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    監控攝像機制造參數

    一、CCD的定義、結構與尺寸

      CCD是一種固體圖像傳感器,它是電荷耦合器件(Charge coupled device)的英文簡稱,是1970年美國貝爾實驗室的W·B·博伊爾(W·B·Boyle)和G·E·史密斯(G·E·Smith)等人研制出來的。

      CCD是在MOS晶體管的基礎上發展起來的,其基本結構是MOS(金屬—氧化物—半導體)電容結構(如圖1所示)。它是在半導體P型硅(si) 作襯底的表面上用氧化的方法生成一層厚度約100nm~150nm的Sio2,再在Sio2表面蒸鍍一層金屬(如鋁),在襯底和金屬電極間加上一個偏置電壓(稱柵電壓),就構成了一個MOS電容器。所以,CCD是由一行行緊密排列在硅襯底上的MOS電容器陣列構成的。

     

    CCD(包括CMOS感光元件)的面積是按其矩形對角線英寸長度為指標的。這和定義電視屏幕尺寸類似。一英寸是25.4毫米。1/3英寸、1/4都是指CCD對角線有多少分之一英寸長,分母小的其分數值就大,相應感光元件面積也大。

    如果既要增加像素又想保證持圖像質量,就必須在維持單個像素面積不縮水的前提下增大CCD的總面積。而大尺寸CCD加工制造技術要求高,成本也非常高。在選擇和評價CCD尺寸時,1/3英寸要比1/4英寸好一些。

    二、攝像機的鏡頭參數

    1/3" CCD 搭配鏡頭拍攝范圍的尺寸

    鏡頭焦距
    (毫米數)

    距離5米
    (寬×高)

    距離10米
    (寬×高)

    距離15米
    (寬×高)

    距離20米
    (寬×高)

    距離30米
    (寬×高)

    2.8mm

    13×9.8米

    26×19.5米

    39×29.3米

    52×39米

    78×58.5米

    3.6mm

    8.5×6.4米

    17×12.8米

    25.5×19米

    34×25.5米

    51×38.3米

    4mm

    8×6米

    16×12米

    24×18米

    32×24米

    48×36米

    6mm

    5.5×4.1米

    11×8.3米

    16.5×12.4米

    22×16.5米

    33×24.8米

    8mm

    3.5×2.6米

    7×5.3米

    10.5×7.9米

    14×10.5米

    21×15.8米

    12mm

    2×1.5米

    4×3米

    6××4.5米

    8×6米

    12×9米

    16mm

    1.5×1.1米

    3×2.3米

    4.5×3.4米

    6×4.5米

    9×6.8米

    25mm

    1.3×1米

    2.5×1.9米

    3.8×2.9米

    5×3.8米

    7.5×5.6米

    60mm

    0.5×0.4米

    1×0.75米

    1.5×1.1米

    2×1.5米

    3×2.3米

     &, lt;, SPAN style="FONT-FAMILY: '方正姚體'; FONT-SIZE: 12pt; FONT-WEIGHT: bold; mso-spacerun: 'yes'">備注:同樣毫米數的鏡頭搭配1/4"的CCD芯片拍攝的范圍和角度稍微窄一點,但是拍攝畫面中的物體看起來要大一點.表中的數據為水平方向的視場角度,如果攝像機裝在高處往低處監看時,視場角和拍攝范圍要稍微大一些,但拍攝畫面中的物體要稍微小一點。

    1.鏡頭的種類(根據應用場合分類) 

        廣角鏡頭:視角90度以上,觀察范圍較大近處圖像有變形。 

        標準鏡頭:視角30度左右,使用范圍較廣。 

        長焦鏡頭:視角20度以內,焦距可達幾十毫米或上百毫米。 

        變焦鏡頭:鏡頭焦距連續可變,焦距可以從廣角變到長焦,焦距越長則成像越大。 

        針孔鏡頭:用于隱蔽觀察,經常被安裝在如天花板或墻壁等地方。 

        2.相對孔徑 

        為了控制通過鏡頭的光通量的大小,在鏡頭的后部均設置了光圈。假定光圈的有效孔徑為d,由于光線折射的關系,鏡光實際有效的有效孔徑為D,比d大,D與焦距f之比定義為相對孔徑A,即A=D/f,鏡頭的相對孔徑決定被攝像的照度,像的照度與鏡頭的相對孔徑的倒數來表示鏡頭光圈的大小。F值越小,光圈越大,到達CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的情況下,F值越小,表示鏡頭越好。 

        3.鏡頭的焦距 

        1)定焦距:焦距固定不變,可分為有光圈和無光圈兩種。 

        有光圈:鏡頭光圈的大小可以調節。根據環境江照的變化,應相應調節光圈的大小。光圈的大小可以通過手動或自動調節,人為手工調節光圈的,稱為手動光圈。鏡頭自帶微型電機自動調整光圈的,稱為自動光圈。 

