摄像机相关知识

摄像机基础知识基础知识介绍

第一节 概述

摄像机的组成

摄像头

镜头

模拟摄像机的工作原理被摄物体反射光线，传播到镜头， 被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到摄像机 CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周 芯片上， 根据光的强弱积聚相应的电荷， 芯片上 根据光的强弱积聚相应的电荷 期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、 期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、 放大处理， 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。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD 视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、 家用摄像机的视频输出是一样的， 机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像 或接到电视机上观看。 或接到电视机上观看。模拟 像机 BNC视频输出 A/D转换 (模拟)通过编 码器等

网络传输

光信号 网络摄像机 摄像机内部 信号处理(数字)

CCD的介绍 由于CCD的技术生产工艺复杂，目前 的技术生产工艺复杂， 由于 的技术生产工艺复杂 业界只有索尼 飞利浦、柯达、松下、 索尼、 业界只有索尼、飞利浦、柯达、松下、富士 和夏普6家厂商可以批量生产， 和夏普6家厂商可以批量生产，而其中最主 索尼， 要的供商应是索尼 飞利浦和柯达，其中， 要的供商应是索尼，飞利浦和柯达，其中， 在各厂商市占率方面，索尼以50%的市占率， 在各厂商市占率方面，索尼以 %的市占率， 成为市场领导厂商。索尼从70年代研发 年代研发ccd 成为市场领导厂商。索尼从 年代研发 以来， 以来，即将其广泛运用在摄录放影机及广播 索尼的 电视等专业用摄影机等器材上，目前索尼 电视等专业用摄影机等器材上，目前索尼的 研发水平仍是领先于其它公司之上

插播CCD与CMOS的差别

CCD与CMOS的处理原理 CCD(Charge Coupled Device电荷耦合器件)用受光单元(光电二极管)把光转换为电荷，然后把电荷进行 垂直和水平传送，然后用输出放大器把电荷转换为电压输出。 接力式结构。受光单元称为像素。

此“放大器”成为制约图像处理速度的“瓶颈 瓶颈”。所有电荷单 瓶颈 一通道输出，数据量大的时候会发生信号“拥堵”。民用级 产品使用单CCD无法满足高清数据的需要

CCD与CMOS的处理原理 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体 )CMOS将光转换为电荷的部分与CCD相同，但并不传送 转换过的电荷，而是立即将其转换为电压。

注：主要是CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声。

CCD与CMOS的对比类型 历史 发展 特

点 优势 CCD1969年在贝尔试验室研制成功 从初期的10多万像素已经发展 至800万像素

CMOS上世纪80年代发明 由于工艺制程的技术不高，以 至在应用中的杂讯较大，商品 化进程一直较慢

噪点小，灵敏高，动 态良好，长期以来一 直是主流成像芯片

省电、响应速度快、 反应驱动速度快，可 以轻易达到高像素的 要求

劣势

成品率较低、价格贵、 成像质量不佳等特点 耗电多，集成化程度 正逐渐被克服 不高

第二节 摄像机基础知识 摄像机主要参数

1、CCD尺寸 CCD尺寸 2、CCD像素 CCD像素 3、水平分辨率 4、最低照度 5、扫描制式

6.信噪比 6.信噪比 7、自动增益控制 8、背光补偿 9、宽动态 10、白平衡 10、 11.色温 11.色温

1、CCD/CMOS尺寸 、 尺寸 即摄象机靶面。目前采用的芯片大多数为 即摄象机靶面。目前采用的芯片大多数为1/3″和 和 1/4″。在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格 。在购买摄像头时， 要求的时候，靶面的大小， 要求的时候，靶面的大小，靶面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。 接影响视场角的大小和图像的清晰度。在相同的光学镜 头下，成像尺寸越大，视场角越大。 头下，成像尺寸越大，视场角越大。镜头规格(英寸) 镜头规格(英寸) 靶 面 靶 面 尺 寸 对角线长 (mm) ) H(水平) (水平) V(垂直) (垂直) 1/4 1/3 1/2 2/3 1

4.5

6

8

11

16

3.6

4.8

6.4

8.8

12.8

2.7

3.6

4.8

6.6

9.6

CCD尺寸 备注 尺寸 事实上我们现在所接触到的CCD尺寸的说法是参考传统 尺寸的说法是参考传统 事实上我们现在所接触到的 摄像机内的真空摄像管的对角线长短来衡量的。 摄像机内的真空摄像管的对角线长短来衡量的。出现之前， 在CCD出现之前，摄像机是利用一种叫作“光导摄像管(Vidicon Tube)” 出现之前 摄像机是利用一种叫作“光导摄像管( ) 的成像器件感光成像的，这是一种特殊设计的电子管，其直径的大小， 的成像器件感光成像的，这是一种特殊设计的电子管，其直径的大小，决 定了其成像面积的大小。因此， 定了其成像面积的大小。因此，人们就用光导摄像管的直径尺寸来表示不 同感光面积的产品型号。 出现之后， 同感光面积的产品型号。CCD出现之后，最早被大量应用在摄像机上，也 出现之后 最早被大量应用在摄像机上， 就自然而然沿用了光导摄像管的尺寸表示方法， 就自然而然沿用了光导摄像管的尺寸表示方法，进而扩展到所有类型的图 像传感器的尺寸表示方法上。 像传感器的尺寸表示方法上。

