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CCD是電荷藕合器件（Charge Couple Device）的簡(jiǎn)稱(chēng),它能夠將攝入光線(xiàn)轉變?yōu)殡姾刹⑵鋬Υ�、轉移，把成像的光信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵�，完成光電轉移功能，因此是理想的攝像元件。CCD攝像機就是以其構成的一和中微型圖像傳感器。 1.1 CCD攝像機的特點(diǎn) CCD攝像機具有體積小、重量輕、靈敏度高、壽命長(cháng)、抗振動(dòng)及不受電磁干擾等特點(diǎn)。這也正是CCD攝像機比以前的攝像管式攝像機具有的最大優(yōu)點(diǎn)。 衡量CCD攝像機性能的技術(shù)指標主要有以下幾個(gè)方面: �。�1）清晰度 ：一般多指水平清晰度。電視監控系統水平清晰度要求彩色攝像機在300線(xiàn)以上，黑白攝像機在350線(xiàn)以上。 (2)靈敏度(也稱(chēng)最低照度):靈敏度用“勒克斯',（Lx）表示。如某一攝像機的最低照度為0.1lx,其靈敏度一般0.1lx以上的攝像機為普通型;0.1lxi以下的攝像機為星、月光級高靈敏度型,也稱(chēng)作電子增感攝像機或夜視型攝像機 。 (3)信噪比:攝像機的圖象信號與它的噪聲信號之比，用S/N表示。S表示攝像機在假設元噪聲時(shí)的圖像信號值，N表示攝像機本身產(chǎn)生的噪聲值(比如熱噪聲）,二者之比即為信噪比,用分貝(dB)表示。信噪比越高越好，典型值為46dB。 (4)視頻輸出:一般用輸出信號電壓的峰一峰值表示，多為1Vp-p～1.2Vp-p,即1V～1.2V峰-峰值負極性輸出，且為750復合視頻信號,采用BNC接頭(同步頭朝下)。 (5)CCD靶面尺寸:常見(jiàn)的CCD攝像機靶面大小分為： 1英寸----靶面尺寸為寬12.7mm×高9.6mm,對角線(xiàn)16mm。 2/3英寸----靶面尺寸為寬8.8mm×高6.6mm,對角線(xiàn)11mm。 1/2英寸----靶面尺寸為寬6.4mm×高4.8mm,對角線(xiàn)8mm。 1/3英寸----靶面尺寸為寬4.8mm×高3.6mm,對角線(xiàn)6mm。 1/4英寸----靶面尺寸為寬3.2mm×高2.4mm,對角線(xiàn)4mm。 CCD攝像機靶面小,將能降低成本,因此1/3英寸及以下的攝像機將占據越來(lái)越大的市場(chǎng)份額。 除了上述幾種技術(shù)指標外,攝像機的供電電源分為直流和交流兩種供電型式，常見(jiàn)的交流供電電壓有,110V和24V,直流供電電壓有24V,12V和9V。攝像機與鏡頭接口形式有C/CS型之分。掃描制式基本有兩種AL-B和NTSC。 另一個(gè)值得重視的指標是同步方式�，F代的CCD攝像機,大多采用相位可調線(xiàn)路鎖定的同步方式,即以交流電源頻率(50Hz)作為用于垂直同步的參考值而代替了攝像機的內同步發(fā)生器。在切換攝像機輸出時(shí),圖像元滾動(dòng),不會(huì )造成畫(huà)面失真。此外還有一個(gè)外部調整的相位控制(±90％),所以可獲得非常精確的同步。 1.2 攝像機鏡頭的分類(lèi)和技術(shù)特性 1.2.1 以鏡頭安裝方式分類(lèi) 與普通照相機所用卡口鏡頭不同,所有攝像機的鏡頭均是螺紋口的,CCD攝像機的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標準,即C安裝座和Cs安裝座。兩者之螺紋部分相同,都是1英寸32牙螺紋座,直徑均為25.4mm。不同之處在于C安裝座從鏡頭安裝基準面到焦點(diǎn)的距離是17.526mm;Cs安裝從鏡頭安裝基準面到焦點(diǎn)的距離則為12.5mm。如果要將一個(gè)C安裝座鏡頭裝到一個(gè)CS安裝座攝像機上時(shí),則需要使用鏡頭轉換器,即C/CS調節圈。 1.2.2 以鏡頭視場(chǎng)大小分類(lèi) 標準鏡頭:視角300左右,當鏡頭焦距近似等于攝像靶面對角線(xiàn)長(cháng)度時(shí),則定為該機的標準鏡頭。