：
Diagram5
一盏大功率的红外线灯一般用的是钨丝灯泡，这种灯泡（现在有些长寿灯泡用的是石英丝
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