摄像机基础知识
时间：2013-09-11 阅读：433
CCD是在MOS晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是MOS（金属—氧化物—半导体）电容结构。它是在半导体P型硅（si）作衬底的表面上用氧化的方法生成一层厚度约100nm~150nm的Sio2，再在Sio2表面蒸镀一层金属（如铝），在衬底和金属电极间加上一个偏置电压（称栅电压），就构成了一个MOS电容器。所以，CCD是由一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列构成的。
目前的CCD器件均采用光敏二极管代替过去的MOS电容器，它是在P型Si衬底上扩散一个N+区域以形成P-N结二极管。将光电二极管反向偏置，就可在光电二极管中产生一个定向电荷区（称之为耗尽区）。在定向电荷区中，光生电子空穴分离，光生电子被收集在空间电荷区中。空间电荷区对带负电的电子而言、是一个势能特别低的区域，因此通常又称之为势阱。投射光产生的光生电荷就储存在这个势阱之中，势阱能够储存的zui大电荷量又称之为势阱容量，势阱容量与所加栅压近似成正比。
光敏二极管和MOS电容器相比，光敏二极管具有灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小等特点。如果将一系列的MOS电容器或光敏二极管排列起来，并以两相、三相或四相工作方式把相应的电极并联在一起，并在每组电极上加上一定时序的驱动脉冲，这样就具备了CCD图像传感器的基本功能。
CCD摄像机的组成
黑白CCD摄像机的组成及原理如图2所示。
由图看出，CCD黑白摄像机一般由CCD图像传感器、扫描驱动及同步信号产生部分、视频图像处理及放大部分、摄像镜头、电源等5大部分组成。
而CCD彩色摄像机的组成，是在上述5大部分的基础上增加彩色滤波器阵列、红外截止滤光片与彩色信号的处理电路等。至于网络摄像机的组成，除前面所说的摄像机的基本部分外，至少要增加能实现网络传输的功能，即要增加视频压缩处理与视频服务器等。至于有人在文章或网上登载的“网络摄像机由感光摄像镜头、传感器、系统指示灯、网络指示灯、网线插口、电源接口以及报警触发等核心装置组成。”就差未说螺丝钉，真正的组成一部分都没有说对。
CCD摄像机的正确使用与镜头等的安装调整
安装镜头
*，摄像机必须配接镜头才可使用，但镜头合适与否，应根据应用现场的实际情况来选配。如有定焦镜头或变焦镜头、手动光圈镜头或自动光圈镜头、标准镜头或广角镜头、长焦镜头以及一些特殊镜头等。此外，还应注意镜头与摄像机的尺寸搭配，以及它们之间的接口是C型还是CS型，要不要加5mm的接圈等。
实际安装镜头时，首先要去掉摄像机及镜头的保护盖，然后将镜头轻轻旋入摄像机的镜头接口并使之到位。如是自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连到摄像机的AI插口。
连接电源线与信号线
镜头安装好后，就可连接电源线及视频信号线。对12V供电的摄像机来说，应通过220VAC转12VDC的电源适配器，将12V输出插头插入摄像机的电源插座。摄像机的电源插座大多是内嵌式的针型插座，将12V小电源输出小套筒插头插入即可。但有的摄像机是两个接线端子，这就需要旋动接线端子上的螺钉，将12V小电源输出线剪开插入并拧紧螺钉就行。需指出的是，必须注意电源线的极性，以防烧坏摄像机。
摄像机输出的视频信号均由其后面板上的BNC插座引出，用具有BNC插头的75Ω的同轴电缆，一端接入摄像机的视频输出（VideoOut）插座，另一端接到监视器的视频输入（Videoin）插座上。zui后，接通电源并打开监视器，即可看到摄像机摄取的图像。
有的摄像机有内置拾音器，其后面板上有输出声音的RCA插座，用具有RCA插头的屏蔽电缆，一端接入摄像机的RCA插座，另一端接到监视器的音频输入（Audioin）插座上，就可听到所监控的现场的声音。
镜头光圈与对焦的调整
在安装好镜头、连接好电源与信号线后，往往得不到理想而清晰的图像，这就需要调整镜头的光圈与对焦。为此，首先关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将摄像机对准欲监视的场景，再调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像*。如果是在光照度变化比较大的场合使用摄像机，配接自动光圈镜头并使摄像机的电子快门开关置于OFF。如果选用了手动光圈则应将摄像机的电子快门开关置于ON，并在应用现场zui为明亮（环境光照度zui大）时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为*（不能使图像过于发白而过载），这时镜头才算调整完毕。这样，当现场照度降低时，电子快门将自动调整为慢速，再配合较大的光圈，仍可使图像达到满意的程度。
