攝像頭的工作原理

攝像頭主要有鏡頭、CCD圖像傳感器、預(yù)中放、AGC、A/D、同步信號發(fā)生器、CCD驅(qū)動器、圖像信號形成電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和電源的電路構(gòu)成。攝像頭的主要圖像傳感部件是CCD（Charge Coupled Device），即電荷耦合器件，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長、抗震動、抗磁場、體積小、無殘影等特點，CCD是電耦合器件（Charge Couple Device）的簡稱，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛Υ婕稗D(zhuǎn)移，也可將儲存之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝像元件，是代替攝像管傳感器的新型器件。
??? 攝像頭的工作原理是：被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過預(yù)中放電路放大、AGC自動增益控制，于由圖像處理芯片處理的是數(shù)字信號，所以經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換到圖像數(shù)字信號處理IC（DSP）。同步信號發(fā)生器主要產(chǎn)生同步時鐘信號（由晶體振蕩電路來完成），即產(chǎn)生垂直和水平的掃描驅(qū)動信號，到圖像處理IC。然后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過輸出端子輸出一個標準的復(fù)合視頻信號。這個標準的視頻信號同家用的錄像機、VCD機、家用攝像機的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機上觀看。圖像數(shù)字信號處理主是有SONIX(松翰)和VIMICRO（中星微）等。

圖像傳感器(SENSOR)：是一種半導(dǎo)體芯片，其表面包含有幾十萬到幾百萬的光電二極管。光電二極管受到光照射時，就會產(chǎn)生電荷。目前市場上主流攝像頭使用的感光元件主要是CCD和CMOS兩種。它們的作用相當于傳統(tǒng)相機中的底片。CCD的分辨率高，色彩還原逼真，已經(jīng)成為百萬像素級的數(shù)碼攝影器材里的主角，但是其價格昂貴；與CCD相比，CMOS具有節(jié)能及成本低等特點。而且在百萬像素內(nèi)CMOS的感光效果完全可以和CCD媲美，因而攝像頭幾乎全都采用CMOS作為感光元件。目前市場上的攝像頭產(chǎn)品采用的CMOS品牌較多，主要有MICRON，HYNIX， CISENSOR， TASC等等前四家的市場占有率接近100%。

CCD可分為線陣CCD、三線CCD、面陣CCD和交織傳輸CCD。攝像頭采用是面陣CCD圖像傳感器。CCD芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。目前我國尚無能力制造，市場上大部分攝像頭采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生產(chǎn)的芯片，現(xiàn)在韓國也有能力生產(chǎn)，但質(zhì)量就要稍遜一籌。因為芯片生產(chǎn)時產(chǎn)生不同等級，各廠家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在購買時，可以采取如下方法檢測：接通電源，連接視頻電纜到監(jiān)視器，關(guān)閉鏡頭光圈，看圖像全黑時是否有亮點，屏幕上雪花大不大，這些是檢測CCD芯片最簡單直接的方法，而且不需要其它專用儀器。然后可以打開光圈，看一個靜物，如果是彩色攝像頭，最好攝取一個色彩鮮艷的物體，查看監(jiān)視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來清晰自然；而殘次品的圖像就會有偏色現(xiàn)象，即使面對一張白紙，圖像也會顯示藍色或紅色。個別CCD由于生產(chǎn)車間的灰塵，CCD靶面上會有雜質(zhì)，在一般情況下，雜質(zhì)不會影響圖像，但在弱光或顯微攝像時，細小的灰塵也會造成不良的后果。攝像頭的分類如下：

1、依成像色彩劃分 彩色攝像機：適用于景物細部辨別，如辨別衣著或景物的顏色。黑白攝像機：適用于光線不充足地區(qū)及夜間無法安裝照明設(shè)備的地區(qū)，在僅監(jiān)視景物的位置或移動時，可選用黑白攝像機。
?? 2、依分辨率靈敏度等劃分 影像像素在38萬以下的為一般型，其中尤以25萬像素（512*492）、分辨率為400線的產(chǎn)品最普遍。 影像像素在38萬以上的高分辨率型。
??? 3、按CCD靶面大小劃分 CCD芯片已經(jīng)開發(fā)出多種尺寸： 目前采用的芯片大多數(shù)為1/3"和1/4"。在購買攝像頭時，特別是對攝像角度有比較嚴格要求的時候，CCD靶面的大小，CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場角的大小和圖像的清晰度。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。
??? 4、按掃描制式劃分 PAL制。 NTSC制。 中國采用隔行掃描（PAL）制式（黑白為CCIR），標準為625行，50場，只有醫(yī)療或其它專業(yè)領(lǐng)域才用到一些非標準制式。另外，日本為NTSC制式，525行，60場（黑白為EIA）。
?? 5、按照度劃分，CCD又分為：
?????? 普通型 正常工作所需照度1~3LUX
?????? 月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右
?????? 星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下
?????? 紅外型 采用紅外燈照明，在沒有光線的情況下也可以成像
??? 6、按外觀分：有機板型、針孔型、半球型。
?????? CCD彩色攝像頭的主要技術(shù)指標
?????? （1）CCD尺寸，亦即攝像機靶面。原多為1/2英寸，現(xiàn)在1/3英寸的已

普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
?????? （2）CCD像素，是CCD的主要性能指標，它決定了顯示圖像的清晰程度，

分辨率越高，圖像細節(jié)的表現(xiàn)越好。CCD是由面陣感光元素組成，每一個元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰。現(xiàn)在市場上大多以25萬和38萬像素為劃界，38萬像素以上者為高清晰度攝像機。
??? （3）水平分辨率。彩色攝像機的典型分辨率是在320到500電視線之間，主要有330線、380線、420線、460線、500線等不同檔次。 分辨率是用電視線（簡稱線TV LINES）來表示的，彩色攝像頭的分辨率在330~500線之間。分辨率與CCD和鏡頭有關(guān)，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通常規(guī)律是1MHz的頻帶寬度相當于清晰度為80線。 頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對越大。
??? （4）最小照度，也稱為靈敏度。是CCD對環(huán)境光線的敏感程度，或者說是CCD正常成像時所需要的最暗光線。照度的單位是勒克斯（LUX），數(shù)值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。月光級和星光級等高增感度攝像機可工作在很暗條件，2~3lux屬一般照度，現(xiàn)在也有低于1lux的普通攝像機問世。
??? （5）掃描制式。有PAL制和NTSC制之分。
??? （6）信噪比。典型值為46db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。
??? （7）視頻輸出。多為1Vp-p、75Ω。
??? （8）鏡頭安裝方式。有C和CS方式，二者間不同之處在于感光距離不同。
??? （9）攝像頭的像素：SXGA (1280 x1024)又稱130萬像素，XGA(1024 x768)又稱80萬像素，SVGA(800 x600)又稱50萬像素，VGA(640x480)又稱30萬像素(35萬是指648X488)，CIF(352x288) 又稱10萬像素，SIF/QVGA(320x240)。