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什么是摄像机？摄像机是什么意思？
摄像机：是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵 CCD 图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。 摄像机的扫描制式：监控现场的景物能过镜头在摄像机的感光靶面上成像，再经过扫描转换将该图像以连续的电信号形式输出。 CCD 图像传感器 ：称为电荷耦合器件， CCD 摄像机的核心部件是面阵型 CCD 图像传感器，它由集成在同一硅片上的数十万个等效的微型 MOS 电容器构成。 CCD 尺寸及像素数 ：CCD 尺寸指的是 CCD 图像传感器感光面的对角线的尺寸。 像素数 ：指的是摄像机 CCD 传感器的电大像素数，对于一定尺寸的 CCD 芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也就越高。 分辨率 ：是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数。 最低照度 :也是衡量摄像机优劣的一个重要参数，有时省掉“最低”两个字而直接简称照度。它指的是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。 信噪比；也是摄像机的一个主要参数。其基本定义是信号对于噪声的比值乘以 20log 。 CCD 摄像机的信噪比的典型值一般为 45---55dB 。 自动光圈接口 ：目前在市场上见到的标准 CCD 摄像机大都带有驱动自动光圈镜头的接口，有些可同时提供两种驱动方式（视频驱动、直流驱动）视频驱动方式是指摄像机将视频信号电动机转动；直流驱动方式则是指摄像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动。一般视频驱动自动光圈接口使用 3 个针，即电源正、视频、接地；而直流驱动自动光圈接口使用 4 个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负。 电子快门 ：是比照照相机的机械快门功能提出的一个术语，它相当于控制 CCD 图像传感器的感光时间。 自动增益控制：摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即 0.7VPP ，为了能在不同的景物照度条件下都能输出 0.7VPP 的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称 AGC 电路。 自动光圈接口 ：目前在市场上见到的标准 CCD 摄像机大都带有驱动自动光圈镜头的接口，有些可同时提供两种驱动方式（视频驱动、直流驱动）视频驱动方式是指摄像机将视频信号电动机转动；直流驱动方式则是指摄像机内部增加了镜头光圈电动机的驱动电路，可以直接输出直流控制电压到镜头内的光圈电动机并使其转动。一般视频驱动自动光圈接口使用 3 个针，即电源正、视频、接地；而直流驱动自动光圈接口使用 4 个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负。 电子快门 ：是比照照相机的机械快门功能提出的一个术语，它相当于控制 CCD 图像传感器的感光时间。 自动增益控制 ：摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平，即 0.7VPP ，为了能在不同的景物照度条件下都能输出 0.7VPP 的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称 AGC 电路。 背光补偿 ：也称作逆光补偿或逆光补正，它可以有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。 线锁定同步 ：是一种利用交流电源来锁定摄像机场同步脉冲的一种同步方式。当图像出现因交流电源造成的网波干扰时，将此开关拨到线锁定同步（ L 、 L ）的位置，就可以消除交流电源的干扰。 白平衡与黑平衡 ：白平衡是彩色摄像机的重要参数，它直接影响重现图像的彩色效果，当摄像机的白平衡设置不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不带色彩的景物也着上了颜色。黑平衡也是彩色摄像机的一个重要参数，它是指摄像机在拍摄黑色景物或者盖上镜头盖时，输出的 3 个基本电平应相等，使在监视器屏幕上重现出纯黑色。 水平相位调整 ：水平相位（ HP ）也称作行相位，它与彩色副载波具有严格的锁定关系。 垂直相位调整 ：也称作场相位，它与行相位也具有严格的锁定关系，主要是用于保证正确的电视扫描规律。 