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北京北方合力科技有限公司 >> 行业资讯
监控专用摄像机技术及参数介绍
发布时间:[2008-2-25]
    摄像机是监控行业的领头羊,也是监控系统最关键的设备之一,它直接影响到图像的质量,始终是历次展览 次展会上的重头戏。摄像机的品种不断推陈出新,五花八门,式样繁多。

  1 摄像机的分类
  依摄像机采用技术分类有:
  (1)模拟式摄像机
  (2)具有数字处理功能的DSP摄像机
  (3)DV格式的数字摄像机

  依摄像机成像清晰度分类有:
  (1)彩色高分辨率型,752×582像素,480线
  (2)彩色标准分辨率型,542×582像素,420线
  (3)黑白标准分辨率型,795×596像素,600线
  (4)黑白低照度型,537×596像素,420线

   依摄像机成像光源分类有:
  (1)正常照度可见光摄像机
  (2)低照度摄像机
  1)采用双CCD作彩色黑白转换的日夜两用型。
  2)单CCD同轴多重型摄像机
  3)低速快门型摄像机,也称为帧累积型
  (3)夜视红外摄像机依摄像系统结构分有;

   依摄像系统结构分有:
  (1)分离结构组合式摄像系统(有长型和短型像机之分)
  (2)一体化球型摄像系统(最高水平如松下WV-CS850)
  (3)迷你型、半球型摄像系统
  (4)单板型摄像机
  (5)针孔隐蔽型摄像机、钮扣式摄像机(Button Camera)

  从技术上而言,围绕着摄像机的各种组成要素,包括摄像机的体积大小和外观、成像感应方式、分辨率、灵敏度、智能化程度(白平衡、逆光补偿、电子快门、同步方式、数字化处理、屏幕显示、自动增益等)、一体化水平、安装使用方式等诸多要素的千变万化,不断有新产品推出。当前,摄像机自身最突出的进步一是低照度和夜视性能大有长进,二是微型化方面进展迅速,三是网络传输功能大有提高。

   就安全防范系统而言,对摄像机的功能要求主要表现在下列三个方面:
  1.要有较宽的动态范围,以此来弥补逆光补偿功能之不足和设置摄像机的移动探测功能。便处在强背景光下的阴暗物体仍能清晰成像。
  2.具有低照度。使之既能在正常照度下成像,也能在低照度的场合成像,以实现全天候的监控。
  3.摄像机的图像能够直接远程传送或联网发送。

  2 摄像机技术上的进展
  彩色摄像机除了主要的技术指标外,为了在具体应用中获得最佳视觉效果,还设置有一系列的可调整功能。包括背景光补偿BLC、白平衡、可变电子快门AES、自动增益控制AGC、同步方式的选择等。作为全球最大CCD芯片供应商的索尼公司和松下公司,其技术进步为众人瞩目,特别是数字化CCD芯片的水平。

  1.Sony公司采用 Hyper HAD(Hole Accumulated Diode,空穴累积二极管)CCD技术,通过在每一个像素上精确安装的微型镜头OCL(On Chip Lens)把光线会聚到感光区域,使得Hyper HAD传感器有高灵敏度,使水平分辨率大为提高。成功地应用于像素值达到44万的1/3英寸彩色CCD摄象机SSC-Dcl8P之中,高分辨率 使之成为安全防范和监视系统专用的DSP摄像机。

  近期,Sony公司又推出了最新的Exwave HAD技术,并应用于SSC-334P摄像机之中。Exwave HAD摄像机的OCL拥有接近零间隙结构,消除了每个微型镜头拍摄时产生无影区域,这令小孔累积层接收到最大数量的光线,这样,Exwave HAD摄像机的感光度比Sony公司Hyper HAD摄像机整整高出二倍。另外,Exwave HAD摄像机能把多余光线折射到CCD表面垂直变换记录器造成的污染(smear)减至最小,现已减低至Hyper HAD摄像机1/50。因此Exwave HAD是一项把极佳感光度和减至极低的Smear Levels成功结合在一起的全新技术。Exwave HAD还包括了智能控制的数码后光补偿功能和超级自动增益控制AGC功能,令摄像机在低照度下也能产生清晰可见的图像。

