一、攝像機(jī)的分類    按光電轉(zhuǎn)換器件可分為光電導(dǎo)攝像管、固體光電傳感器CCD、互補金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS。
二、CCD攝像機(jī)
1、定義
CCD是電荷耦合器件（Charge Coupled Device)的簡稱，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹㈦姾纱鎯稗D(zhuǎn)移，也可將存儲的電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝像機(jī)元件。以其構(gòu)成的CCD攝像機(jī)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(yīng)用。
2、分類
(1)按成像色彩劃分
u         彩色攝像機(jī)：適用于景物細(xì)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(rèn)為是黑白攝像機(jī)的10倍。
u         黑白攝像機(jī)：用于光線不足地區(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，可選用分辨率通常高于彩色攝像機(jī)的黑白攝像機(jī)。
(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(nèi)	10 Lux
室內(nèi)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(fā)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(shù)性能

(1)清晰度

    清晰度數(shù)是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的一個重要參數(shù)，它指的是當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器上能夠看到的最大線數(shù)。當(dāng)超過這一線數(shù)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(yè)監(jiān)視用攝像機(jī)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(jī)的檔次越高。

(2)最低照度

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

一般彩色攝像機(jī)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(shù)為前提，因此，不能只看攝像機(jī)說明書中標(biāo)明的最低照度。最低照度越小，攝像機(jī)檔次越高。

相對于彩色攝像機(jī)而言，黑白攝像機(jī)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(jī)的照度比彩色攝像機(jī)照度要低，在F1.4 時一般可做到0.1 Lux，至于微光攝像機(jī)則更低。

(3)信噪比

    信噪比也是攝像機(jī)的一個重要的性能指標(biāo)。當(dāng)攝像機(jī)攝取較亮場景時，監(jiān)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(dāng)攝像機(jī)攝取較暗的場景時，監(jiān)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(jī)信噪比指標(biāo)的好壞有直接關(guān)系，即攝像機(jī)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(yuǎn)高于噪聲電壓，且比值非常大。因此，實際計算攝像機(jī)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(shù)再乘以系數(shù)20，單位用dB表示。

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

(4)自動增益控制（AGC）

    所有攝象機(jī)都有一個將來自 CCD 的信號放大到可以使用水準(zhǔn)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(huán)境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝象機(jī)的AGC電路去探測視頻信號的電平，適時地開關(guān)AGC，從而使攝象機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動態(tài)范圍，即在低照度時自動增加攝象機(jī)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(jī)，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(jī)在背光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。通常，攝象機(jī)的AGC 工作點是通過對整個視場的內(nèi)容作平均來確定的，但如果視場中包含一個很亮的背景區(qū)域和一個很暗的前景目標(biāo)，則此時確定的AGC 工作點有可能對于前景目標(biāo)是不夠合適的，背光補償有可能改善前景目標(biāo)顯示狀況。

    當(dāng)引入背光補償功能時，攝像機(jī)僅對整個視場的一個子區(qū)域進(jìn)行檢測，通過求此區(qū)域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由于子區(qū)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(jiān)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(dāng)背光補償為開啟時，攝象機(jī)僅對整個視場的一個子區(qū)域求平均來確定其AGC 工作點，此時如果前景目標(biāo)位于該子區(qū)域內(nèi)時，則前景目標(biāo)的可視性有望改善。

(6)電子快門（ES）

電子快門是對比照相機(jī)的機(jī)械快門功能提出一個術(shù)語，它相當(dāng)于控制CCD 圖像傳感器的感光時間。由于CCD 感光的實質(zhì)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(diào)整光信號電荷的積累時間（即調(diào)整時鐘脈沖的寬度），即可實現(xiàn)控制CCD 感光時間的功能。

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

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

(7)白平衡（WB）

白平衡只用于彩色攝象機(jī)，其用途是實現(xiàn)攝象機(jī)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(xù)白平衡和自動控制白平衡。

連續(xù)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(xù)地調(diào)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(xiàn)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(lán)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(xù)的白平衡不能產(chǎn)生最佳的彩色效果。

自動控制白平衡需要先將攝象機(jī)對準(zhǔn)諸如白墻、白紙等白色參考目標(biāo)，然后將通過菜單或開關(guān)設(shè)置從手動改變?yōu)樽詣臃绞剑Ａ粼谠撐恢脦酌腌娀蛘咧翀D像呈現(xiàn)白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，將自動方式開關(guān)撥回手動位置以鎖定該白平衡的設(shè)置，此時白平衡設(shè)置將保持在攝象機(jī)的存儲器中，直至再次執(zhí)行被改變?yōu)橹梗浞秶鸀?300～10000K，在此期間，即使攝象機(jī)斷電也不會丟失該設(shè)置。

(8)同步方式

攝像機(jī)的同步方式一般有內(nèi)同步、電源同步和外同步。內(nèi)同步（INT）是利用攝象機(jī)內(nèi)部的晶體振蕩電路產(chǎn)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(jī)的交流電源來完成垂直推動同步，即攝象機(jī)和電源零線同步。外同步（EXT）利用一個外同步信號發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號送到攝象機(jī)的外同步輸入端來實現(xiàn)同步。

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

4、技術(shù)發(fā)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(fā)展

    制造CCD 傳感器的硅片和加工成本很高。由于光刻機(jī)的進(jìn)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(fā)展。

    各種CCD 傳感器的像面尺寸在減少，但其像素數(shù)在增加，已由早期的512（H）×596（V）向795（H）×596（V）發(fā)展，甚至出現(xiàn)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(fā)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(jī)有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合PC攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸?shù)膽?yīng)用，逐步以+12V和+5V兩種工作電壓為主。

(3)提高CCD 攝像機(jī)的制造效率

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

(4)CCD 攝像機(jī)的數(shù)字化

在制造CCD 攝像機(jī)時，從以往的Analog 模擬系統(tǒng)逐步實現(xiàn)DSP 數(shù)字化處理，可以借助電子計算機(jī)和專門軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對CCD 攝像機(jī)，特別是對彩色CCD 攝像機(jī)的各種參數(shù)的量化調(diào)整，可以確保CCD 攝像機(jī)性能指標(biāo)的優(yōu)化一致性以及在特殊使用條件下的參數(shù)量化修改。

 

三、CMOS攝像機(jī)

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(biāo)，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(nèi)，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(fù)雜的處理過程，直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)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(jī)非常有用，高幀速度能達(dá)到400～2000幀/秒。這個優(yōu)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(shù)字訊號處理器，所以市場上只有很少的高速攝像機(jī)，且一般價格都非常高。

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

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

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