        無光圈:即定光圈,其通光量是固定不變的。主要用于光源恒定或攝像機自帶電子快門的情況。 

        2)變焦距:焦距可以根據需要進行調整,使被攝物體的圖像放大或縮小。常用的變焦鏡頭為六倍、十售變焦。 

        三可變和二可變鏡頭 

        三可變鏡頭:可調焦距、調聚焦、調光圈。 

        二可變鏡頭:可調焦調、調聚焦、自動光圈。 

        5.選擇攝像機原則 

        為了獲得預期的攝像效果,在選配鏡頭時,應著重注意六個基本要素: 

        A)被攝物體的大小 

        B)被攝物體的細節 

        C)物距 

        D)鏡頭焦距 

        E)CCD攝像機靶面的尺寸 

    F)攝像系統的分辨率 

    監控攝像機鏡頭焦距與實際照射距離的關系

    監視器顯示5m高物體為準 (只是為了形象說明,實際要看現場)

    #2.8即:F=2.8mm鏡頭,拍攝距離為1~4米, 拍攝角度為115°

         #3.6即: F=3.6mm拍攝距離為2~6米,      拍攝角度93°

    #6即F=6mm 拍攝距離為3~15米,           拍攝角度為53°

    #8即F=8mm 拍攝距離為4~20米,           拍攝角度為40°

    #12即F=12mm拍攝距離為5~25米,         拍攝角度為25°

    #16即F=16mm拍攝距離為5~30米,         拍攝角度為20°

    #25即 F=25mm拍攝距離為20~80米,       拍攝角度為15°

    三、攝像機的照度定義以及線數定義

    1.照度的定義

    從同一方向看,在給定方向上的任何表面的每單位投影面積上的光照強度(光度)。單位為英尺朗伯。亮度信號(Luminance signal):NTSC彩色電視信號中涉及場景照度或亮度的那部分信號。 照度(Luminosity)指物體被照亮的程度,采用單位面積所接受的光通量來表示,表示單位為勒克斯(Lux,lx) ,即 1m/m2 。 1 勒克斯等于 1 流明(lumen,lm)的光通量均勻分布于 1m2 面積上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量為標準,若傾斜照射則照度下降。

    2.不同環境照度的標準值

    表1

    天氣

    照度(LUX)

    晴天

    30000~300000

    陰天

    3000

    日出日落

    300

    月圓

    0.3~0.03

    星光

    0.0002~0.00002

    陰暗傍晚

    0.003~0.0007

    表2

    室內場所

    照度(LUX)

    生產車間

    10~500

    辦公室

    30~50

    餐廳

    10~30

    走廊

    5~10

    停車場

    1~5

    3.線數的定義

    攝像機拍攝的影音信號需要在電視上播放時,需要換算成與電視畫質相同的單位。而電視的畫面清晰度是以水平清晰度作為單位。通俗地說,我們可以把電視上的畫面以水平方向分割成很多很多“條”,分得越細,這些畫面就越清楚,而水平線數的數碼就越多。這個單位是“電視行(TVLine)”也稱。線的數量就稱為線數。線數越多,表明圖象越清晰。 

    四、紅外燈的角度以及與鏡頭的關系(包括陣列燈與普通燈的區別)

    紅外燈是不是視角越大越好?不論是制造商還是工程商想當然地認可這種說法,他們認為紅外燈發射視角越大,選用鏡頭的余地也就越大,選擇廣角鏡頭不會出現"手電筒"現象。所以說,大家都拼命地說自己的紅外燈的視角是如何之大。這種好像很有道理的說法其實是很不科學的。

    首先,使用大視角度的紅外燈配合小視角度的鏡頭,存在浪費現象。比如一盞紅外燈發光角度是80度(相當于f3.5mm鏡頭的角度),如果配合f35mm的鏡頭,那么會有相當部分的光是在鏡頭視場以外,也就是說部分紅外光浪費了。

    其次,并不是紅外燈的發射角度越大,畫面效果就越好。有的場合如果紅外燈角度過大,還會影響成像。比如走廊,因其“狹長”的特點,如果紅外燈的發射角度過大,則近處邊緣的成像就會太亮,形成“光幕”現象;遠處中心反而看不見,只有一片發白現象。

    總體而言,紅外燈的發射角度的問題既是選擇問題也是技術問題。不同焦距的鏡頭應選擇相適應發射角度的紅外燈。

    陣列紅外光源與普通紅外燈的區別:

    采用先進的紅外發光二極管陣列技術,此項技術都能帶來最佳的視覺效果和最清晰的監控畫面:更清、更廣、更遠,在任何同等可比的操作條件下,陣列紅外燈的性能和功效都比普通紅外燈組合要好。

    亮度高:單個陣列芯片的光學輸出約為1000mw ~ 3600mw,亮度約是常規單個LED的光學輸出5 ~ 15mw的100多個,照射距遠,清晰度高。

    體積?。宏嚵屑t外光源采用高度集成的LED陣列結構設計,所以在相同亮度指標下其體積比其他紅外夜視產品體積小很多。

    光線勻:陣列紅外燈發光體發光面為180°,通過特殊光學設計,可到15°~ 120°半功率角,將光線集中發出去。很好的解決了普通LED發光角度過小,無法均勻詹亮及夜視畫面形成的中間過亮而兩邊暗的“手電筒效應”。

