《摄像机类设备基础知识及测试用例技术规范》.docx

1、摄像机类设备基础知识及测试用例技术规范闭路电视监控体系统外购设备基础知识及测试用例技术规范REV. A0 摄像机类设备基础知识及测试用例技术规范(Video camera)主要起草人：yanzhi129审核人： 会签人： 标准化审核人： 批准人： 2012-9-1发布 2012-9-7实施 深圳市XX科技发展有限公司 发布TECHNOLOGY DEVELOP CO，LTD.修订记录技术要求号版本号更改说明主要起草人主要评审专家AO新归档杨志勇1 目的和适用范围1.1 目的摄像机类外购设备测试用例技术规范及要求是描述公司摄像机类外购设备的受控性文件，其作用为： 设计部门选用外购设备的依据。 采购

2、部门进行采购的依据。 品控部门验货、退货的依据。 工程部门收货、安装、调试、验收、交付培训时对设备质量复核、验证的依据。 品控部对供应厂商产品（设备）质量进行技术认证的依据。1.2 适用范围本技术要求适用于摄像机类外购设备的选型、采购与检验。 2 引用的相关标准下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。GB2828-87 逐批检查计数抽样程序及抽样表（适应于连续批的检查）3 摄像机基础

3、知识3.1 摄像机基本概念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。3.2 CCD的工作原理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，这些电信号经过滤波、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。3.3 C

4、CD的特点CCD电荷藕合元件感测器相对于CMOS金属氧化物半导体感测器而言，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。3.4 普通CCD的简单鉴别方法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

5、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。3.5 CCD摄像机分类3.5.1 按成像色彩划分 彩色摄像机：适用于景物细节辨别，如辨别衣着或景物的颜色。黑白摄像机：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，可选用黑白摄像机。3.5.2 按分辨率/灵敏度划分 影像像素在38万以下的为一般型，其中尤以25万像素（512*4

6、92）、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3.5.3 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）3.5.4 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。

7、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。3.5.5 按供电电源划分 110VAC（NTSC制式多属此类），220VAC （PAL制式多属此类），24VAC、12VDC或9VDC（微型摄像机多属此类）3.5.6 按同步方式划分 内同步：用摄像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：使用外同步信号发生器，将同步信号送入摄像机的外同步输入端。 功率同步（线性锁定，

8、linelock）：用摄像机AC电源完成垂直推动同步。 外VD同步：将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。 多台摄像机外同步：对多台摄像机固定外同步，使每一台摄像机可以在同样的条件下作业，因各摄像机同步，这样即使其中一台摄像机转换到其他景物，同步摄像机的画面亦不会失真。3.5.7 按照度划分，CCD又分为： 普通型正常工作所需照度13LUX 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3.5.8 按外观分： 有枪型、机板型、针孔型、半球型、子弹型、飞碟型、钱币型、灯饰型3.6 CCD彩色摄像机

9、的主要技术指标3.6.1 CCD尺寸所谓尺寸亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸，现在1/3、1/4英寸的已普及化，1/5英寸和1/6英寸也已商品化。3.6.2 CCD像素像素是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像机。3.6.3 水平分辨率 彩色摄像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

10、像头的分辨率在330500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。3.6.4 最低照度 最低照度也称为灵敏度，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像机可工作在很暗条件，23Lux属一般照度，现在也有低于1Lux的普通摄像机问世。3.6.5 扫描制式 有PAL制和NTSC制之分。3.6.6 摄像机电源 交流有220V、110V、24V，直流为

11、12V或9V。3.6.7 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。3.6.8 视频输出 多为1Vp-p、75，均采用BNC接头。3.6.9 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。3.7 CD彩色摄像机的可调整功能3.7.1 同步方式的选择 内同步-利用摄像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像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，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步。3.7.2

12、自动增益控制 摄像机都有一个将来自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，需利用摄像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄像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像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。3.7.2 背景光补偿 通常，摄像机的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

13、，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，摄像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。3.7.4 电子快门 在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄像机，则为1/50秒。当摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。当电

14、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，结果将降低摄像机的灵敏度，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，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。3.7.5 白平衡 白平衡只用于彩色摄像机，其用途是实现摄像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。3.7.5.1 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28006000K。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-先将摄像机对准

15、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像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为230010000K，在此期间，即使摄像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。3.5.7.2 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，有的摄像机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和55

16、00K（日光水平）等档次命令。3.7.6 色彩调整 对于大多数应用而言，是不需要对摄像机作色彩调整的，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。3.8 低照度摄像机的正确认识 3.8.1照度概念照度（LUX）数值达到多少为低照度？多少数值能适应摄取影像的周围环境？照度为一亮度单位，顾名思义，是指摄像机在摄取影像时，对周围环境照明亮度的需求，1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度，我们在摄像机参数

17、规格中常见的最低照度（MINIMUM.ILLUMINATION），表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下，即能获取清晰的影像画面，此数值越小越好，说明CCD的灵敏度越高。同样条件下，黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。一般情况：夏日阳光下为100，000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距60W台灯60CM桌面为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为0.1LUX；烛光（20CM远处）1015LUX。目前市场上标榜的低照度摄像机无论是厂商或是进口商，对低照度的定义众说纷纭，莫衷一是，彩色摄像机从0.00

18、04LUX1LUX，黑白摄像机从0.00030.1LUX均有，（若搭配红外线，则均可达0LUX），这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准，而产生各说各话的情况。 行业内人士强调，照度能低到多少，不仅要看镜头的光圈大小（F值），更要看是在什麽条件限制下才能出现所标示的LUX值，否则只是流于数字的游戏罢了！以光圈大小（F值）而言，光圈愈大则其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外电子灵敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）是否提高，单一画面累积帧数为多少？红外线是ON还是OFF？等都应了解清楚，才不致被规格所标示的照度数值所混淆。低照度摄像机在中国市场的演进过程 低照

