CCD攝像機(jī):
1. 什么是CCD攝像機(jī)?
CCD是Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導(dǎo)體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
2. CCD攝像機(jī)的工作方式
被攝物體的圖像經(jīng)過(guò)鏡頭聚焦至CCD芯片上,CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷,各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控制下,逐點(diǎn)外移,經(jīng)濾波、放大處理后,形成視頻信號(hào)輸出。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
3. 分辨率的選擇
評(píng)估攝像機(jī)分辨率的指標(biāo)是水平分辨率,其單位為線對(duì),即成像后可以分辨的黑白線對(duì)的數(shù)目。常用的黑白攝像機(jī)的分辨率一般為380-600,彩色為380-480,其數(shù)值越大成像越清晰。一般的監(jiān)視場(chǎng)合,用400線左右的黑白攝像機(jī)就可以滿足要求。而對(duì)于醫(yī)療、圖像處理等特殊場(chǎng)合,用600線的攝像機(jī)能得到更清晰的圖像。
4. 成像靈敏度
通常用zui低環(huán)境照度要求來(lái)表明攝像機(jī)靈敏度,黑白攝像機(jī)的靈敏度大約是0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色攝像機(jī)多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機(jī)用于普通的監(jiān)視場(chǎng)合;在夜間使用或環(huán)境光線較弱時(shí),推薦使用0.02Lux的攝像機(jī)。與近紅外燈配合使用時(shí),也必須使用低照度的攝像機(jī)。另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關(guān),0.97Lux/F0.75相當(dāng)于2.5Lux/F1.2相當(dāng)于3.4Lux/F1.
5.參考環(huán)境照度:
夏日陽(yáng)光下 100000Lux 陰天室外 10000Lux
電視臺(tái)演播室 1000Lux 距60W臺(tái)燈60cm桌面 300Lux
室內(nèi)日光燈 100Lux 黃昏室內(nèi) 10Lux
20cm處燭光 10-15Lux 夜間路燈 0.1Lux
6. 電子快門
電子快門的時(shí)間在1/50-1/100000秒之間,攝像機(jī)的電子快門一般設(shè)置為自動(dòng)電子快門方式,可根據(jù)環(huán)境的亮暗自動(dòng)調(diào)節(jié)快門時(shí)間,得到清晰的圖像。有些攝像機(jī)允許用戶自行手動(dòng)調(diào)節(jié)快門時(shí)間,以適應(yīng)某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合。
7. 外同步與外觸發(fā)
外同步是指不同的視頻設(shè)備之間用同一同步信號(hào)來(lái)保證視頻信號(hào)的同步,它可保證不同的設(shè)備輸出的視頻信號(hào)具有相同的幀、行的起止時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)外同步,需要給攝像機(jī)輸入一個(gè)復(fù)合同步信號(hào)(C-sync)或復(fù)合視頻信號(hào)。外同步并不能保證用戶從時(shí)刻得到完整的連續(xù)的一幀圖像,要實(shí)現(xiàn)這種功能,必須使用一些特殊的具有外觸發(fā)功能的攝像機(jī)。
8. 光譜響應(yīng)特性
CCD器件由硅材料制成,對(duì)近紅外比較敏感,光譜響應(yīng)可延伸至1.0um左右。其響應(yīng)峰值為綠光(550nm),分布曲線如右圖所示。夜間隱蔽監(jiān)視時(shí),可以用近紅外燈照明,人眼看不清環(huán)境情況,在監(jiān)視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極,所以CCD對(duì)紫外不敏感。彩色攝像機(jī)的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條,所以彩色攝像機(jī)對(duì)紅外、紫外均不敏感。
9. CCD芯片的尺寸
CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等,成像尺寸越小的攝像機(jī)的體積可以做得更小些。在相同的光學(xué)鏡頭下,成像尺寸越大,視場(chǎng)角越大。 芯片規(guī)格 成像面大?。▽扻高) 對(duì)角線 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm。
什么是CMOS攝像機(jī)?和CCD攝像機(jī)有何不同? ?