在2/3英寸CCD攝像機中,標準鏡頭焦距定為16mm,在1/2英寸CCD攝像機中,標準鏡頭焦距定為12mm,在1/3英寸CCD攝像機中,標準鏡頭焦距定為8mm。 廣角鏡頭:視角550以上,焦距可小到幾毫米,能提供較寬廣的視景。 遠攝鏡頭:視角200以?xún)?焦距可達幾十厘米、幾十分米,這種鏡頭可在遠距離情況下將拍攝的物體影像放大,但觀(guān)察范圍將縮小。 變焦鏡頭:又稱(chēng)伸縮鏡頭,有手動(dòng)變焦和電動(dòng)變焦兩類(lèi),可對所監視場(chǎng)景的視場(chǎng)角及目標物進(jìn)行變焦距攝取圖像,適合長(cháng)距離變化觀(guān)察和攝取目標。變焦鏡頭的特點(diǎn)是:在成像清晰的情況下,通過(guò)鏡頭焦距的變化來(lái)改變圖像大小與視場(chǎng)大小。 針孔鏡頭:鏡頭端頭直徑僅幾毫米,可隱蔽安裝。針孔鏡頭或棱鏡鏡頭適用于有遮蓋物或有特殊要求的環(huán)境中,此時(shí)標準鏡頭或容易受損、或容易被發(fā)現,采用針孔鏡頭或棱鏡鏡頭可滿(mǎn)足類(lèi)似特殊要求,比如在工業(yè)窯爐及精神病院等場(chǎng)所。 1.2.3 以鏡頭光圈分類(lèi) 鏡頭有手動(dòng)光圈和自動(dòng)光圈之分,手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度變化較小場(chǎng)所,自動(dòng)光圈鏡頭因光照度發(fā)生大幅度變化時(shí),其光圈亦作自動(dòng)調整,可提供必要的動(dòng)態(tài)范圍,使攝像機產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的視頻信號,故適合于亮度變化較大場(chǎng)所。自動(dòng)光圈有兩類(lèi):一類(lèi)是通過(guò)視頻信號控制鏡頭光圈,稱(chēng)為視頻輸入型,另一類(lèi)是利用機上直流電壓直接控制光圈,稱(chēng)為DC輸入型。 1.2.4 從鏡頭焦距上分類(lèi) 短焦距鏡頭:因入射角較寬,故可提供一個(gè)較寬闊的視景。 中焦距鏡頭:即標準鏡頭,焦距的長(cháng)度視CCD靶面的尺寸而定。 長(cháng)焦距鏡頭:因人射角較窄,故僅能提供一個(gè)狹窄的視景,適用于遠距離監視。 1.2.5 焦距和視場(chǎng)角 焦距是從透鏡中心到一個(gè)平面的距離,在此平面可產(chǎn)生一個(gè)目標物之清晰影像,通常用焦距值f表示。鏡頭焦距f、鏡頭到目標物的距離d、視野H×V之間的關(guān)系如圖1所示。 由此可知,鏡頭的焦距與視場(chǎng)角的大小成反比,即焦距越長(cháng),視場(chǎng)角越小;焦距越短,視場(chǎng)角越大。 1.2.6 相對孔徑和光圈 鏡頭的相對孔徑是鏡頭的人射膛D與焦距f之比,它是決定鏡頭通光能力的重要指標。式F=f/D表示,即光圈數。F值越小,頭上均標有其最大的F值,如6mm/F1.距f為6mm,最大孔徑為4.29mm。對孔徑的平方成正比,對孔徑就應是原來(lái)的在倍,倍。在鏡頭的標環(huán)上常標有1.4、2、2.8、4、5.16、22等檔。 另一個(gè)值得注意的是景深問(wèn)題,像機通過(guò)鏡頭,除了能把一還使該景物前后一面上,這段范圍叫做景深。物距有關(guān),焦距越短景深越大,距越近,景深越小。 2 CCD攝像機與鏡頭的選配原則 2.1 CCD攝像機的選用原則 CCD攝像機與鏡頭的選用原則是根據使用場(chǎng)合、監視對象、目標距離、安裝環(huán)境及監視目的來(lái)選擇所需的攝像機。 一般來(lái)講,在保證攝像系統可靠性及基本質(zhì)量的前提下盡可能采用中低檔次的攝像機和鏡頭,這一方面可以節省投資,另一方面,通常檔次越高的設備由于其造價(jià)高產(chǎn)量必然較少，故相對來(lái)說(shuō)可靠性指標比之中低檔次產(chǎn)品要低，而維護使用的費用及技術(shù)水平卻要求較高。