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摄像机参数及性能指标浅谈

来源: 深圳市华伟达科技有限公司

2011/1/5 22:19:26 2224

摄像机的常见参数

  • CCD尺寸
    一般常见的CCD靶面尺寸有1/4"、1/3",1/2"、2/3",因1"靶面价格较贵而使用不多。CCD靶面越大,其成像效果也越好。
  • CCD厂商
    指所用的CCD制造商,市面上常见的CCD制造商为SONY和SHARP。
  • 成像制式
    目前摄像机都支持PAL和NTSC这两种制式。
  • 分辨率
    摄像机的分辨率主要指的是CCD靶面的分辨率,以扫描线的多少来表示,目前常见的有420线(25万至38万像素之间)、480线、520线、580线。分辨率越高(线数越高),成像效果越好,但价格也就越贵。
  • 照度
    指CCD靶面的照度值。照度是反映光照强度的一种单位,其物理意义是照射到单位面积上的光通量,照度的单位是每平方米的流明(lm)数,也叫做勒克斯(lux): 1lux=1lm/m2。其中,lm是光通量的单位,其定义是纯铂在熔化温度(约1770℃)时,其1/60m2的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。在摄像机参数规格中常见的zui低照度,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。

摄像机的常见参数

  • 清晰度
    清晰度数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zui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。清晰度是由摄像器件像素多少决定的,显然摄像器件的像素越多,得到的图像越清晰,反之也然。清晰度越高,说明摄像机档次越高,反之越低。
  • zui低照度
    zui低照度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。一般彩色摄像机的zui低照度为2~3lux,照度的测定是以一定的镜头光圈系数为前提。因此,不能只看摄像机说明书中标明的zui低照度,应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。zui低照度越小,摄像机档次越高。相对于彩色摄像机而言,黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱(亮度)信号敏感,所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低,一般可做到0.1lux(F1.4),至于微光摄像机则更低。视频信号的标称值为1Vp-p,标准值为0.7Vp-p,zui低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植。所以摄像机在zui低照度时的图像,决不会“如同白昼一样”。另外,摄像机在zui低照度时产生的图像清晰度,是用电视信号测试卡进行测式的,其黑白相间的条纹,要求黑色反射率近于0%,白色反射率大于89.9%。而我们在现场观察时有时不具备这样的条件,比如:树叶和草地的反射率很低,反差很小,就不易获得清晰图像。因此实际使用当中不能以摄像机标称的zui低照度作为衡量现场环境照度的标准。
  • 信噪比
    所谓信噪比(Signal-to-Noise Ratio)指的是信号电压对于噪声电压的比值,通常用符号S/N来表示。由于在一般情况下,信号电压远高于噪声电压,比值非常大,因此,实际计算摄像机信噪比的大小通常都是对均方信号电压与均方噪声电压的比值取以10为底的对数再乘以系数20,单位用dB表示。信噪比也是摄像机的一个重要的性能指标。当摄像机摄取较亮场景时,监视器显示的画面通常比较明快,观察者不易看出画面中的干扰噪点;而当摄像机摄取较暗的场景时,监视器显示的画面就比较昏暗,观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱(也即干扰噪点对画面的影响程度)与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系,即摄像机的信噪比越高,干扰噪点对画面的影响就越小。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摄像机信噪比的典型值一般为45dB~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。
  • 自动增益控制
    所有摄象机都有一个将来自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,需利用摄象机的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)电路去探测视频信号的电平,适时地开关AGC,从而使摄象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象机的灵敏度,从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。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。
  • 背景光补偿
    背景光补偿(BackLight Compesation,BLC)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。通常,摄象机的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,背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。
    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。
    当背景光补偿为开启时,摄象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。
  • 电子快门
    快门是镜头前阻挡光线进来的装置,一般而言快门的时间范围越大越好。电子快门(Electronic SHUTTER)是对比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。
  • 白平衡
    物体的颜色会因投射光线的颜色而产生改变,在不同光线的场合下拍摄出的照片会有不同的色温,例如以钨丝灯照明的环境拍出的照片可能偏黄。CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变,所以通过白平衡的修正,它会按目前画像中图像特质,立即调整整个图像红绿蓝三色的强度,以修正外部光线所造成的误差。白平衡(White Balance)只用于彩色摄象机,其用途是实现摄象机图像能反映景物状况,有手动白平衡和自动白平衡两种方式。
    自动白平衡(Automatic White Balance,AWB)有分为连续白平衡和自动控制白平衡。连续白平衡也称为自动跟踪白平衡(Automatic Tracking White Balance,ATW),是随着景物色彩温度的改变而连续地调整,范围为2800~6000K。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zui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,如场景大部分是蓝天白云或夕阳等高色温物体及场景比较昏暗的场合下,连续的白平衡不能产生*的彩色效果。自动控制白平衡(Automatic White Balance Control,AWC),需要先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色参考目标,然后将通过菜单或开关设置从手动改变为自动方式,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象机的存储器中,直至再次执行被改变为止,其范围为2300~10000K,在此期间,即使摄象机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡zui为和可靠,适用于大部分应用场合。
    手动白平衡关闭自动白平衡,通过手动调节红色或蓝色调整装置,以改变红色或蓝色状况,一般可调等级多达107个,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,有的摄象机还有将白平衡固定在3200K(白炽灯水平)和5500K(日光水平)等档次命令。
  • 同步方式
    摄像机的同步方式一般有内同步、电源同步和外同步。内同步(INT)是利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。电源同步(Line Locked),也称之为线性锁定或行锁定,是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步,即摄象机和电源零线同步。外同步(EXT)利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。同步信号可以是彩色复合视频或黑色突法信号(VBS)、黑白复合视频或复合同步信号(VS),也可以是如矩阵等外部设备的复用垂直驱动信号(VD2)和复合视频输出信号。

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