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                      CCD攝像機與鏡頭的選用及配合

                      樓層直達
                      級別: 站長
                      CCD是電荷藕合器件(Charge Couple Device)的簡稱,它能夠將攝入光線轉變為電荷并將其儲存、轉移,把成像的光信號轉變為電信號輸出,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
                        CCD攝像機具有體積小、重量輕、靈敏度高、壽命長、抗振動及不受電磁干擾等特點。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點。
                        衡量CCD攝像機性能的技術指標主要有以下幾個方面:
                       。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線以上,黑白攝像機在350線以上。
                        (2)靈敏度(也稱最低照度):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的圖像信號值,N表示攝像機本身產生的噪聲值(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16mm。
                        2/3英寸----靶面尺寸為寬8.8mm×高6.6mm,對角線11mm。
                        1/2英寸----靶面尺寸為寬6.4mm×高4.8mm,對角線8mm。
                        1/3英寸----靶面尺寸為寬4.8mm×高3.6mm,對角線6mm。
                        1/4英寸----靶面尺寸為寬3.2mm×高2.4mm,對角線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越大的市場份額。
                        除了上述幾種技術指標外,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生器。在切換攝像機輸出時,圖像元滾動,不會造成畫面失真。此外還有一個外部調整的相位控制(±90%),所以可獲得非常精確的同步。
                        1.2 攝像機鏡頭的分類和技術特性
                        1.2.1 以鏡頭安裝方式分類
                        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的距離是17.526mm;Cs安裝從鏡頭安裝基準面到焦點的距離則為12.5mm。如果要將一個C安裝座鏡頭裝到一個CS安裝座攝像機上時,則需要使用鏡頭轉換器,即C/CS調節圈。
                        1.2.2 以鏡頭視場大小分類
                        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長度時,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以內,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,但觀察范圍將縮小。
                        變焦鏡頭:又稱伸縮鏡頭,有手動變焦和電動變焦兩類,可對所監視場景的視場角及目標物進行變焦距攝取圖像,適合長距離變化觀察和攝取目標。變焦鏡頭的特點是:在成像清晰的情況下,通過鏡頭焦距的變化來改變圖像大小與視場大小。
                        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境中,此時標準鏡頭或容易受損、或容易被發現,采用針孔鏡頭或棱鏡鏡頭可滿足類似特殊要求,比如在工業窯爐及精神病院等場所。
                        1.2.3 以鏡頭光圈分類
                        鏡頭有手動光圈和自動光圈之分,手動光圈鏡頭適合于亮度變化較小場所,自動光圈鏡頭因光照度發生大幅度變化時,其光圈亦作自動調整,可提供必要的動態范圍,使攝像機產生優質的視頻信號,故適合于亮度變化較大場所。自動光圈有兩類:一類是通過視頻信號控制鏡頭光圈,稱為視頻輸入型,另一類是利用機上直流電壓直接控制光圈,稱為DC輸入型。
                        1.2.4 從鏡頭焦距上分類
                        短焦距鏡頭:因入射角較寬,故可提供一個較寬闊的視景。
                        中焦距鏡頭:即標準鏡頭,焦距的長度視CCD靶面的尺寸而定。
                        長焦距鏡頭:因人射角較窄,故僅能提供一個狹窄的視景,適用于遠距離監視。
                        1.2.5 焦距和視場角
                        焦距是從透鏡中心到一個平面的距離,在此平面可產生一個目標物之清晰影像,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之間的關系如圖1所示。
                        由此可知,鏡頭的焦距與視場角的大小成反比,即焦距越長,視場角越小;焦距越短,視場角越大。
                        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,對孔徑就應是原來的在倍,倍。在鏡頭的標環上常標有1.4、2、2.8、4、5.16、22等檔。
                        另一個值得注意的是景深問題,像機通過鏡頭,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,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合、監視對象、目標距離、安裝環境及監視目的來選擇所需的攝像機。
                        一般來講,在保證攝像系統可靠性及基本質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高產量必然較少,故相對來說可靠性指標比之中低檔次產品要低,而維護使用的費用及技術水平卻要求較高。作為電視監控系統不能像電視臺那樣配備水平較高的專業技術人員,因操作的限制,高檔次設備得不到高質量畫面的例子屢見不鮮的。   彩色攝像機能辨別出景物或衣著的顏色,適合觀察和辨認目標細節,但造價較高,清晰度較低,若進行宏觀監視,目標場景色彩又較為豐富,此時最好采用彩色攝像機。從技術發展來看,彩色攝像機應用比重越來越大。
                        黑白攝像機清晰度較高,靈敏度也高于彩色攝像機,但沒有色彩 體現,所以在照度不高,目標沒有明顯的色彩標志和差異,同時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,是科學技術發展滲透到安全防范領域的代表之一,它是集CCD攝像機、變焦鏡頭、全方位去臺及解碼驅動器于一體的新型攝像系統,其在性能方面已實現了云臺的高速及無級變速運動、鏡頭變焦及光圈的精確預置、程序式的多預置設定,甚至運動過程中的焦功能,從而使攝像系統具備自動巡視和部分自動跟蹤功能,從單純的功能型向智能型轉變。
                        球形攝像機近年來被廣泛地應用在賓館、醫院、娛樂場所、營業場所及室外等領域,尤其是行為與場景需要特別關注之處。
                        帶視頻移動檢測報警功能的攝像機應用在銀行、博物館、軍事重地等領域,具有更有效、更完美的優勢。
                        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,首先要明確機械接口是否一致,盡量選用同一種工業標準的接口,以免給安裝帶來麻煩,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,此時攝像系統顯現的視場角要比鏡頭標明的視角小很多;但反過來把1/2英寸鏡頭用于2/3英寸攝像機時,則圖像就不能充滿屏幕,圖像邊緣不是發黑就是發虛。
                        當確定了攝像點位置后,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光圈鏡頭。
                        無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行計算,根據計算結果選用標稱焦距的鏡頭,當標稱焦距鏡頭的焦距與計算結果相差較大時,應調查攝像機的安裝位置,再核算直至滿意為止。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 為視場高;
                        v 為像場高(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足視野要求即可。
                        一般來說,監視固定目標應該選用定焦鏡頭。對于具有一定空間范圍,兼有宏觀和微觀監視要求,需要經常反復監視恒、沒有同時監視要求的場合,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合,針孔(棱形)鏡頭可輕而易舉地達到監控目的。
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