电视监控系统的前端设备通常由摄像机、手动或电动镜头、云台、防护罩、xxx、报警探测器和多功能解码器等部件组成,它们各司其职,并通过有线、无线或光纤传输媒介与中心控制系统的各种设备建立相应的联系(传输视/音频信号及控制、报警信号)。在实际的电视监控系统中,这些前端设备不一定同时使用,但实现监控现场图像采集的摄像机和镜头是必不可少的。
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。由于MOS图像传感器的分辨率和低照度等到主要指标暂时还比不上CCD图像传感器,因此,在电视监控系统中使用摄像机仍为CCD摄像机。
摄像机具有黑白和彩色之分,由于黑白摄像机具有高分辨率、低照度等优点,特别是它可以在红外光照下成像,因此在电视监控系统中,黑白CCD摄像机仍具有较高的市场占有率。
1、黑白CCD摄像机几个主要的参数
在电视监控系统中选择摄像机,一般要看几个主要的参数,即分辨率、{zd1}照度和信噪比等,另外还要考虑摄像机的附带功能及价格和今后服务等因素。以下对摄像机的几个主要参数作一介绍:
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尺寸,早期的CCD尺寸比较大,为lin、2/3in和1/2in等几种,因而近年来用于电视监控摄像机的CCD尺寸以1/3in为主流。
像素数指的是摄像机CCD传感器的{zd0}像素数,有些给出了水平及垂直方向的像素数,如500H*582V,有些则组出了前两者的乘积值,如30万像素。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。例如,在电视监控摄像机中使用的CCD传感器的像素有的已达到48万像素。
分辨率: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(应比摄像机的分辨率高)上能够看到的最多线数。当超过这一线数时,屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。工业监视用摄像机的分辨率通常在380~460线之间,广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。
低照度:低照度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。测定此参数时,还应特别注明镜头的{zd0}相对孔径。例如,使用F1.
2的镜头,当被景物的光亮度值低到0. 04lx时,摄像机输出的视频信号幅值为{zd0}幅值的50%,即达到350mV(标准视频信号{zd0}幅起来
700mV),则称此摄像机的{zd1}照度为0.04lx/F1.2。被摄景物的光亮度值再低,摄像要输出的视频信号的幅值就达不到350mV了,反映在监视器的屏幕上,将是一屏很难分辨出层次的、灰暗的图像。
信噪比及伽玛校正系数: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,一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC(自动增益控制)关闭时的值,因为当AGC接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45~55dB。测量信噪比参数时,应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上。伽玛校正系数前面提到的γ值,其典型值为γ=0.
45。现行摄像机大都采用了固定的γ值。
2、黑白CCD摄像机的附带功能
除了上述介绍的基本参数外,各品牌的摄像机大都还有一些附带的功能,如自动光圈接口、电子快门、自动增益控制、逆光补偿、线锁定同步及外同步等,下面简要介绍一下:
电动光圈接口: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,其中有些只提供一种驱动方式(通常为视频驱动方式),也就是说,它只能配接VD型的自动光圈镜头,有些则可同时提供两种驱动方式(视频驱动和直流驱动)供用户选择,因此,它可以配接任何自动光圈镜头。这里,视频驱动(Video
Driver,简称VD)方式是指摄像机将视频信号电平输出到自动光圈镜头的内部,再由其内部的驱动电路输出控制电压,使镜头光圈调整电动机转动。直流驱动(DC
Driver,简称DD)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,因此,具有直流驱动接口的摄像机的成本就稍许高一些(因为增加了一部分电路),但所选配的自动光圈镜头则因其内部不含有驱动电路而体积稍小一些,价格也就低一些。
不同品牌及型号的摄像机所带自动光圈接口的位置及形式是不xx一样。一般摄像机的自动光圈接口设置在机身的后面板上,但也有一些则设在机身的侧面。图2-1示出几种不同形式的自动光圈的接口,其中阴式方四孔接口最为常见,但不同摄像机对其各针脚的定义又不xx相同。一般视频驱动自动光圈接口使用3个针,即电源、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。若同时具有两种光圈驱动方式,则具体将该接口定义为VD还是DD驱动方式,须由另外的拨动开关来选择,也有的由摄像机盖板内视频处理板上不同的插座位置来选择,并在出厂前设定一种方式(如NATURE的NV-434CA摄像机),还有的干脆在摄像机机身侧面及后面板上直接设定两个不同的自动光圈接口。
电子快门:电子快门(Electronic
Shutter)是比照照相机的机械快门功能提出一个术语,它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累,则感光时间越长,信号电荷的积累时间就越长,输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间(即调整时钟脉冲的宽度),即可实现控制CCD感光时间的功能。
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。具有AGC功能的摄像机,在低照度时的灵敏度会有所提高,但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。
背光补偿:背光补偿(Back-light
Compensation)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。当引入背光补偿功能时,摄像机仅对整个视场的一个子区域(如从第80行~
200行的中心区域)进行检测,通过求此区域的平均信号电平来确定AGC电路的工作点。由于子区域的平均电平很低,AGC放大器会有较高的增益,使输出视频信号的幅值提高,从而使监视器上的主体画面明朗。此时的背景画面会更加明亮,但其与主体画面的主观亮度差会大大降低,整个视场的可视性得到改善。
线锁定同步:线锁定同步(LINE
LOCK)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(LL)的位置,就可xx交流电源的干扰。
3、如何选择彩色CCD摄像机
白平衡:
把拍摄白色物体时摄像机输出的红、绿、蓝三基色信号电压
UR=UC=UB的现象称为白平衡。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(如白色墙壁)也着上了颜色。
黑平衡:
也是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个基色电平应相等,使在监视器屏幕上重现出黑色。广播档摄像机都有黑平衡调整电路,但在电视监控系统中,一方面要求现示的图像尽可能清晰、明快,另一方面又考虑到黑平衡对人眼视觉的影响远不如白平衡对人眼视觉影响那样强烈,因此电视监控用摄像机一般不设黑平衡调整电路。
(本文根据同行的资料以及下相关技术文献内容,整理监控用CCD摄像机相关资料,作为初进入该行业人士的参考.)