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摄像机参数术语

来源:联特微 
1CCD
CCD 全称为 Charge Coupled Device,中文翻译为电荷藕合器件。它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD 表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。
 
2CMOS
CMOS 全称为 Complementary Metal-Oxide Semiconductor,中文翻译为互补性氧化金属半导体。主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在 CMOS 上共存着带 N(带–电)和  P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
 
3、CCD和CMOS的区别
整体来说,CCD与 CMOS两种设计的应用,反应在成像效果上,形成包括 ISO    感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等,不同类型的差异:ISO感光度差异:由于 CMOS每个像素包含了放大器与A/D转换电路,过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积,因此相同像素下,同样大小之感光器尺寸,CMOS的感光度会低于 CCD。
成本差异:CMOS 应用半导体工业常用的 MOS制程,可以一次整合全部周边设施于单晶片中,节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失;相对地 CCD采用电荷传递的方式输
出资讯,必须另辟传输通道,如果通道中有一个像素故障(Fail),就会导致一整排的    讯号壅塞,无法传递,因此 CCD 的良率比 CMOS 低,加上另辟传输通道和外加 ADC      等周边,CCD的制造成本相对高于 CMOS。解析度差异:在第一点“感光度差异”中,由于 CMOS每个像素的结构比 CCD复杂,其感光开口不及 CCD 大, 相对比较相同尺寸的 CCD 与 CMOS 感光器时,CCD 感光器的解析度通常会优于CMOS。不过,如果跳脱尺寸限制,目前业界的 CMOS感光原件已经可达到1400 万像素 /全片幅的设计,CMOS技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难,特别是全片幅 24mm-by-36mm这样的大小。噪点差异:由于 CMOS 每个感光二极体旁都搭配一个 ADC放大器,如果以百万像素计,那么就需要百万个以上的 ADC放大器,虽然是统一制造下的产品,但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在,很难达到放大同步的效果,对比单一个放大器的 CCD,CMOS 最终计算出的噪点就比较多。耗电量差异:CMOS 的影像电荷驱动方式为主动式,感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出;但 CCD 却为被动式,必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要 12 伏特(V)以上的水平,因此 CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度,高驱动电压使 CCD 的电量远高于 CMOS。尽管 CCD在影像品质等各方面均优于 CMOS,但不可否认的 CMOS 具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。 由于数码影像的需求热烈,CMOS 的低成本和稳定供货,成为厂商的最爱,也因此其制造技术不断地改良更新,使得 CCD  与 CMOS两者的差异逐渐缩小。新一代的 CCD 朝向耗电量减少作为改进目标。;CMOS 系列,则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理晶片统合,藉由后续的影像处理修正噪点以及画质表现。
 
4CMOS像机?和CCD像机有何不同?
CMOS 传感器是一种通常比 CCD 传感器低 10 倍感光度的传感器。因为人眼能看到 1Lux照度(满月的夜晚)以下的目标,CCD 传感器通常能看到比人眼略好在 0.1~3Lux,是 CMOS传感器感光度的 3 到 10 倍。因此采用 CCD 作为感光器材的摄像机价格高于同等级 CMOS作为感光器材的产品。
 
5增益控制(AGC
摄像机输出的视频信号必须达到电视传输规定的标准电平,即,为了能在不同的景物照度条件下都能输出的标准视频信号,必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节通常都是通过检测视频信号的平均电平而自动完成的,实现此功能的电路称为自动增益控制电路,简称 AGC 电路。具有 AGC 功能的摄像机,在低照度时的灵敏度会有所提高,但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。是摄像机基本功能,有人为了让画面看来亮些,刻意调的很高,这样在低照度时很容易就白茫茫一片了,所以有人干脆就在这搞个开关,要高要低,自己来吧
 