19、度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步：白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；低速快门（SLOW/SHUTTER）及超感度摄像机（EXVIEW/HAD）。3.8.2 低速快门（SLOW/SHUTTER） 此类的摄影机获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图像的爆光量，从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式也可以获得较低的照度指针，但是需要降低图像的连贯程度，所以选择这种摄像机时要注意尽可能不要同云台一起使用，否则会造成丢失画面的现象。在获得低照度下图像上还有一些其它的办法，但都不能从根本上解决照度问题。 此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，是利用计算机内存的

20、技术，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个影像清晰的画面，运用SLOWSHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2（128），并且画面能够累积的帧数(128帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。3.8.3 超感度摄像机（EXVIEW/HAD） 一般的超低照度摄像机大都采用ExviewHAD技术，采用ExviewHADCCD的摄像机，对外界光线的敏感程度会大大提高，在近红外区域，其感度可以提高到普通摄像机的4倍。因此，即使在非常暗的环境下，这种摄

21、像机通常可以看到人眼看不到的物体，这一技术的出现受到了监控市场的欢迎，对各种光照环境下均可表现出最佳的效果，特别是配合专用的红外照明设备，可以得到高清晰度的黑白图像，实现0照度的监控（完全无光的情况下）。在近红外760mm-1100mm的近红外区域，如果配合合适波长的红外照明，就可以实现清晰的黑白图像。 超感度摄像机（EXVIEW/HAD），又称24小时摄像机，其彩色照度可达0.05LUX，黑白则可达0.003-0.001LUX（亦可搭配红外线以达0LUX）不仅能清晰的辩识影像，更是实时连续的画面。3.9 镜头的选择和主要参数摄像机镜头是视频监视系统的关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像

22、机的整机指标。镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。3.9.1 镜头的分类 按外形功能分按尺寸大小分 按光圈分 按变焦类型分按焦距长短分 球面镜头 1”

23、自动光圈 电动变焦 长焦距镜头 非球面镜头 1/2” 手动光圈 手动变焦 标准镜头 针孔镜头 1/3” 固定光圈 固定焦距 广角镜头 鱼眼镜头 2/3”3.9.2 以镜头安装方式分类 所有摄像机镜头均是螺纹口的，摄像机的镜头安装有两种工业标准，即安装座和安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。安装座：特种安装，此时应将摄像机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个安装座镜头安装到一个安装座摄像机上时，则需要使用镜头转换器。3.9.3 以摄像机镜头规格分类 摄像机镜头规格应视摄像

24、机的尺寸而定，两者应相对应。即摄像机的靶面大小为英寸时，镜头应选英寸。摄像机的靶面大小为英寸时，镜头应选英寸。摄像机的靶面大小为英寸时，镜头应选英寸。如果镜头尺寸与摄像机靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。3.9.4 以镜头光圈分类 镜头有手动光圈（manualiris）和自动光圈（autoiris）之分，配合摄像机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄像机上的直流电压来直

25、接控制光圈，称为输入型。自动光圈镜头上的（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成白电平削波现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节来变换画面。另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：f（焦距）（镜头实际有效口径），值越小，则光圈越大。采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：在诸

26、如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。 3.9.5 以镜头的视场大小分类3.9.5.1 标准镜头：视角度左右，在英寸摄像机中，标准镜头焦距定为mm，在英寸摄像机中，标准镜头焦距定为mm。广角镜头：视角度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。3.9.5.2 远摄镜头：视角度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。3.9.5.3 变倍镜头（zoomlens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜

27、头和电动变倍镜头两类。3.9.5.4 可变焦点镜头（vari-focuslens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。3.9.5.5 针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。3.9.6 以镜头焦距的长短分类 短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。 中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视的尺寸而定。 长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。 变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标

28、准或远望等镜头使用。3.9.7 镜头的主要性能指标3.9.7.1 焦距 焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。3.9.8 自动光圈镜头 自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频（VIDEO）驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将

29、摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流（DC）驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮，一是ALC调节（测光调节），有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档；另一个是LEVEL调节（灵敏度），可将输出图像变得明亮或者暗淡。3.9.9 变倍镜头 变倍镜头分为手动变焦和电动变焦两种。常见的电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率，如果再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电动镜头，基准焦距为8.5毫米，那么其变焦范围

30、就是8.5到51毫米连续可调，视场角为31.3到5.5度。电动镜头的控制电压一般是直流8V16V，最大电流为30毫安。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可以聚焦某个细节。3.9.10 镜头的技术依据3.9.10.1 镜头的成像尺寸 应与摄像机靶面尺寸相一致，如前所述，有英寸、英寸、英寸、英寸、英寸、英寸等规格。3.9.10.2 镜头的分辨率 描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对用户而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位。 计算公式为：镜头分辨率画幅格式的高度。由于摄像机靶面大小已经标准化，如英寸摄像机，其靶面为宽6.4mm高4.8mm，英寸摄像机为宽4.8mm高3.6mm。因此对英寸格式的靶面，镜头的最低分辨率应为对线mm，对英寸格式摄像机，镜头的分辨率应大于对线，摄像机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。3.9.10.3 镜头焦距与视野角度 首先根据摄像机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距f确定后，则由摄像机靶面决定了视野。3.9.10.4 圈或通光量 镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以为标记，每个镜头上均标有其最大的值，通光量与值的平方成反比关系，值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。3.10 镜头与