    壽命長:陣列紅外光源采用散熱槽體結構設計,其壽命為小時,有效壽命小時,比普通的LED結構紅外燈壽命6000小時高九倍。

    效率高:普通紅外LED結構紅外燈的電光轉換率僅為10%左右,而陣列紅外燈采用特殊設計,電光轉換率提升25%。

    紅外燈的角度與鏡頭

    3.6MM鏡頭---看到1到3米左右(以看到面部為準),  角度是92度左右 

    4MM鏡頭-----看到3到5米左右(以看到面部為準),  角度是74度左右

    6MM鏡頭-----看到5到8米左右(以看到面部為準),  角度是55度左右

    8MM鏡頭-----看到8到10米左右(以看到面部為準), 角度是34度左右 

    12MM鏡頭----看到10到12米左右(以看到面部為準),角度是23度左右 

    五、攝像機安裝引起的問題以及根據環境選擇
    1、 攝像機前端一定要比后端低大約2-4CM左右,這樣安裝是為了白天陽光正面照射鏡頭,造成畫面白天反光,晚上燈光晚上過度曝光反白。同時這樣安裝亦改善鏡頭進光量,圖像清析度也提高了。 
    2、 3.6MM、4MM鏡頭紅外線攝像機, 上蓋前面離鏡頭主體不可以遮蓋1.5CM, 如超出了1.5CM可能造成晚上有光圈(光環), 朦朧, 圖像不清析,反白現像. 
    3、 6MM鏡頭紅外線攝像機,上蓋前面離鏡頭主體不可以遮蓋2CM, 如超出了2CM可能造成晚上有光圈(光環), 朦朧, 圖像不清析,反白現像. 
    4、 晚上圖像-邊圖像光,另-邊圖像暗。 畫面全白, 看不清物體, 朦朧, 這樣的問題要檢查: 攝像機前面或兩邊較近地方有沒有物體檔住紅外線反射回燈源。 
    5、 晚上有光圈(環) ,請先確定攝像機安裝位距離物體或墻身是否只有3米距離,如只有3米距離,處理辦法是把安裝位超過3米或改用紅外距離小一點攝像機(可選30米.15米) 
    6、 選購紅外燈攝像機要看環境來配置, 主要以下面幾點來釆購配
    1.  辦公場所20平方之內應選擇30米紅外, 如果要更好效果選擇低照度,不要選擇50米紅外以上,選擇太強紅外可能出現畫面物體過份反白。 
    2.  30米紅外線3.6MM鏡頭在室外環境不宜選用,應選擇50米,一定要用30米紅外3.6MM的,建議采用低照度紅外機。
    3.如果安裝環境比較光亮,例如攝像機監控生產線,燈光充足,那選槍型較好。 
    六、攝像機晚上出現雪花、發紅

    1. 電流不足原因導致雪花點產生.

    一些室外短距離用集中供電12V很方便,但如果是長距離則不宜采用開關電源來進行集中12V供電;因為一是長距離紅外燈發熱量大,12V供電的不穩定可能導致功率不夠;而且全部沒有內置散熱裝置在電流不穩定的情況下容易出現燒壞;二是電流衰減速度快,可能導致紅外燈沒能正常工作,在CCD照度比較高而得到不到紅外燈輔光,于是,雪花飄飄;三是電流不足,從而引起晚上的圖像發紅。

    2.   另外一個可能是,在室外比較多灰塵的情況下,特別是在野外,就有可能是攝像機里的紅外燈把肉眼看不到的細小的顆粒拍下來了,這在白天紅外燈不開啟的情況下,內眼及攝像機感覺不明顯的;這種是環境所然。

    附件:

    電視制式的定義與分類

      嚴格來說,彩色電視機的制式有很多種,例如我們經常聽到國際線路彩色電視機,一般都有21種彩色電視制式,但把彩色電視制式分得很詳細來學習和討論,并沒有實際意義。在人們的一般印象中,彩色電視機的制式一般只有三種,即NTSC、PAL、SECAM等三種彩色電視機的制式。 

      1.正交平衡調幅制——National Television Systems Committee,簡稱NTSC制。采用這種制式的主要國家有美國、加拿大和日本等。這種制式的幀速率為29.97fps(幀/秒),每幀525行262線,標準分辨率為720×480。 

      2.正交平衡調幅逐行倒相制——Phase-Alternative Line,簡稱PAL制。中國、德國、英國和其它一些西北歐國家采用這種制式。這種制式幀速率為25fps,每幀625行312線,標準分辨率為720×576。 

      3.行輪換調頻制——Sequential Coleur Avec Memoire,簡稱SECAM制。采用這種制式的有法國、前蘇聯和東歐一些國家。這種制式幀速率為25fps,每幀625行312線,標準分辨率為720×576。

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