什么是CCD摄像机?

ldjsld 2016-08-26

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CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

　　工作原理

　　(1) CCD摄像器件：其作用是进行光电转换，输出视频信号 (2) 时序脉冲发生器及驱动电路：其作用是产生CCD摄像器件进行光电转换、电荷存储、电荷转移和信号输出所需的各种脉冲信号，并践行放大输出 (3) 视频的采样与保持电路：其作用是消除CCD输出的视频信号(此信号在实践上市离散的，在幅度上是连续的)中，因信号电荷转移而产生的各种不应有的信号。经该电路处理，使视频信号变成数字的视频信号。 (4) 视频处理电路：该电路与摄像管式摄像机电路具有完全相同的特点，所涉及电路有钳位放大(clamper amplifier,CLAMPER AMP)、Y校正(Y CORRECT)、白电平切割(white clip, WHT CLIP)、消隐混合(blanking max, BLK MAX)、黑白平控制(PEDCONT
)、同步混合(SYNC)、输出激励(output driver)等电路。视频信号经视频处理电路处理后，形成标准的全电视信号。 (5) 同步信号发生器：这部分电路与摄像管式摄像机中的同步信号发生器的原理基本相同，主要产生视频处理电路所需的脉冲信号，它们是复合消隐脉冲(BLK)、复合同步脉冲(SYNC)、水平驱动信号HD、隔行脉冲(O/E)。但因CCD摄像机没有扫描电路，故不需要供扫描电路用的驱动脉冲。 (6) 电源变换电路：为简化CCD摄像机的供电，一般从外部只输入一种电源(12V)，而机内其他各种电压值的电源都由电源变换获得。

　　CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

　　CCD摄像机的工作方式

　　被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

　　分辨率的选择

　　评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为330- 480，其数值越大成像越清晰。一般的监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

　　成像灵敏度

　　通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合;在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。另外摄像的灵敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.

　　参考环境照度：

　　夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux

　　电视台演播室 1000Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux

　　室内日光灯 100Lux 黄昏室内 10Lux

　　20cm处烛光 10-15Lux 夜间路灯 0.1Lux

　　电子快门

　　电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。

　　外同步与外触发

　　外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像，要实现这种功能，必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。

　　光谱响应特性

　　CCD器件由硅材料制成，对近红外比较敏感，光谱响应可延伸至1.0um左右。其响应峰值为绿光(550nm)，分布曲线如右图所示。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、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。

　　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 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm

　　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(charge coupled deice)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之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、部受磁场影响、具有抗震东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：

　　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400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线上下的中档型

　　( 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，600线以上的高分辨率。

　　依摄像机灵敏度划分

　　( 1 )普通型：正常工作所需照度为1~31x

　　( 2 )月光型：正常工作所需照度为0.1x左右

　　( 3 )星光型：正常工作所需照度为0.01x以下