  2.松下公司的超级动态技术
  对摄像机而言,若被摄图像同时包含明亮区域和较暗区域,此时传统的背景光补偿技术,只能使镜头的光圈对被摄物阴暗的部分进行调整,而被摄区明亮的部分由于光圈增大导致曝光过度,图像发白,失去细节,因此致使拍摄效果不理想,背景光对监视对象的干扰成为需要解决的难题。松下公司为此推出了采用2倍速CCD芯片加图像处理大规模集成电路的方案,实现了第一代40倍(1/50秒~1/2000秒)动态范围和第二代80倍(1/50秒~1/4000秒)的动态范围,有了这种超级动态技术,在最恶劣的光照条件下,仍能进行高精度的全面监视,图像质量有大辐度的提高。松下公司的1/4"CCD摄像机WV-CS850达到彩色图像1 LUX、黑白图像0.06LUX的灵敏度,彩色480线、黑白570线的分辨率和50dB的信噪比,并有22倍光学放大、10倍电子放大共计220倍的图像放大功能。

  3.传统模拟信号处理摄像机是分开控制“光圈”和“增益”的,而Sony公司新开发的数字光线强度控制功能,则利用了数字信号处理技术,通过自动调正"光圈"和"增益"两个因素来达到最佳配合,以此解决强烈的背景光使物体产生阴影的问题。这样使摄像机不管人射光如何变化(如从白天到黑夜),都能在任何条件下和任何时间通过适当的光线获得清晰的图像,从而保证背景光补偿更有效地完成。称为全自动背景光补偿(BLC)功能。

  此外,因为摄像机感应的是整个画面范围,测量的是平均光线强度,因此无论物体出现在画面的任何地方,控制系统都能灵活地工作,这是测量图像光线强度方面显著的进步。从而使得毋须调整任何光线强度即可安装摄像机,使之适合于安全监控的多种应用。

  4.新型的自动跟踪白平衡模式ATW pro,保证了精确的彩色还原。ATW pro是一个先进的白平衡装置,特别适合让操作者获得与他眼前所看到的同样效果的图像,有效地可操作彩色范围是2500K至6000K。特别在光线经常变化的环境下,也能让监视者看清物体,效果十分理想。目前市场使用比较成熟的产品有NIKKEN的NK-685C和JVC的TK-C1481BEC两款。不过自动跟踪白平衡模式仍然适合于白天的使用,正对强光或阳光时,色彩会偏向强光光源类似色调。

  5.Sony公司新开发的Turbo AGC(自动增益控制)技术,使控制增益的范围比普通AGC范围宽6dB,即将视像补光控制的范围

由0~18dB提升至0~24dB,从而能更灵活和更有效地增强感光度,这样即使一个物体在非常低的照明条件下,也能很清楚地区别出来。

  6.除有正常方式外,还有便图像轮廓鲜明(SHARP)的方式。使用该方式可使图像的轮廓在画面上非常分明,当被摄物体融于一个场景,并带有与其相近颜色的阴影时,这种方式十分有效,而且这个功能在接有录像机时仍然有效,从而可记录下轮廓分明的图像。

  7.数码操控的CCD自动光圈功能。随着照明的变化,摄像机会自动变化电子快门速度来控制光敏器件的曝光时间,快门速度范围可从1/50到1/100000秒。CCD自动光圈功能的另一优点将体现在记录的影像质量上。白天利用高速快门拍摄快速运动物体 (如车辆的牌照),在重播时能清晰可见。

  8.诺亚电子公司采用Sony公司的Exview HAD CCD,制造出新一代数字极低照度高灵敏度彩色摄像机NK-685C(1R)。新的 DSP技术使该摄像机能传送最佳的AESC(自动曝光,控制范围达到1/50-1/100000sec)、受频率分布图控制的LC(自动逆光补偿)、顺利完成AE(自动曝光)控制、保证色彩重现的AWB(自动自平衡),有连续可变级的电子快门速度控制,可从手动电子快门1/50到1/120,1/250,1/500,1/1000,1/2000,1/5000,1/10000sec多种,达到水平分辨率480线、最低照度0.003LUX 。

