模拟摄像机分类及形状介绍

（一）模拟摄像机的分类及形状

摄像机是获取视频监控现场图像的前端设备，按不同的分类标准有不同的分法。摄像机的分类如图2-49所示。

图2-49 摄像机的分类

常见的摄像机如图2-50所示。

图2-50 常见的摄像机

CCD摄像机以面阵CCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生、视频信号处理及电源等外围电路。

（二）CCD摄像机的主要性能指标

CCD摄像机的主要性能指标有：CCD尺寸、图像分辨率、灵敏度和信噪比等。

（1）CCD尺寸：指CCD图像传感器感光面的对角线尺寸，视频监控摄像机的CCD尺寸以1/3in、1/4in为主流。CCD摄像器件的尺寸见表2-9。

表2-9 CCD摄像器件的尺寸

CCD尺寸与摄像机的灵敏度是相关联的，如1/4in摄像机的灵敏度比1/3in摄像机的灵敏度差。因为相同数量的感光点分布于1/4in上会比在1/3in上时点面积小些，那么每个点受光就会弱一些，即灵敏度差一些。但这样也有好处，如体积可做得更小一些，更轻巧灵便一些。

对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而由该芯片构成的摄像机的分辨率也越高。一般来说，大的CCD芯片，其相应的像素面积也较大，接收所摄光的面积增大，其像素输出电荷增多，灵敏度增大，在弱光条件下具有较好的拍摄能力，容易使摄像机整体质量提高，图像细部会明显细腻自然。

（2）图像分辨率（TVL）：指当摄像摄取等间隔排列的水平黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线对数。摄像机的分辨率可以用电视线TVL为单位，也可以用像素（pix）为单位，水平线对数和像素可相互转换，如500H×582V的500TVL就相当于30万像素（即500×582=291000，约为300000）。现在更流行用像素数来表示分辨率，如百万像素摄像机、300万像素摄像机等。通常规律是频道宽度增加1MHz，相当于清晰度增加80TVL。所以视频通道的频带越宽，图像就越清晰，TVL的数值就越大。清晰度与频带的对应关系见表2-10。

表2-10 清晰度与频带的对应关系

一般黑白摄像机的图像清晰度比彩色摄像机的图像清晰度的TVL值更高，常用黑白摄像机的分辨率一般为420～650TVL，彩色摄像机为380～530TVL。一般的监视场合，用420线左右的黑白/彩色摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

（3）最低照度：又叫灵敏度，指当被摄物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。此值指摄像机输出的视频信号幅值为最大幅值的50%，即达到350mV（标准视频信号的最大幅值为700mV）。通常可在暗房内，用摄像机对着被测物，慢慢调整灯光，直到显示器上图像达到最低的容忍值，此时测量得到的光照度就可定义为最低照度。按其灵敏度来分，摄像机可分为普通摄像机、低照度摄像机和微光摄像机等。摄像机要求的最低照度lx的数值越小，摄像机的灵敏度就越高。一般彩色摄像机要求的最低照度比黑白摄像机要高。0.1lx的摄像机适用于普通的监视场合，在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02lx的摄像机。常规场所的照度值对照见表2-11。

表2-11 常规场所的照度值对照

（4）信噪比：指信号对于噪声的电压比值的对数乘以20，即20lg^U信号。一般摄像机给

U_噪声出的信噪比值均是在AGC关闭时的值。比值越大，图像上呈现的噪声干扰越小，图像质量越高。CCD摄像机的信噪比的典型值一般为45～55dB，常见标为“>48dB”。

（5）电子快门（Electronic Shutter）：电子快门是用于控制摄像机CCD的感光后靶面电荷累积时间。当景物的亮度过高时，CCD感光面接受的光强过大，积累电荷过多，会出现图像过饱和（过白）现象。摄像机可采用CCD溢出控制技术和帧累积技术解决环境亮度过高或光线不足的问题。

当电子快门关闭时，NTSC制式摄像机的CCD电荷累积时间为1/60s，PAL制式的摄像机则为1/50s。当电子快门打开时，NTSC制式摄像机的电子快门将以261步覆盖从1/60s到1/10000s的范围，PAL制式摄像机的电子快门将以311步覆盖从1/50s到1/10000s的范围。

CCD摄像机高速电子快门功能可以防止拍摄调整运动物体时造成的“运动模糊”现象。“运动模糊”现象指摄像机拍摄快速运动的物体时会出现“拖影”，这是由于相对于高速运动的物体来说，CCD的感光时间太长，而在这段感光时间内物体已经产生了位移，运动物体在CCD靶面的不同位置都成了像。通过缩短入射光在CCD靶面上的作用时间，缩短了存储电荷的时间，缩短了光线照射CCD靶面的时间，如同加了快门，这就是电子快门的实质。