例如，型号为“ 例如，型号为“1/1.8”的CCD或CMOS,就表示其成像面积与一根直径为 的

或 ， 1/1.8英寸的光导摄像管的成像靶面面积近似。 英寸的光导摄像管的成像靶面面积近似。 英寸的光导摄像管的成像靶面面积近似

从实际情况来说， 从实际情况来说，CCD/CMOS成像靶面的对角线长度大约相当于光导摄像 成像靶面的对角线长度大约相当于光导摄像 管直径长度的2/3 。 管直径长度的

镜头与摄像机 镜头规格须与摄像机匹配为佳， 镜头规格须与摄像机匹配为佳，如果镜头尺寸与摄 像机CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要 靶面尺寸不一致时， 像机 靶面尺寸不一致时 求，或者发生画面在焦点以外等问题大尺寸的镜头用在小尺寸的CCD上，一般说问题尚不严重(减小了视角 上 一般说问题尚不严重 减小了视角 减小了视角) 大尺寸的镜头用在小尺寸的镜头成像面 镜头成像面 CCD靶面

CCD靶面

12.7mm

但是 小尺寸的镜头用在大尺寸的CCD时，则肯定不可行 .就会影响成像。(表现为 就会影响成像。( 小尺寸的镜头用在大尺寸的 时 就会影响成像。(表现为 成像画面四周被镜筒遮挡) 成像画面四周被镜筒遮挡)

插播镜头

水平视场角图例

水平视场角图例

水平视场角镜头规格一定的情况下，镜头焦距越长， 镜头规格一定的情况下，镜头焦距越长，其镜头的视场角就越小 ； 在镜头焦距一定的情况下，镜头规格越大， 在镜头焦距一定的情况下，镜头规格越大，其镜头的视场角也越大

镜头种类 · 广角镜头：视角 度以上，焦距可小于几毫米，观察范 广角镜头：视角90度以上 焦距可小于几毫米， 度以上， 围较大，近处图像有变形。 围较大，近处图像有变形。 · 标准镜头：视角 度左右，又称中距镜头，使用范围较 标准镜头：视角30度左右 又称中距镜头， 度左右， 英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为1 CCD摄象机中 广(在1/2英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为1 2 mm ,在1 英寸CCD摄象机中， CCD摄象机中 /3英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为 8 mm )。 · 长焦镜头：视角 度以内，焦距可达几十毫米或上百毫 长焦镜头：视角20度以内 度以内， 米。 变焦镜头：镜头焦距连续可变， · 变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长 焦距越长成像越大。 焦，焦距越长成像越大。 · 针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙 针孔镜头：用于隐蔽观察， 壁等地方。 壁等地方。

镜头的安装CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准， CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。 摄象机的镜头安装有两种工业标准 安装座和CS安装座。 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。 两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。 CS-mount: 图像传感器到镜头之间的距离应为 ： 图像传感器到镜头之间的距离应为12.5 mm C-mount: 图像传感器到镜头之间的距离应为 ： 图像传感器到镜头之间的距离应为17.5 mm 一个5 的垫圈(C/CS 连接环 可用于将 镜头转换为 镜头 连接环) 可用于将C镜头转换为 镜头转换为CS镜头 一个 mm的垫圈 的垫圈 C-mount是最初的标准，而CS-mount是对其的升级，该升级可降低制造成本 是最初的标准， 是对其的升级， 是最初的标准 是对其的升级 并减小传感器尺寸 C型安装的摄像机可用 型镜头，但CS安装的摄像机不能使用 型镜头 型安装的摄像机可用CS型镜头 安装的摄像机不能使用C型镜头 型安装的摄像机可用 型镜头， 安装的摄像机不能使用

镜头的光结构分类

光圈： 光圈：控制进入镜头的光通量 聚焦：使被摄物体在 聚焦：使被摄物体在CCD靶面上成清晰像 靶面上成清晰像 变焦：光学变倍，看近景(广角 望远Tele) 变焦：光学变倍，看近景(广角Wide)或远景 望远 )或远景(望远

镜头的光结构分类结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手 结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头， 动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变(光圈、 动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变(光圈、 焦距、聚焦均可变 均可变) 焦距、聚焦均可变)镜头 1固定光圈定焦镜头 固定光圈定焦镜头简单：镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环， 简单：镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环，左右旋转该环可使成像在 CCD 靶面上的图像最清晰，没有光圈调整环，光圈不能调整， 靶面上的图像最清晰，没有光圈调整环，光圈不能调整，进入镜头的光通量不能通 过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照度来调整。结构简单，价格便宜。 过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照度来调整。结构简单，价格便宜。

2 手动光圈定焦镜头手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，光圈范围一般从 手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，光圈范围一般从F1.2 到全关闭， 或F1.4到全关闭，能方便地适应被被摄现场地光照度，光圈调整是通过手动人为进 到全关闭 能方便地适应被被摄现场地光照度， 行的。光照度比较均匀，价格较便宜。 行的。光照度比较均匀，价格较便宜。

3 自动光圈定焦镜头在手动光圈定焦

镜头的光圈调整环上增加一个齿轮合传动的微型电机， 在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个齿轮合传动的微型电机，并从驱动 芯屏蔽线， 电路引出 3或4芯屏蔽线，接到摄像机自动光圈接口座上。当进入镜头的光通量变化 或 芯屏蔽线 接到摄像机自动光圈接口座上。 靶面产生的电荷发生相应的变化，从而使视频信号电平发生变化， 时，摄像机 CCD 靶面产生的电荷发生相应的变化，从而使视频信号电平发生变化， 产生一个控制信号，传给自动光圈镜头， 产生一个控制信号，传给自动光圈镜头，从而使镜头内的电机做相应的正向或反向 转动，完成调整大小的任务。 转动，完成调整大小的任务。

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