6、CCD摄像机的分类
CCD 摄像机大致可分为下列几大类:
依成像色彩划分
    (1)彩色摄像机:适用于景物细部辨别,如辨别衣着或景物的颜色。因有颜色而使信息量增大,信息量一般认为是黑白摄像机的 10 倍。
    (2)黑白摄像机:是用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的地区,在仅监视景物的位置或移动时,可选用分辨率通常高于彩色摄像机的黑白摄像机。
依摄像机分辨率划分
  (1)影像像素在 25 万像素(pixel)左右、彩色分辨率为 330 线、黑白  分辨率 420 线左右的低档型。
  (2)影像像素在 25 万~38 万之间、彩色分辨率为 420 线、黑白分辨率在 500 线上下的中档型
  (3)影像在 38 万点以上、彩色分辨率大于或等于 480 线、黑白分辨率,570 线以上的高分辨率。
依摄像机灵敏度划分
(1)普通型:正常工作所需照度为 1~3Lux
(2)月光型:正常工作所需照度为 0.1 Lux 左右
(3)星光型:正常工作所需照度为 0.01 Lux 以下
(4)红外照明型:原则上可以为零照度,采用红外光源成像。
按摄像元件的 CCD 靶面的大小划分
(1)1 inch  靶面尺寸为宽 12.7mmX 高 9.6mm,对角线 16mm
(2)2/3inch 靶面尺寸为宽 8.8mmX 高 6.6mm,对角线 11mm
(3)1/2inch 靶面尺寸为宽 6.4mmX 高 4.8mm,对角线 8mm
(4)1/3inch 靶面尺寸为宽 4.8mmX 高 3.6mm,对角线 6mm
(5)1/4inch 靶面尺寸为宽 3.2mmX 高 2.4mm,对角线 4mm
(6)1/5inch 正在开发之中,尚未推出正式产品
此外 CCD 摄像机有 PAL 制和 NTSC 制之分,还可以按图像信号处理方式划分或按摄像机结构区
 
7、什么是电子快门:
为了让影像亮度正确,我们必须正确控制摄像机的入光量,要调整入光量要从镜头的光圈及
像机的快门着手,一般我们用手动镜头时,光圈调固定就不动了,如果这时遇到强光怎办?很简
单,在 CCD 还没过曝前,D.S.P 就赶紧把 CCD 上的讯号“扫”下来吧,也就是光线强时抓快些,光线弱时抓慢些,抓一次相当于我门用单反相机时“喀嚓”一声,单反像机是机械式快门,我们这是电子式,所以叫“电子快门”跟据 D.S.P 规格书,电子快门速度在 PAL 制时是 1/50 秒到十万分之一秒,所以大家就这样标了,实际应用上如果机子调校不良,是达不到十万分之一的,如果机子在太阳下看起来像蒙层细白裟,不是很清楚,那八成是快门速度不够.还有如果用自动光圈镜头,那入光量就由镜头光圈来控制了,这时机子本身快门速度就定在 1/50     秒
 
8、什么是信噪比
信噪比也是摄像机的一个重要的性能指标。当摄像机摄取较亮场景时,监视器显示的画面通常比较明快,观察者不易看出画面中的干扰噪点;而当摄像机摄取较暗的场景时,监视器显示的画面就比较昏暗,观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱(也即干扰噪点对画面的影响程度)与摄像机信噪比指标的好坏有直接关系,即摄像机的信噪比越高,干扰噪点对画面的影响就越小。
所谓“信噪比”指的是信号电压对于噪声电压的比值,通常用符号 S/N 来表示。由于在一般情况下,信号电压远高于噪声电压,比值非常大,因此,实际计算摄像机信噪比的大小通常都是对均方信号电压与均方噪声电压的比值取以 10 为底的对数再乘以系数 20,单位用 dB 表示。
一般摄像机给出的信噪比值均是在 AGC(自动增益控制)关闭时的值,因为当 AGC 接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。CCD       摄像机信噪比的典型值一般为45dB~55dB。测量信噪比参数时,应使用视频杂波测量仪直接连接于摄像机的视频输出端子上
 
9、光学变焦与数字变焦的区别
摄像机的变焦功能包括光学变焦与数字变焦两种类型。光学变焦是通过改变 CCD 与透镜的焦点距离来放大图像,其基本结构与传统相机变焦相同。数字变焦采用了与光学变焦截然不同的方式,其中应用最多的是提取 CCD 已经记录到图像的局部,并通过数字处理来增大图像的数据量,其实就是使用差值的方法。这时图片质量不可避免会降低。因此,在配备光学、数字两种变焦的摄像机中,应当尽量少的使用数字变焦,只有在把图像放大到光学变焦无法完成的范围时,才使用数字变焦。
 