大多数的CCD摄像机的自动电子快门功能具有自动光圈的效果。当通过镜头的光通量较强时，输出信号的电流也会较大，此时电子快门自动调节到高速档，使信号电荷的积累时间变短，进而使输出信号电流的幅度减小；而当通过镜头的光通量较弱时，输出信号电流也会变小，此时电子快门自动调节到低速档，使信号电荷的积累时间加长，进而使输出信号电流的幅值增加。

彩色摄像机除了具有以上黑白摄像机所具有的主要参数外，还有白平衡、自动增益控制、背景光补偿等参数。

（6）白平衡：白平衡是实现摄像机图像精确反映景物颜色均衡的参数，指拍摄白色景物时摄像机输出的红、绿、蓝三基色信号电压U_R=U_G=U_B的现象，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。通过改变图像的红色或蓝色电平来进行调节，共有多达107个等级可供选择。自动白平衡将随着景物色温的改变连续地调整，范围为2800～6000K。自动白平衡适宜于景物色温在拍摄期间不断改变的场合，能使色彩表现自然。

（7）自动增益控制（Automatic Gain Control，AGC）。摄像机输出的视频信号须达到视频传输规定的标准电平，即0.7V（峰峰值），这样才可满足视频质量的可视性要求。自动增益的增加相当于提高其灵敏度，当AGC打开时，虽然低照度条件下灵敏度提高了，但同时其噪声也会相应增大，因为信号与噪声被同时放大了。在使用摄像机的时候要适时地开关AGC功能，使摄像机能够在较大的光照范围内工作，提高其动态范围。

（8）背景光补偿：当监控对象中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景区域时，背景光补偿功能就可改善前景目标的显示成像。

（三）摄像机的测试

摄像机的测试包括分辨率、频带宽度、平整度、阻抗匹配、色彩还原度等项目，测试时要求用较好的镜头与较高标准的监视器，可选用一款较合适的测试卡。

1.准备工作

镜头：选用8mm或9mm两可变镜头的精工或Computar等高质量的镜头。

监视器：选用高于500TVL分辨率的黑白监控器和彩色监控器各一台，前者用于测试分辨率，后者在使用时将监控器的对比度、颜色、亮度旋钮旋到适中位置。

测试卡：可以选一种合适的测试卡完成相应的测试项目，常见的测试卡如图2-51所示。我们这里选用的测试卡如图2-52所示。

2.测试调试步骤

第一步：将测试卡摆放水平，摄像机对准测试卡中心，调整摄像机与测试卡距离直到显示器显示图样占满整个监视屏幕。

第二步：将摄像机安装固定在三脚架上。

第三步：在测试卡两旁各放一白炽灯，以45°角照射测试卡，使测试卡上的照射光均匀。

第四步：调整摄像机。关闭摄像机背光补偿BLC、自动增益AGC，将其白平衡设定在ATW，将电子快门切到自动档AES，把镜头光圈旋到最大，依测试卡中间标有Focus Target的放射圈来调整焦距使成像最清楚，放射状的聚焦区如图2-53所示。

图2-51 常见的测试卡

图2-52 摄像机标准测试卡

图2-53 放射状的聚焦区

第五步：再次调整监视器上的图像位置，使其占满整个屏幕。

第六步：把摄像机电子快门档切换到OFF时屏幕会泛白，调整镜头光圈至1/3左右处，使监视器上图像恢复正常。此处可反复调试，即把光圈先开到最大再往回调。

3.测试内容

（1）分辨率测试：观察监视屏上有一组由四条向上合成一束的线，如图2-54所示。此组线从下往上距离越来越小，到其距离小到肉眼认同为“四线合一”处即可。再到测试卡上找这一“四线合一”处所对应标的线数，即为摄像机的分辨率。这种测试方法的误差不会超过20TVL。

（2）频宽测试：从监控器上观看如图2-55所示的频带宽度测试阵列图，观察其清晰最小可容忍值对应的数值即为频带宽度值。

（3）CCD平整度测试：观察监控器四角上的四个同心圆，如图2-56所示，正常时应一样清晰，如果有一个或两个同心圆不清晰，则表示该CCD不平整。

（4）阻抗匹配测试：观察测试图中阻抗匹配测试阵列，如图2-57所示。要求黑色区域与白色区域应分明，不可交错，如果有相互交错的现象，则表明传输通道的阻抗不匹配或有反射信号产生，主要原因是适配器或传输线缆质量有问题。

图2-54 分辨率测试线

Horizontal Resolution in TV lines—水平分辨率（单位：电视线）

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图2-55 频带宽度测试阵列图

Bandwidth in MHz—频带宽度（单位MHz）

图2-56 平整度测试用同心圆

图2-57 阻抗匹配测试阵列

Reflection Check—阻抗匹配检测

（5）色彩还原度测试：比较监控器显示屏与标准测试卡上的彩色栏（Color Bar），如图2-58所示，判断两者是否一致。由于这是测试者的主观判断，所以用这种方式来测试判断是随意性较大的。可以采用专用的彩色测试光碟来比对更为科学。