  9.台湾敏通公司用其研发的DSP IC推出ALPHA系列摄像机,信噪比达到52dB,使图像画质大为提高,能够实现图像左右反转的镜像效果,无论是在2200的烛光亮度环境下,还是在15000K的强光下,均有完美的白平衡效果,供自然的画像画面。有48块可分别设定的逆光补偿功能,有准星光级夜视功能,特别还有可设定的遮蔽功能,而实现图像画面的隐私保护或重要目标不可视的要求。

  10.日本池野(iKeNo)公司推出1/3”光纤传输CCD摄像机IK-120x系列,水平分辨率480线、最低照度0.03Lux,能感应800~l000nm红外。此光纤传输摄像机的输出部分技术指标为:波长850nm、距离2.5km、单向接收ST接口、光纤线为62.5/125m,接收部分技术指标为:波长850nm、DC12V60mA、距离2.5km、ST光纤接口、RNC和FEMALE信号接口、带宽8MHz、光纤线为62.5/125m。
此外,该公司还推出IK-220x系列同轴视频控制云台和镜头摄像机,其特点是采用一根视频线控制云台和镜头,而且不需要配置解码器。

  11.交流电源线锁相功能使得摄像机的安装和同步特别简单。

  12.除ccD摄像机外,还有较低价位的CMOS摄像机推出。由2于CMOS摄像机体积小,有可能被直接嵌入计算机中而会得到广泛的应用。

  13.由于安防系统越来越复杂,为了简化操作,三洋公司提出了三洋安防协议SSP,为被控制的每一个设备分配一个地址,通过线缆连接,使得一台控制器能控制多达255台设备,包括摄像机、分割器、录像机等等,线缆最大长度大1200米,即使设备关机,SSP信号仍可在线缆上传输。

  3 当今主流摄像机家族大团圆
  1.高清晰度摄像机
  对高清晰度摄像机没有严格的界定和分类,多以图像像素达到752×582或图像水平分辨率有470线为相对认可标准。现多采用1/3".SONY CCD)芯片,但1/4"芯片也已崭露头角。高清晰度摄像机都有DSP数字信号处理,某些还有屏幕显示菜单,如下所示便是一种:
  MAIN MENU
  1.White Balance 8.ENHANCED
  2.IRIS 9.UP/DOWN
  3.ZOOM 10.NEGATIVE
  4.AGC 11.MASK
  5.MIRROR 12.Wide Dynamic
  6.BLC 13.INTEGRATION
  7.FLICKLESS 14.Other Function
  特别是高清晰度低照度摄像机应用面广,有的还有BNC复合视频和Y/C双输出,Watec美国公司的WAT-202H彩色摄像机更有BNC、Y/C和S-Video三种输出。

  2.内置变焦镜头的一体化摄像机

  例如诺亚电子公司的ST-220CB,是1/4″内置22倍光学变焦(Zoom Lens)和10倍电子变焦(Digital Lens)的彩色摄像机,分辨率达到彩色480线,黑白600线,最低照度为0.008Lux,以12VDC供电,摄像机本身具有屏幕菜单和画中画功能。

  日本Computar公司推出的“GANZ”LC系列摄像机,内置2~4mm、3~6mm、4~9mm高速2倍变焦镜头,物美价廉,也便于工程安装。

  3.智能球型或半球型摄像机

  智能球型摄像机是包括摄像机、云台、变焦镜头、球型外罩的一体化装置,有时也被称为一体化智能球或简称为快球。其关键技术一是驱动云台的马达性能,二是所采用的电路板型DSP CCD摄像机的性能。智能球型摄像机的球罩多为深色的,但也有露出一条透明槽的,安装方式有屋顶式和墙体式。

  4.室外监控一体化高速摄像机

  日肯牌(NIKKEN)NK-689摄像机主要用于高速公路、机场、大型停车场等广域性场合的监控,配合有可升降及快速旋转的机械机构。其性能指标如下:

  NK-689
  摄像元件 1/4"Super HAD CCD
  有效像素 440K/410K plxels
  扫描系统 2:1INTERLACE
  水平清晰度 480线
  镜头            f=3.9-73.8mm10光学变焦
  光圈           自动/手动
  白平衡       室内室外,自动跟踪白平衡:ATW;indoor,outdoor
  最低照度 彩色:0.1Lux/F1.2,黑白:0.008Lux/F1.2(自动滤光片转移)
  信噪比       >50dB (AGC OFF)
  电子快门 1/50(1/60)-1/100.000(sec)
  视频输出 复合视频,1.0Vp-p,75Ω
  水平速度 0°-300°/s
  水平角度 360°
  垂直速度 0°-120°/s
  垂直角度 180°
  控制信号 RS485控制格式,有专用控制器
  预置位       128
  电源电压 110VAC,1.3A

  5.视频同轴遥控摄像机

  典型代表如日本池野(iKeNo)公司的IK-2205摄像机,它不需要解码器和控制线,通过视频同轴电缆即可由摄像机的输出信号来控制PTZ,实现云台转动和镜头变倍功能。

  6.采用双CCD的日夜两用型彩色摄像机

具有全光谱适应能力,日夜两用,白天以彩色图像成像,夜间则以黑白图像成像,彩色/黑白随照度变化自动转换。这样即使在黑暗环境下,仍能拍摄到有一定清晰度的图像,若与红外灯配合使用,可实现零照度正常工作,从而使其能实现24小时全天侯监控。

  7.使用单CCD的日夜型摄像机
  是另一种能实现24小时连续摄像的方式,不论是在太阳下还是在夜间,均可摄得鲜明影像。有超过400线的高分辨率和优良的信噪比,并可拍摄高速移动物体影像。诺亚电子公司的Ex-view HAD高感度摄像机以聚光镜片来提升CCD对光的感应度。日本JVC公司的产品TK-S544,通过采用具有控制CCD储存时间方式的电子感应提升功能,对应有白天和夜间的自动光圈与灵敏度控制方式,是同轴多重型摄像机。

  台湾敏通公司的63WI摄像机则通过对黑暗区域作8ms的曝光、对明亮区域作0.lms的曝光,使得黑暗区城和明亮区域都有完美的曝光,达到了280:1的宽动态范围48dB,实现了星光模式0.0035Lux、正常模式0.5Lux的成像,成像效果好。

  8.高光敏度红外影像摄像机

  即夜视摄像机,是当今热门的摄像机机种。一般来说,红外线摄像机需要搭配红外线光源,主要有发光二极管LED和卤素灯两类红外线光源。Waten美国公司的LCL-902HS高灵敏度红外摄像机具有570线和0.00015Lux指标。

9.发展势头正旺的微型化摄像机

  微型化即超迷你型,体积微小,配合各种物品伪装可作秘密监视或景物窥视。Watec America公司的产品让人耳目一新,对于许多特殊领域的应用而言,可谓是求之不得的佳品。

  1)LCL-622钮扣摄像机(Button Camera),摄像机尺寸为22mm×25mm×13mm
  LCL-622
  图像传感器 1/4"CCD
  有效像素 250K Pixels
  扫描系统 2:1交*
  分辨率 330线
  焦距 3.6mm针孔镜头,水平角69°
  同步系统 内同步
  视频输出 复合视频,1.0Vp-p,75Ω
  灵敏度 5Lux@F2.6
  信噪比 >46dB(AGC Off)
  电子快门 1/50-10000s
  电源电压 5V DC,160mA
  钮扣尺寸 ф12.5mm
  重量 约5g
  2)微型球型摄像机(Dome Camera)LCL-UF05,摄像机尺寸为Ф59mm×35mm。
  LCL-UF05
  摄像元件 1/4"CCD,10bit彩色
  有效像素 330线
  扫描系统 4.3mm镜头
  水平清晰度 手动160°
  镜头 手动160°
  10.网络摄像机

  它是指可直接接入网络的数字化摄像机,它包含有CPU,并由编解码芯片完成对图像及声音的压缩和动态录像的回放。此类摄像机拍摄的图像既可传送给个人电脑,也可以加到Web站点的主页上,或者附在电子邮件中发送,故也被称为Web摄像机。它将是未来应用的主流。例如瑞典AXIS 2120内置Web Server,从而可在任何TCP/IP网络环境下一插即用,通过Internet或LAN网作实时传送影像,实现远端监控。

 

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