10、Sony不同时期的CCD产品
1) HAD CCD
HAD(HOLE-ACCUMULATION DIODE)传感器是在 N 型基板,P 型,N+2 极体的表面上,加上正孔蓄积层,这是 SONY 独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积层,可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外,在 N 型基板上设计电子可通过的垂直型隧道,使得开口率提高,换句换说,也提高了感度。在80年代初期,索尼将其领先使用在INTERLINE    方式的可变速电子快门产品中,即使在拍摄移动快速的物体也可获得清晰的图像。
2)  ON-CHIP MICRO LENS
80年代后期,因为CCD中每一像素的缩小,将使得受光面积减少,感度也将变低。为改善这个问题,索尼在每一感光二极管前装上微小镜片,使用微小镜片后,感光面积不再因为感测器的开口面积而决定,而是以微小镜片的表面积来决定。所以在规格上提高了开口率,也使感亮度因此大幅提升。
3)  SUPER HAD CCD
进入90年代后期以来,CCD的单位面积也越来越小,1989    年开发的微小镜片技术,已经无法再提升感亮度,如果将 CCD 组件内部放大器的放大倍率提升,将会使杂讯也被提高,画质会受到明显的影响。索尼在CCD技术的研发上又更进一步,将以前使用微小镜片的技术改良,提升光利用率,开发将镜片的形状最优化技术,即索尼 SUPER HAD CCD 技术。基本上是以提升光利用效率来提升感亮度的设计,这也为目前的 CCD 基本技术奠定了基础。
4)  NEW STRUCTURE CCD
在摄影机的光学镜头的光圈 F 值不断的提升下,进入到摄影机内的斜光就越来越多,使得入射到CCD组件的光无法百分之百的被聚焦到感测器上,而CCD感测器的感度将会降低。1998    年索尼公司为改善这个问题,将彩色滤光片和遮光膜之间再加上一层内部的镜片。加上这层镜片后可以改善内部的光路,使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同时将硅基板和电极间的绝缘层薄膜化,让会造成垂直 CCD 画面杂讯的讯号不会进入,使 SMEAR特性改善。
5) EXVIEW HAD CCD
比可视光波长更长的红外线光,会在半导体硅芯片内做光电变换。可是至当前为止,CCD无法将这些光电变换后的电荷,以有效的方法收集到感测器内。为此,索尼在 1998 年新开发的“EXVIEW HAD CCD”技术就可以将以前未能有效利用的近红外线光,有效转换成为映像资料而用。使得可视光范围扩充到红外线,让感亮度能大幅提高。利用“EXVIEW HAD CCD”组件时,在黑暗的环境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深层中做的光电变换时,会漏出到垂直CCD部分的 SMEAR 成分,也可被收集到传感器内,所以影响画质的杂讯也会大幅降低。
 
11、逐行扫描(Progressive Scan)方式CCD 
Progressive Scan CCD 即逐行扫描 CCD,是相对通用的隔行扫描 CCD 而言的。CCD的垂直分辨率一般仅能达到 350TV 线,这是由于使用  2 场,每场以 311 条线扫描,以 2∶1隔行扫描,对运动的目标会由于奇场和偶场合为一帧,使用两个瞬间状态的信息被平滑了,分辨率会不降。而用逐行扫描方式摄像机拍摄的运动目标是在同一瞬间将两场图像同时采集成为一帧图像,达到提高垂直分辨率的作用。
 
12、什么是星光模式
星光模式能让 CCD 摄像机在非常弱的光线情况下,比如 0.0002Lux 照度等级,看到清晰的彩色影像。所有的 CCD 摄像机都是设计工作在 1/50,1/60~1/2000 秒的快门速度,因此最低照度等级或者称为感光度在使用 F1.2 和 5600k 条件下限制在 3 到 6Lux。星光模式 CCD 摄像机专有数字讯号处理器能使得   CCD       的快门速度低到 1~10 秒,因为长时间快门打开的物理原理,CCD 可以收集到更多的光子,因此比传统摄像机提高 100 到 600 倍的感光度。
 