镜头 ：镜头是电视监控中必不可少的部件，镜头与 CCD 摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的 CCD 靶面上。镜头的种类繁多，从焦距上分类，可以分为短焦距、中焦距、长焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可以分为广角、标准、远摄镜头；从结构上分类，还可以分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（光圈、焦距、聚焦这三者均可）等类型。 摄像机基本设置 1) AGC ON/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像。开关在 OFF 时，在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。 (2) ATW ON/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 图像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，图像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，而且图像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) BLC ON/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； LL 为电源同步。有些摄像头还有一个 LL PHASE 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（ VIDEO LEVEL L/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，联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，需要用户根据说明书上的标注，用烙铁焊好。由于厂家定义不同，所以焊法也有区别，请安装时留意。 (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像。为克服此现像，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。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，会产生拖尾现像，严重影响图像质量。有些摄像头给出了手动电子快门，使 CCD 的电荷偶合速度固定在某一值，例如 1/500 、 1/1000 、 1/2000 秒等等，此时 CCD 的电荷偶合速度提高，这样采集下来的图像相对来说会减少拖尾现像，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。 摄像机常用术语 1. 像素大小(Pixel Size) 指个别感应像素的实际尺寸大小，不论是长或宽，都以μm(Micrometer)为计量单位。像素愈大，则所需曝光成像时间较短，但却会牺牲些许空间分辨率。反之，像素愈小，则需较久的曝光成像时间，成像之后的影像分辨率，则较好。 2. AE(Auto Exposure)︰结合AGC及IRIS马达控制的使用，使摄影机能在很宽广的光线条件下使用。AGC能在很低亮度的条件下放大视讯信号，而IRIS能在高亮度下降低光线进入摄影机，马达光圈控制能被CCD IRIS控制所取代。 3. AGC (Automatic Gain Control) ︰一种电路能自动地调整视讯信号的电子放大，来补偿因照明亮度位阶的改变。 4. Aspect Ratio︰表示影像的长宽比例，标准TV影像是4:3，宽视野是16:9。 5. ATW(Auto Tracking White Balance) ︰在ATW模式下，白平衡会依被照体的色温不同一直被连续调整。 6. Backlight Compensation︰在AE模式下的一种特别补偿功能。当背景太亮或是物体太暗时背光补偿功能就会去修改自动曝光的动作使得物体更清晰。 7. Bayonet Mount︰一种摄影机的mount，介于镜头后面mounting面和摄影机的CCD面的距离: 有38mm 或 48mm。 8. C-mount︰一种摄影机 的mount，在镜头后面mounting面到摄影机的CCD面距离为 17.526mm是聚焦清楚的。 17.526mm是聚焦清楚的。 9. CCD (Charge Coupled Devices) ︰个别光感应组件(称为Pixels)组合成矩阵或线形式的半导体装置，光学镜头把影像聚在此Sensor上，每一个Pixels累积和光成正比的电荷，然后传送读出。