图2-58 色彩还原度的彩色栏

White—白色 Yellow—黄色 Cyan—青色 Green—绿色 Magenta—洋红色 Red—红色 Blue—蓝色 Black—黑色

（6）自动追踪白平衡测试：更换其他的光源，判断彩色对比栏上的各颜色是否能迅速复位。如果不能迅速复位本色，则说明该机白平衡不良。如有的机子，当灯光突然移到窗外时，整个偏红，或从窗外快速移至灯光下，颜色持续偏蓝等。

（7）信噪比测试：信噪比没有专门的测试频谱，一般采用较简单的方法测试。让屏幕全黑即挡住摄像机的镜头时，看显示屏上的雪花点多与少、雪花点颗粒的粗与细来判别该机的信噪比，雪花点越少越好，颗粒越小越好。

（四）摄像机的安装与调试

摄像机的安装如下。

摄像机的安装包括镜头安装与摄像机机体安装两部分：

（1）摄像机镜头的安装：去掉摄像机及镜头的保护盖，将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。对于自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上，对于电动两可变或三可变镜头，只要旋转镜头到位就暂时不需要校正其平衡状态（只有在后焦距调整完毕后才需要最后校正其平衡状态）。

（2）摄像机机体安装：枪机的安装根据所选择的附件可有五种安装方式：壁挂式、角装式、柱装式、吊装式和扶墙式，球机或半球机因其形状的原因还可以有另外三种安装方式，如嵌入式、吸顶式和支架式。下面以球机或半球机为例介绍几种常见的安装方法。

嵌入式安装：适用于室内环境的吊顶天花板结构，如图2-59所示。

吸顶式安装：适用于室内环境的硬质天花板结构，如图2-60所示。

图2-59 嵌入式安装示意图

图2-60 吸顶式安装示意图

壁挂式安装：适用于室内、室外环境的硬质墙壁结构，如图2-61所示。

图2-61 壁挂式安装示意图

角装式安装：适用于室内、室外环境的成90°夹角的硬质墙壁结构，如图2-62所示。

图2-62 角装式安装示意图

柱装式安装：适用于室内、室外环境的硬质柱状结构，如图2-63所示。

图2-63 柱装式安装示意图

吊装式安装：适用于室内、屋檐或走廊的硬质天花板结构，如图2-64所示。

扶墙式安装：适用于室内、室外环境的硬质墙壁结构，如图2-65所示。

图2-64 吊装式安装示意图

图2-65 扶墙式安装示意图

摄像机机体安装步骤：以球机的吊装式安装为例。

第一步：在天花板上选取适合安装的位置，并用铅笔标定底座四个安装螺孔的位置。

第二步：用冲击钻等工具在天花板的四个标定位置处打孔，并安装上相应孔径的膨胀螺钉，同时打穿一较大孔径的天花板的孔洞用于穿过视频线和电源线等，标定底座孔位置如图2-66所示。

第三步：连接好球机机心的各种线缆，包括视频线、电源线、控制线。打扎各种线缆成一捆，将线缆的另一端依次穿过吊杆连接套、吊杆、底座和天花板等，并将其置于天花板的上面板。

第四步：在底座安装面上均匀涂上防水硅胶，并将穿有各种线缆的底座安装到膨胀螺钉上，并锁上相应的固定螺母，如图2-67所示。

图2-66 标定底座孔位置

图2-67 穿线并固定底座

第五步：安装吊杆套筒至底座上，注意连接处要扎上生料带并涂上防水硅胶，以利于防水，如图2-68所示。

第六步：将球机的上球罩旋至吊杆连接套上，注意也要扎上生料带并涂上防水硅胶，如图2-69所示。

图2-68 安装吊杆套筒

图2-69 安装上球罩

第七步：用安装螺钉将摄像机和镜头安装在组合机心的安装板上，锁紧螺钉，注意摄像机的朝向，还要留有足量的活动空间以利于云台摄像机的旋转。

第八步：把连接好的组合机心沿导向槽导入安装套管内，松开快速接驳器，锁住组合悬罩与组合机心。注意：快速接驳器是方便于快速安装，并承上启下，安装时要确保其完全咬合。

第九步：根据需要，调整垂直限位，通电使摄像机向下调整到所需要的仰俯角度，松开垂直限位螺钉与垂直开关组合，调节限位螺钉达到理想的角度。

第十步：连接亚克力下球罩，用软纸或软布擦干净半球罩，将球罩及装饰圈上的安装孔与组合罩上各柱相吻合，上好装饰柱。

第十一步：按要求接通电源，将摄像机通电，并将摄像机视频BNC输出连接到显示设备上。