值得说明的是，在调整过程中，若不注意在光线明亮时将镜头的光圈尽可能开大，而是关得比较小，则摄像机的电子快门会自动调在低速，虽然仍可在监视器上形成较好的图像，但光线再变暗时，因镜头的光圈比较小，而电子快门已经处于zui慢（1/50s），此时的成像就可能是昏暗一片。
在镜头的光圈与对焦调整好后，zui后装好防护罩并上好支架即可。
需要指出的是，如果是电动变焦镜头（二可变或三可变），其镜头前部取景镜面与防护罩取景玻璃面之间，必须要充分预留下聚焦动作所需的工作间隔空间（即距离）。否则，镜头在聚焦动作时将会推伸出一部分长度与防护罩的窗口玻璃发生碰撞并顶住，从而可能造成聚焦电机的损坏。但预留的聚焦工作距离不能过长，过长会妨碍镜头的光通量特性而影响成像效果。的办法是，手动旋转镜头聚焦取景部位，分别在左右两个方向上轻轻地旋转至底到不可调为止，这时即可地找出应预留的工作距离。
镜头后焦距的调整
所谓后焦距也称背焦距，它指的是安装上标准镜头（标准C/CS接*头）时，能使被摄景物的成像恰好在CCD图像传感器的感光面上。一般摄像机在出厂时，对后焦距都作了适当的调整，因此在配接定焦镜头的应用场合，通常都不需要调整摄像机的后焦跬。
但在有些应用场合，可能出现当镜头对焦环调整到极限位置时，仍不能使图像清晰。在这种情况下，首先须确认镜头的接口是否正确，如果确认无误，就需要对摄像机的后焦距进行调整。
定焦镜头后焦距的调整
*步：将镜头正确安装到摄像机上；
第二步：打开摄像机自动电子快门开关，将镜头光圈开到zui大，并把对焦环旋至无限远处；
第三步：对准拍摄一个20m以外的物体；
第四步：将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转后焦调节环（对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环，）直至画面zui清晰为止；
第五步：重新旋紧内六角螺钉。
变焦镜头后焦距的调整
在绝大多数摄像机配接电动变焦镜头的应用场合，往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。其后焦距调整的步骤如下：
*、二、三步同定焦镜头的调整；
第四步：用镜头控制器调整镜头的变焦，将景物推至zui远，即望远状态。
第五步：用镜头控制器调整镜头的变焦，将景物拉至zui近，即广角状态
第六步：将摄像机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松，并旋转后焦调节环（对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环，）直至画面zui清晰为止；
第七步：重新将镜头推至望远状态，看第四步拍摄的物体是否仍清晰，如不清晰再重更第四、五、六步骤，直至景物在镜头变焦过程中始终清晰为止；
第八步：zui后旋紧内六角螺钉。
彩色CCD摄像机的调整
彩色CCD摄像机主要有白、黑平衡以及相应调整和色温调整等，下面分别介绍。
白平衡（WhiteBalance）的调整
由光源的色温概念中知，同一光源在不同的色温下，或不同的光源在同一色温下，人眼感觉其照射的白色物体的颜色会有差异。如同一房间内同时开启日光灯及白炽灯照明，人眼会感觉日光灯照射的白色墙壁偏蓝，而白炽灯照射的白色墙壁偏红。由此可知，彩色摄像机在不同的环境色温下，对白色墙壁应正确地重现白色，因此需要进行白平衡调整。所以，白平衡直接影响重现图像的彩色效果。当摄像机的白平衡设置不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不带色彩的景物（如白色的墙壁等）也着上了颜色。
什么是白平衡？
由于彩色摄像机需输出有“彩色”的视频信号，而这个“彩色”是用亮度、色调、饱和度来描述的，其中亮度用来表示某彩色光的明亮程度，色调反映颜色的种类，饱和度是指颜色的纯度或颜色的深浅程度。一般把色调和饱和度通称为色度，因此色度表示颜色的类别与深浅程度，它与亮度一起描述“彩色”。
自然界中常见的各种颜色光，都可由红、绿、蓝三种颜色光按不同比例相配而成，而绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光。在理想情况下，彩色CCD摄像机的红、绿、蓝三条等效光路得到的光能量是相等的，所以摄像机输出的红、绿、蓝信号电压也是相等的，从而使标准彩色监视器能重现彩色摄像机所摄的纯白色的景物。因此，人们把拍摄白色物体时摄像机输出的红、绿、蓝三基色信号电压相等（即UR=UG=UB）的现象，称为白平衡。
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