输出矩阵大小是感光元矩阵的一半就是interlace模式CCD，如是相同大小就是Progressive Scan CCD。 10.CCD IRIS︰CCD Camera的电子快门的特别操作模式。快门Timing自动调整来维持相同视讯输出准位会降低摄影机Sensitivity。可使固定光圈镜头应用在光线变化环境下，常会和AGC功能一起使用。 11. EIA(Electronics Industries Association) ︰ 黑白视讯标准，每个Frame有525条线及2个交错图场，每秒有30 Frames。NTSC的黑白版本常以RS-170 表示。 12.CCIR︰欧规黑白标准视讯信号，每个Frame有625条扫瞄线及2个交错图场，每秒有25 Frames，PAL的黑白版本。 13. NTSC (National Television System Committee)：彩色信号标准，主要使用在美国、日本 。NTSC每张影像使用525条扫瞄线，每秒30个Frames，每个Frame是由2个图场以 Interlace方式构成。 14.PAL (Phase Alternation Line) ：彩色讯号标准，欧洲是先驱使用者，也被使用在世界其它地方。PAL每张影像有625条扫瞄线，每秒有25 Frames，每个Frame是由2个图场以Interlace方式构成。 15. Composite Sync：把HD及VD组合成一个信号，常用在黑白系统中作同步或Genlock之用。 16.景深 (Depth of Field) ：最近和最远点之间的距离能聚焦清楚，受镜头焦距长及光圈大小影响。降低焦距长及光圈缩小，景深就会增加。 17.数字讯号处理 (DSP) ：摄影机内的动作，感光Sensor输出讯号在被显示及传送前必须被处理。一般处理的步骤有讯号放大﹐Gamma校正﹐Black Level校正﹐边缘加强﹐彩色处理﹐彩色平衡﹐彩色校正﹐输出讯号编码。影像质量是非常依赖这些处理器的精确性及稳定性。 18.电子快门(Electronic Shutter) ︰CCD Camera操作模式，积分时间可以缩短，不需任何机械装置被用来降低抓取快速移动物体产生的模糊现象。 19.图场 (Field) ：TV影像的一半，由奇数线或偶数线组成。NTSC/EIA讯号规格是每秒60个262.5扫瞄线的图场。PAL/CCIR讯号规格是每秒50个312.5扫瞄线的图场。奇/偶图场对再合组成Frame。 20. Frame：一个完全的TV影像，由两个交错扫瞄的图场所构成。NTSC/EIA规格每秒有30张Frame，每个Frame有525扫瞄线。PAL/CCIR规格每秒有25张Frame，每个Frame有625扫瞄线。 21. Field / Frame Integration：在CCD交错扫瞄输出中两种不同画素(Pixels)读出的技术以积分时间说明，Field积分时间(16.6ms NTSC / EIA或20ms PAL / CCIR) ，Frame积分时间(33.3ms NTSC / EIA 或40ms PAL / CCIR) 。在Field Integration 2条相邻的Pixels同时以一个Pixel输出。所以全部CCD是以图场(Field) 输出，达到更高影像输出，但降低了垂直分辨率。现在此模式大部份应用在抓取高速移动影像。在Frame Integration Pixels是个别读出的，在2 个图场(Field)后，全部CCD读出，全部垂直分辨率可以达到。Progressive Scan CCD 只能在Frame Integration下操作。 22. Gain：讯号的电子放大功能。 23. Gamma：为补偿Video Monitor CRT非线性问题面对摄影机输出讯号所作的校正法则。典型的Gamma值是0.45，它会使CRT的影像亮度呈现线性。 24. Genlock：同步一组讯号和另外一组讯号的电路称之为Genlock。有3种形式Genlock: V-lock﹐HV-lock及Full-color。V-lock是用在从一台B/W或Color电源切换到另一台。HV-lock是用在B/W摄影机的全同步，需要HD+VD输入，同步输入或复合VS视讯讯号输入。Full Color Genlock 是用在影像要混合但色彩不衰减情形下，它需要VBS复合视讯输入。 25. HD (Horizontal Drive) ：用在由外部Source来同步摄影机线扫瞄速率的讯号，大部分和VD一起用在黑白摄影机应用。 26. IEEE 1394：一种为高速数据传输的数字网络接口。目前速度频宽有200Mb/s及400Mb/s，800Mb/s正在规划中。IEEE 1394是一种介于计算机及Audio / Video产品的理想接口，因为它具备以低价位传送及时数据的能力，稳定及使用方便的特色。 27. Interlace Scanning：一种扫瞄方法。半数的扫瞄线被扫成一个图场 (奇数线) ，另外一半扫瞄线被扫成另一个图场 (偶数线) 。