答:CMOS傳感器是一種通常比CCD傳感器低10倍感光度的傳感器。
因?yàn)槿搜勰芸吹?Lux照度(滿月的夜晚)以下的目標(biāo),CCD傳感器通常能看到比人眼略好在0.1~3Lux,是CMOS傳感器感光度的3到10倍。
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CMOS傳感器的感光度一般在6到15Lux的范圍內(nèi),CMOS傳感器有固定比CCD傳感器高10倍的噪音,固定的圖案噪音始終停留在屏幕上好象那就是一個(gè)圖案,因?yàn)镃MOS傳感器在10Lux以下基本沒(méi)用,因此大量應(yīng)用的所有攝像機(jī)都是用了CCD傳感器,CMOS傳感器一般用于非常低端的家庭安全方面。
有2個(gè)例外,CMOS傳感器可以做得非常大并有和CCD傳感器同樣的感光度,CMOS傳感器非??焖?,比CCD傳感器要快10到100倍,因此非常適用于特殊應(yīng)用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高幀攝像機(jī)。
CMOS傳感器可以將所有邏輯和控制環(huán)都放在同一個(gè)硅芯片塊上,可以使攝像機(jī)變得簡(jiǎn)單并易于攜帶,因此CMOS攝像機(jī)可以做得非常小。
CMOS攝像機(jī)盡管耗能同樣或者高于CCD攝像機(jī),但是CMOS傳感器使用很少的圓環(huán)如CDS, TG和DSP環(huán),所以同樣尺寸的總能量消耗比CCD攝像機(jī)減少了1/2到1/4。
只有一個(gè)例外,敏通C系列攝像機(jī)只使用12伏特/65毫安電源,幾乎和CMOS攝像機(jī)一樣,但是具有好得多的影像質(zhì)量,C系列攝像機(jī)使用0.35um3.3伏特?cái)?shù)字訊號(hào)處理器,因此消耗非常少的能量(54C0,54C1,54C2,54C1,54C5,54C6)。所有其它公司生產(chǎn)的CCD攝像機(jī)的消耗12伏特/150到300毫安,因此比CMOS的5到12伏特和35到70毫安高出了2到4倍。
有趣的是,盡管CCD表示“電荷耦合器件”而CMOS表示“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”,但是不論CCD或者CMOS對(duì)于圖像感應(yīng)都沒(méi)有用,真正感應(yīng)的傳感器稱做“圖像半導(dǎo)體”,CCD和CMOS傳感器(暫且如此稱呼)實(shí)際使用的都是同一種傳感器“圖像半導(dǎo)體”,圖像半導(dǎo)體是一個(gè)P N結(jié)合半導(dǎo)體,能夠轉(zhuǎn)換光線的光子爆炸結(jié)合處成為成比例數(shù)量的電子。電子的數(shù)量被計(jì)算信號(hào)的電壓,光線進(jìn)入圖像半導(dǎo)體得越多,電子產(chǎn)生的也越多,從傳感器輸出的電壓也越高。
CCD稱為“電荷耦合器件” ,CCD實(shí)際上只是一個(gè)把從圖像半導(dǎo)體中出來(lái)的電子有組織地儲(chǔ)存起來(lái)的方法。
CMOS稱為“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”,CMOS實(shí)際上只是將晶體管放在硅塊上的技術(shù),沒(méi)有更多的含義。傳感器被稱為CMOS傳感器只是為了區(qū)別于CCD傳感器,與傳感器處理影像的真正方法無(wú)關(guān)。
CMOS傳感器不需要復(fù)雜的處理過(guò)程,直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào),因此就非???。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得CMOS傳感器對(duì)于高幀攝像機(jī)非常有用,高幀速度能達(dá)到400到2000幀/秒。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于眺望高速移動(dòng)的物體非常有用,然而由于沒(méi)有高速的數(shù)字訊號(hào)處理器,所以市場(chǎng)上只有很少的高速攝像機(jī)并一般價(jià)格都非常高,每個(gè)單位00到300,000。敏通生產(chǎn)的75幀CCD攝像機(jī)已經(jīng)比PAL TV標(biāo)準(zhǔn)的25幀/秒快了3倍,并且達(dá)到了CCD設(shè)備的物理極限。
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