一、攝像機的分類    按光電轉換器件可分為光電導攝像管、固體光電傳感器CCD、互補金屬氧化物半導體CMOS。
二、CCD攝像機
1、定義
CCD是電荷耦合器件（Charge Coupled Device)的簡稱，它能夠將光線變為電荷并將電荷存儲及轉移，也可將存儲的電荷取出使電壓發生變化，因此是理想的攝像機元件。以其構成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊之特性而被廣泛應用。
2、分類
(1)按成像色彩劃分
u         彩色攝像機：適用于景物細部辨別，如辨別衣服或景物的顏色。因有顏色而使信息量增大，信息量一般認為是黑白攝像機的10倍。
u         黑白攝像機：用于光線不足地區及夜間無法安裝照明設備的地區，在僅監視景物的位置或移動時，可選用分辨率通常高于彩色攝像機的黑白攝像機。
(2)按分辨率劃分
u         低檔型：25萬像素左右、彩色分辨率為330線、黑白分辨率400線左右。
u         中檔型：25～38萬像素之間、彩色分辨率為420線、黑白分辨率在500線上下。
u         高檔型：38萬像素以上、彩色分辨率大于或等于480線、黑白分辨率600線以上。
(3)按靈敏度劃分
u         普通型：正常工作所需照度為1～3 LUX。
u         月光型：正常工作所需照度為0.1 LUX左右。
u         星光型：正常工作所需照度為0.01 LUX以下。
u         紅外照明型：原則上可以為零照度，采用紅外光源成像。

夏日陽光下	100,000 Lux
陰天室外	10,000 Lux
電視臺演播室	1,000 Lux
黃昏室內	10 Lux
室內日光燈	100 Lux
夜間路燈	0.1 Lux

(4)按攝像元件CCD靶面的大小劃分

    攝像元件CCD靶面的大小分為1 英寸、2/3英寸、1/2 英寸、1/3 英寸、1/4 英寸等，其中以1/3 英寸和1/2 英寸最為常見，1/5 英寸靶面的CCD 正在開發中。

CCD尺寸	水平（mm）	垂直（mm）	對角線（mm）
1英寸	12.7	9.6	16
2/3英寸	8.8	6.6	11
1/2英寸	6.4	4.8	8
1/3英寸	4.8	3.6	6
1/4英寸	3.2	2.4	4

3、主要技術性能

(1)清晰度

    清晰度數是衡量攝像機優劣的一個重要參數，它指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監視器上能夠看到的最大線數。當超過這一線數時，屏幕上只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。

工業監視用攝像機的分辨率通常在380～460 線之間。

清晰度是由攝像器件像素多少決定的，攝像器件的像素越多，清晰度越高，攝像機的檔次越高。

(2)最低照度

最低照度是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規定值時的景物光亮度值。

一般彩色攝像機的最低照度為2～3 Lux，照度的測定是以在一定的鏡頭光圈系數為前提，因此，不能只看攝像機說明書中標明的最低照度。最低照度越小，攝像機檔次越高。

相對于彩色攝像機而言，黑白攝像機由于沒有色度處理而只對光線的強弱（亮度）信號敏感，所以黑白攝像機的照度比彩色攝像機照度要低，在F1.4 時一般可做到0.1 Lux，至于微光攝像機則更低。

(3)信噪比

    信噪比也是攝像機的一個重要的性能指標。當攝像機攝取較亮場景時，監視器顯示的畫面通常比較明快，觀察者不易看出畫面中的干擾噪點；而當攝像機攝取較暗的場景時，監視器顯示的畫面就比較昏暗，觀察者此時很容易看到畫面中雪花狀的干擾噪點。干擾噪點的強弱與攝像機信噪比指標的好壞有直接關系，即攝像機的信噪比越高，干擾噪點對畫面的影響就越小。

    信噪比是信號電壓對于噪聲電壓的比值，通常用符號S/N 來表示。由于在一般情況下，信號電壓遠高于噪聲電壓，且比值非常大。因此，實際計算攝像機信噪比的大小，通常都是對均方信號電壓與均方噪聲電壓的比值取以10 為底的對數再乘以系數20，單位用dB表示。

    一般攝像機給出的信噪比值均是在自動增益控制關閉時的值，因為當增益接通時，會對小信號進行提升，使得噪聲電平也相應提高。CCD 攝像機信噪比的典型值一般為45～55dB。測量信噪比參數時，應使用視頻雜波測量儀直接連接于攝像機的視頻輸出端子上。

(4)自動增益控制（AGC）

    所有攝象機都有一個將來自 CCD 的信號放大到可以使用水準的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝象機的AGC電路去探測視頻信號的電平，適時地開關AGC，從而使攝象機能夠在較大的光照范圍內工作，此即動態范圍，即在低照度時自動增加攝象機的靈敏度，從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。具有AGC 功能的攝像機，在低照度時的靈敏度會有所提高，但此時的噪點也會比較明顯，這是由于信號和噪聲被同時放大的緣故。

(5)背光補償（BLC）

    也稱作逆光補償或逆光補正，它可以有效補償攝像機在背光環境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。通常，攝象機的AGC 工作點是通過對整個視場的內容作平均來確定的，但如果視場中包含一個很亮的背景區域和一個很暗的前景目標，則此時確定的AGC 工作點有可能對于前景目標是不夠合適的，背光補償有可能改善前景目標顯示狀況。

    當引入背光補償功能時，攝像機僅對整個視場的一個子區域進行檢測，通過求此區域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由于子區域的平均電平很低，AGC放大器會有較高的增益，使輸出視頻信號的幅值提高，從而使監視器上的主體畫面明朗。此時的背景畫面會更加明亮，但其與主體畫面的主觀亮度差會大大降低，整個視場的可視性得到改善。