13、什么是垂直同步、彩色视频复合信号同步、外同步、直流线锁定和完全同步?
这是摄像机之间不同的同步方法。
全体锁定是两部用于精密的应用如广播摄影棚摄像机之间完全同步最好的方法。它将同
步:水平,垂直,偶数/奇数区域,色彩触发频率和阶段。
垂直同步是最简单的方法来同步两部摄像机,通过垂直驱动频率来保证视频能够采用老式的切换期或者四分割机器,在同一个监视器上显示几个影像源。垂直驱动信号通常由重复频率 20/16.7 毫秒(50/60 赫兹)和脉冲 1~3 毫秒宽度的脉冲组成。
彩色视频复合信号代表视频和彩色触发信号,意味着摄像机能和外部的复合彩色视频信号同步。然而尽管称作彩色视频复合信号同步,实际上只进行水平同步和垂直同步,而没有色彩触发同步。外同步非常类似于彩色视频复合信号同步。一个摄像机能够同步于另一个摄像机的视频信号,一个外同步摄像机能使用输入的彩色视频复合信号,提取水平和垂直同步信号来做同步。
直流线锁定是一种古老的技术,利用直流 50/60 赫兹电源线电流来同步摄像机。因为直流24伏电源广泛使用于多数建筑物防火警报系统,由于非常容易获得。由于老型号的切换器和分割系统没有数字记忆功能,要保持稳定的影像,摄像机之间的同步非常必要,直流线锁定就是摄像机同步于交流 50/60 赫兹,彩色信道之间时间的关联和水平/垂直信号没有约束会导致糟糕的色彩转换(色彩阶段设计),因此所有使用交流线锁定的用户不可避免地失去很好的色彩转换。幸运的是,现在的分割器和       16 通道复合处理器以及硬盘录像机都有内部记忆体来克服这个问题,不再需要同步信号,因此交流线锁定可能若干年后会被淘汰掉。
 
14、什么是超宽动态(WDR
超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。
宽动态摄像机比传统只具有 3:1 动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从
120,000Lux 到星光夜里的 0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面,室内照度为 100Lux,
而外面风景的照度可能是 10,000Lux,对比就是 10,000/100=100:1。这个对比人眼能很容易地看到,因为人眼能处理 1000:1 的对比度,然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题,传统摄像机只有 3:1 的对比性能,它只能选择使用 1/60 秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光,但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法摄像机选择 1/6000秒取得室外影像完美的曝光,但是室内的影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。WDR 工作原理就是采用两幅图片叠加的方法来提高DSLR 的动态范围,用两次暴光原理来将两张暴光时间不同的图象合成一幅,以此来提高动态范围。宽动态的基本功能是在同一时间内,以不同的曝光速度捕捉到两幅清晰区域不同的图像,在这两幅图像中消除其中较差的像素,保留优质的像素,再将两者合成在一起。
 
15、什么是3CCD,和单CCD有什么区别
3CCD 的摄像机内设有三棱镜,此三棱镜把光源分为三原色光(红色,绿色与蓝色),三原色光分别经过三块独立 CCD 影象感应器处理,颜色的准确程度及影像质量比使用一块CCD 影像感应器大为改善(如图)。3CCD 影像感应器的每一个都有一个很大的光线采集区域,因此使摄像机具有很高的信噪比,极好的敏感度以及很宽的动态范围。这样会比单CCD 的颜色效果还原的更好,得到更自然的颜色和更宽的视觉对比度。


16、什么是照度
照度是指现场光线的明亮程度,也就是所谓的勒克斯(单位是 Lx),比如说,晴
朗的室外照度大约是 10000 Lx,黎明或黄昏的照明度大约为 1000 Lx,白天的室内照
度大约有 100 Lx,而普通人造光源的的室内只有 10 Lx 甚至更低的照明度。
通常情况下,我们不可能所有的拍摄都在阳光明媚光线充足的地方,可能很多场合
都是在室内,甚至是日光灯光源的室内,照度会明显不足。如果摄像机的最低照度能
远低于这个照度,才能保证获得更好的画质。
 
17、EXView的优点和缺陷在哪里
"EXView"是索尼公司研发用来提高其 CCD 感光度的一个感光度提高技术,一是
两个可见光的因素,二是四倍近红外波的波长。
EXView 是索尼专有技术,每个 CCD 基础光电二极管的 P/N 接口特殊组装来获得更好
的光子到电子的转换效率。另外,每个光电二极管(描绘影像上的一个像素)有一个
覆盖在上面的微型镜头能够较好的记录和聚焦光线到有效的半导体接口。它的结果对
比于索尼提供的 CCD 可视范围提高了可见光的 2 倍和近红外光(800~900 纳米)的
4 倍感光度。EXView 的 Lux 效率比优质的"Super HAD"可见光和近红外光波场高出了
2 倍。
EXView 技术的缺陷在于,因为 CCD 芯片制造过程的难度本质和芯片灵敏的本质,索
尼公司只有有限的传感器部分供货。
按照索尼的讲法,相比于 Super HAD 传感器,EX-View 芯片的光电二极管还有一些
潜在的不完美的地方。这些很少的有缺陷的 CCD 元素可能会有故障,因此会导致"死
亡像素",会在影像留下一些无法去除的得白点或黑点。CCD 芯片已知不管是在储存