作為電視監控系統不能像電視臺那樣配備水平較高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，因操作的限制，高檔次設備得不到高質(zhì)量畫(huà)面的例子屢見(jiàn)不鮮的。 彩色攝像機能辨別出景物或衣著(zhù)的顏色，適合觀(guān)察和辨認目標細節,但造價(jià)較高,清晰度較低，若進(jìn)行宏觀(guān)監視,目標場(chǎng)景色彩又較為豐富,此時(shí)最好采用彩色攝像機。從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，彩色攝像機應用比重越來(lái)越大。 黑白攝像機清晰度較高，靈敏度也高于彩色攝像機，但沒(méi)有色彩 體現，所以在照度不高,目標沒(méi)有明顯的色彩標志和差異，同時(shí)又希望較清晰地反映出目標下,應選用黑白攝像機。 球形攝像機,是科學(xué)技術(shù)發(fā)展滲透到安全防范領(lǐng)域的代表之一,它是集CCD攝像機、變焦鏡頭、全方位去臺及解碼驅動(dòng)器于一體的新型攝像系統,其在性能方面已實(shí)現了云臺的高速及無(wú)級變速運動(dòng)、鏡頭變焦及光圈的精確預置、程序式的多預置設定,甚至運動(dòng)過(guò)程中的焦功能，從而使攝像系統具備自動(dòng)巡視和部分自動(dòng)跟蹤功能，從單純的功能型向智能型轉變。 球形攝像機近年來(lái)被廣泛地應用在賓館、醫院、娛樂(lè )場(chǎng)所、營(yíng)業(yè)場(chǎng)所及室外等領(lǐng)域,尤其是行為與場(chǎng)景需要特別關(guān)注之處。 帶視頻移動(dòng)檢測報警功能的攝像機應用在銀行、博物館、軍事重地等領(lǐng)域,具有更有效、更完美的優(yōu)勢。 2.2 CCD攝像機與鏡頭的配合原則 在選擇CCD攝像機與鏡頭的配合時(shí),首先要明確機械接口是否一致,盡量選用同一種工業(yè)標準的接口,以免給安裝帶來(lái)麻煩,其次要求鏡頭成像規格與攝像機CCD靶面規格一致,即鏡頭標明的為1/3英寸,則選用攝像機的規格也應為1/3英寸。否則不能相互配合。例如:使用1/3英寸攝像機,還勉強可以裝備1/2英寸鏡頭,此時(shí)攝像系統顯現的視場(chǎng)角要比鏡頭標明的視角小很多;但反過(guò)來(lái)把1/2英寸鏡頭用于2/3英寸攝像機時(shí),則圖像就不能充滿(mǎn)屏幕,圖像邊緣不是發(fā)黑就是發(fā)虛。 當確定了攝像點(diǎn)位置后,就可根據監視目標選擇合適的鏡頭了。選擇的依據是監視的視野和亮度變化的范圍,同時(shí)兼顧所選攝像機CCD靶面尺寸。視野決定使用定焦鏡頭還是變焦鏡頭,變焦選擇倍數范圍。亮度變化范圍決定是否使用自動(dòng)光圈鏡頭。 無(wú)論選用定焦鏡頭還是變焦鏡頭都要確定焦距,為了獲得最佳的監視效果,一般都應根據工程條件進(jìn)行計算,根據計算結果選用標稱(chēng)焦距的鏡頭,當標稱(chēng)焦距鏡頭的焦距與計算結果相差較大時(shí),應調查攝像機的安裝位置,再核算直至滿(mǎn)意為止。攝像機與被監視目標有公式(1)。 f=v×d/V(1) 式中 f 為計算焦距; V 為視場(chǎng)高; v 為像場(chǎng)高(即CCD靶面高); d 為物距。 例如:某CCD攝像機采用1/3英寸靶面,用以監視商場(chǎng)收銀臺,有效范圍為2m×2m,攝像機安裝于距收銀臺7m處,該攝像機需配多大焦距鏡頭? 利用式(1)有:v=3.6mm V=2m d=7m 因此:f=3.6×7/2=12.6mm 故可采用標稱(chēng)焦距為12mm的定焦鏡頭。變焦鏡頭焦距的計算與定焦鏡頭一樣,只要最大和最小焦距能滿(mǎn)足視野要求即可。 一般來(lái)說(shuō),監視固定目標應該選用定焦鏡頭。對于具有一定空間范圍,兼有宏觀(guān)和微觀(guān)監視要求,需要經(jīng)常反復監視恒、沒(méi)有同時(shí)監視要求的場(chǎng)合,宜采用變焦鏡頭并配合云臺,否則盡量采用定焦鏡頭。在需要秘密監視或特殊應用場(chǎng)合,針孔(棱形)鏡頭可輕而易舉地達到監控目的。
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