    當背光補償為開啟時，攝象機僅對整個視場的一個子區域求平均來確定其AGC 工作點，此時如果前景目標位于該子區域內時，則前景目標的可視性有望改善。

(6)電子快門（ES）

電子快門是對比照相機的機械快門功能提出一個術語，它相當于控制CCD 圖像傳感器的感光時間。由于CCD 感光的實質是信號電荷的積累，感光時間越長，則信號電荷的積累時間就越長，輸出信號電流的幅值也就越大。通過調整光信號電荷的積累時間（即調整時鐘脈沖的寬度），即可實現控制CCD 感光時間的功能。

當電子快門關閉時，對NTSC 攝像機，其CCD累積時間為1/60 秒；對于PAL 攝像機，則為1/50 秒。當電子快門打開時，對于NTSC 攝像機，其電子快門以261 步覆蓋從1/60 秒～1/10000 秒的范圍；對于PAL 攝像機，其電子快門以311 步覆蓋從1/50 秒～1/10000 秒的范圍。

當電子快門速度增加時，在每個視頻場允許的時間內，聚焦在CCD 上的光減少，結果將降低攝像機的靈敏度，然而，較高的快門速度對于觀察運動圖像會產生一個“停頓動作”效應，這將大大地增加攝像機的動態分辨率。

(7)白平衡（WB）

白平衡只用于彩色攝象機，其用途是實現攝象機圖像能精確反映景物狀況，有手動白平衡和自動白平衡兩種方式。

自動白平衡分為連續白平衡和自動控制白平衡。

連續白平衡也稱為自動跟蹤白平衡，是隨著景物色彩溫度的改變而連續地調整，范圍為2800～6000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是最適宜的，使色彩表現自然，但對于景物中很少甚至沒有白色時，如場景大部分是藍天白云或夕陽等高色溫物體及場景比較昏暗的場合下，連續的白平衡不能產生最佳的彩色效果。

自動控制白平衡需要先將攝象機對準諸如白墻、白紙等白色參考目標，然后將通過菜單或開關設置從手動改變為自動方式，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現白色為止，在白平衡被執行后，將自動方式開關撥回手動位置以鎖定該白平衡的設置，此時白平衡設置將保持在攝象機的存儲器中，直至再次執行被改變為止，其范圍為2300～10000K，在此期間，即使攝象機斷電也不會丟失該設置。

(8)同步方式

攝像機的同步方式一般有內同步、電源同步和外同步。內同步（INT）是利用攝象機內部的晶體振蕩電路產生同步信號來完成操作。電源同步（LL），也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝象機的交流電源來完成垂直推動同步，即攝象機和電源零線同步。外同步（EXT）利用一個外同步信號發生器產生的同步信號送到攝象機的外同步輸入端來實現同步。

同步信號可以是彩色復合視頻或黑色突法信號（VBS）、黑白復合視頻或復合同步信號（VS），也可以是如矩陣等外部設備的復用垂直驅動信號（VD2）和復合視頻輸出信號。

4、技術發展趨勢

(1)CCD傳感器的像面尺寸向集成化、輕量化、高像素、多制式發展

    制造CCD 傳感器的硅片和加工成本很高。由于光刻機的進步，所以在仍保持具有很高靈敏度的特性下，CCD 傳感器的尺寸向1/2 英寸、1/3 英寸、1/4 英寸、1/5 英寸的方向發展。

    各種CCD 傳感器的像面尺寸在減少，但其像素數在增加，已由早期的512（H）×596（V）向795（H）×596（V）發展，甚至出現超過百萬像素的CCD 傳感器。為提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已從通常的隔行掃描向逐行掃描格式發展。

(2)降低CCD 傳感器的工作電壓、減少功耗

    在初期研制的CCD 攝像機有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合PC攝像機和網絡圖像傳輸的應用，逐步以+12V和+5V兩種工作電壓為主。

(3)提高CCD 攝像機的制造效率

    為了降低CCD 攝像機的制造成本，實現高速自動化生產，制造廠家追求緊密性結構，致力于CCD 攝像機的小型化。到目前為止，已實現多層板的多芯片集成模組化制造技術（MCM）。

(4)CCD 攝像機的數字化

在制造CCD 攝像機時，從以往的Analog 模擬系統逐步實現DSP 數字化處理，可以借助電子計算機和專門軟件系統實現對CCD 攝像機，特別是對彩色CCD 攝像機的各種參數的量化調整，可以確保CCD 攝像機性能指標的優化一致性以及在特殊使用條件下的參數量化修改。

 

三、CMOS攝像機

CMOS傳感器是一種通常比CCD傳感器低10倍感光度的傳感器。因為人眼能看到1Lux照度（滿月的夜晚）以下的目標，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。CMOS傳感器的感光度一般在6～15Lux的范圍內，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像那就是一個圖案。因為CMOS傳感器在10Lux以下基本沒用，因此一般只用于非常低端的家庭安全方面。

CMOS傳感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產生的電子轉變成電壓信號，比CCD傳感器要快10到100倍。因此使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，高幀速度能達到400～2000幀/秒。這個優點對于眺望高速移動的物體非常有用。但由于沒有高速的數字訊號處理器，所以市場上只有很少的高速攝像機，且一般價格都非常高。

　　CMOS傳感器可以將所有邏輯和控制環都放在同一個硅芯片塊上，可以使攝像機變得簡單并易于攜帶，因此CMOS攝像機可以做得非常小。

　　CMOS攝像機盡管耗能同樣或者高于CCD攝像機，但是CMOS傳感器使用很少的圓環如CDS、TG和DSP環，所以同樣尺寸的總能量消耗比CCD攝像機減少了1/2到1/4。

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