当影像Refresh Rate高于25/30 frame/sec时，交错扫瞄并不适用。 28. IT (Interline Transfer) ：是CCD传送的一种方法，把被感光画素的电荷立刻传送到旁边的不曝光垂直读出区。IT装置是容易制造且比FT (Frame Transfer)便宜，常用在工业及消费用的摄影机上。 29. Long -term Integration：特殊摄影机模式，类似照相机上B快门设计，CCD积分一段长的(可自己定义) 周期，达到高的Sensitivity。物体必须静止不动，外部摄影机控制及Frame Memory是必须一起配合使用。 30. Minimum Illumination：指摄影机调到最大的Gain，镜头光圈全开下能达到视讯输出准位的50%或100%的最小光量。 31. 暗电流(Dark Noise Current) ：在某特定工作温度的条件下，遮蔽CCD的感应器，使其避免任何光源的照射或感光，而经由感测组件本身产生的电荷数(Electrons)。噪声值的大小，以特定温度，每秒产生的电荷数为主要单位。 32. 输出噪声(Readout Noise) ：CCD正常工作时，除了真正有效的输出讯号外，因其它因素造成而随之输出的电荷数，皆称之。 33. 量子效益(Quantum Efficiency) ：直接进入或投射在感测组件上的光子总数(Photons) ，与被传感器换成电荷数的比率，通常用百分比(%)来表示。 34. 电位井容量(Fall-well Capacity) ：每个图素所有容纳的电荷总数量。数目愈多，影像的动态范围(Dynamic Range)愈大；更能表现影像上，任何微小明暗度的变化。 35. MTF (Modulation Transfer Function) ：定义镜头的分辨率能力。大部分镜头在光圈开口中间位置时MTF是最佳的。 36. ND Filter (Neutral Density Filter) ：加在镜头前面来降低进入光线量的滤镜，它对彩色没有影响。 37. NF Mount：一种摄影机Mount，从镜头后面Mounting面到摄影机的CCD面有12mm聚焦距离。 38. Progressive Scan：一种新的CCD设计，能同时抓取奇﹑偶图场。Progressive Scan在高速应用下能提供全部垂直分辨率输出。 39. Restart / Reset：一种特殊模式，当CCD在读出周期时，由外面触发讯号终止，然后重新开始同步读出。 40. RS-232C：计算机上顺序的(Serial)数据传输，可用来控制摄影机功能。 41. S /N (Signal To Noise Ratio) ：常以dB为单位表示，是正常讯号输出和电子讯号内的噪声比。 42. Square Pixel：用来判定CCD Sensor的Pixel中心和中心是否有水平和垂直等距离。当影像由Non-square pixel sensor抓取时，需要作软件校正才能达到正确影像几何。 43. 模拟数字化(Analog To Digital) ：是CCD摄影机输出影像讯号的格式。早期所制定的标准型的CCD，多采用模拟讯号输出。目前各厂商，则陆续推出内建模拟转数字(ADC)电路的数字化摄影机。摄影机所能提供的影像灰阶度，则取决于A/D转换电路的位数。譬如，8位摄影机，可提供28=256灰阶影像输出，而10位，则代表1024灰阶度表现力，依此类推。 44. 频谱特性(Spectral Characteristics) ：CCD传感器对外界不同波长的光，对应的响应系数(Responsibility)或感应强度。一般常见的摄影机最佳频谱特性，多半座落于可见光范围，即400~800nm。 45. Strobe Synchronization ：此功能设计来抓取快速移动物体，在黑暗的环境下打闪光以获得全Frame影像。此项功能需和影像卡搭配使用。 46. VBS (Video+Burst+Sync) ：复合视讯讯号，包括彩色信息。 47. VS (Video+Sync) ：复合黑白视讯讯号，常用作在黑白系统的Genlock信号。 48. VD (Vertical Drive) ：经由外部来源来同步摄影机图场速率的信号，经常和HD一起应用在黑白系统中。 49. WB (White Balance) ：在彩色摄影机，白平衡是调整CCD彩色差别数值讯号的手续，所以影像中由特殊光源所照明白色物体，显示成白色或灰色 (即没彩度)。摄影机不像是人的眼睛会自动寻找，它是绝对量测装置，它的彩色平衡必须调整去适应反射光源的色温。 50. Y / C (Also Called S-Video) ：视讯讯号分离成Luminance及Chrominance 2部分输出的讯号，可以得到较高影像分辨率，接头是4pin Mini-DIN。 |
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