部分監(jiān)控專用攝像機技術及參數(shù)介紹

    攝像機是監(jiān)控行業(yè)的領頭羊，也是監(jiān)控系統(tǒng)最關鍵的設備之一，它直接影響到圖像的質量，始終是歷次展覽 次展會上的重頭戲。攝像機的品種不斷推陳出新，五花八門，式樣繁多。

    1 攝像機的分類

    依攝像機采用技術分類有:

    (1)模擬式攝像機

    (2)具有數(shù)字處理功能的DSP攝像機

    (3)DV格式的數(shù)字攝像機

    依攝像機成像清晰度分類有:

    (1)彩色高分辨率型，752×582像素，480線

    (2)彩色標準分辨率型，542×582像素，420線

    (3)黑白標準分辨率型，795×596像素，600線

    (4)黑白低照度型，537×596像素，420線

    依攝像機成像光源分類有:

    (1)正常照度可見光攝像機

    (2)低照度攝像機

    1)采用雙CCD作彩色黑白轉換的日夜兩用型。

    2)單CCD同軸多重型攝像機

    3)低速快門型攝像機，也稱為幀累積型

    (3)夜視紅外攝像機依攝像系統(tǒng)結構分有;

    依攝像系統(tǒng)結構分有:

    (1)分離結構組合式攝像系統(tǒng)(有長型和短型像機之分)

    (2)一體化球型攝像系統(tǒng)(最高水平如松下WV-CS850)

    (3)迷你型、半球型攝像系統(tǒng)

    (4)單板型攝像機

    (5)針孔隱蔽型攝像機、鈕扣式攝像機(Button Camera)

    從技術上而言，圍繞著攝像機的各種組成要素，包括攝像機的體積大小和外觀、成像感應方式、分辨率、靈敏度、智能化程度(白平衡、逆光補償、電子快門、同步方式、數(shù)字化處理、屏幕顯示、自動增益等)、一體化水平、安裝使用方式等諸多要素的千變?nèi)f化，不斷有新產(chǎn)品推出。當前，攝像機自身最突出的進步一是低照度和夜視性能大有長進，二是微型化方面進展迅速，三是網(wǎng)絡傳輸功能大有提高。

    就安全防范系統(tǒng)而言，對攝像機的功能要求主要表現(xiàn)在下列三個方面:

    1.要有較寬的動態(tài)范圍，以此來彌補逆光補償功能之不足和設置攝像機的移動探測功能。便處在強背景光下的陰暗物體仍能清晰成像。

    2.具有低照度。使之既能在正常照度下成像，也能在低照度的場合成像，以實現(xiàn)全天候的監(jiān)控。

    3.攝像機的圖像能夠直接遠程傳送或聯(lián)網(wǎng)發(fā)送。

    2　攝像機技術上的進展

    彩色攝像機除了主要的技術指標外，為了在具體應用中獲得最佳視覺效果，還設置有一系列的可調(diào)整功能。包括背景光補償BLC、白平衡、可變電子快門AES、自動增益控制AGC、同步方式的選擇等。作為全球最大CCD芯片供應商的索尼公司和松下公司，其技術進步為眾人矚目，特別是數(shù)字化CCD芯片的水平。

    1.Sony公司采用 Hyper HAD(Hole Accumulated Diode，空穴累積二極管)CCD技術，通過在每一個像素上精確安裝的微型鏡頭OCL(On Chip Lens)把光線會聚到感光區(qū)域，使得Hyper HAD傳感器有高靈敏度，使水平分辨率大為提高。成功地應用于像素值達到44萬的1/3英寸彩色CCD攝象機SSC-Dcl8P之中，高分辨率 使之成為安全防范和監(jiān)視系統(tǒng)專用的DSP攝像機。

    近期，Sony公司又推出了最新的Exwave HAD技術，并應用于SSC-334P攝像機之中。Exwave HAD攝像機的OCL擁有接近零間隙結構，消除了每個微型鏡頭拍攝時產(chǎn)生無影區(qū)域，這令小孔累積層接收到最大數(shù)量的光線，這樣，Exwave HAD攝像機的感光度比Sony公司Hyper HAD攝像機整整高出二倍。另外，Exwave HAD攝像機能把多余光線折射到CCD表面垂直變換記錄器造成的污染(smear)減至最小，現(xiàn)已減低至Hyper HAD攝像機1/50。因此Exwave HAD是一項把極佳感光度和減至極低的Smear Levels成功結合在一起的全新技術。Exwave HAD還包括了智能控制的數(shù)碼后光補償功能和超級自動增益控制AGC功能，令攝像機在低照度下也能產(chǎn)生清晰可見的圖像。

    2.松下公司的超級動態(tài)技術

    對攝像機而言，若被攝圖像同時包含明亮區(qū)域和較暗區(qū)域，此時傳統(tǒng)的背景光補償技術，只能使鏡頭的光圈對被攝物陰暗的部分進行調(diào)整，而被攝區(qū)明亮的部分由于光圈增大導致曝光過度，圖像發(fā)白，失去細節(jié)，因此致使拍攝效果不理想，背景光對監(jiān)視對象的干擾成為需要解決的難題。松下公司為此推出了采用2倍速CCD芯片加圖像處理大規(guī)模集成電路的方案，實現(xiàn)了第一代40倍(1/50秒～1/2000秒)動態(tài)范圍和第二代80倍(1/50秒～1/4000秒)的動態(tài)范圍，有了這種超級動態(tài)技術，在最惡劣的光照條件下，仍能進行高精度的全面監(jiān)視，圖像質量有大輻度的提高。松下公司的1/4"CCD攝像機WV-CS850達到彩色圖像1 LUX、黑白圖像0.06LUX的靈敏度，彩色480線、黑白570線的分辨率和50dB的信噪比，并有22倍光學放大、10倍電子放大共計220倍的圖像放大功能。

    3.傳統(tǒng)模擬信號處理攝像機是分開控制“光圈”和“增益”的，而Sony公司新開發(fā)的數(shù)字光線強度控制功能，則利用了數(shù)字信號處理技術，通過自動調(diào)正"光圈"和"增益"兩個因素來達到最佳配合，以此解決強烈的背景光使物體產(chǎn)生陰影的問題。這樣使攝像機不管人射光如何變化(如從白天到黑夜)，都能在任何條件下和任何時間通過適當?shù)墓饩�獲得清晰的圖像，從而保證背景光補償更有效地完成。稱為全自動背景光補償(BLC)功能。

    此外，因為攝像機感應的是整個畫面范圍，測量的是平均光線強度，因此無論物體出現(xiàn)在畫面的任何地方，控制系統(tǒng)都能靈活地工作，這是測量圖像光線強度方面顯著的進步。從而使得毋須調(diào)整任何光線強度即可安裝攝像機，使之適合于安全監(jiān)控的多種應用。

    4.新型的自動跟蹤白平衡模式ATW pro，保證了精確的彩色還原。ATW pro是一個先進的白平衡裝置，特別適合讓操作者獲得與他眼前所看到的同樣效果的圖像，有效地可操作彩色范圍是2500K至6000K。特別在光線經(jīng)常變化的環(huán)境下，也能讓監(jiān)視者看清物體，效果十分理想。目前市場使用比較成熟的產(chǎn)品有NIKKEN的NK-685C和JVC的TK-C1481BEC兩款。不過自動跟蹤白平衡模式仍然適合于白天的使用，正對強光或陽光時，色彩會偏向強光光源類似色調(diào)。

    5.Sony公司新開發(fā)的Turbo AGC(自動增益控制)技術，使控制增益的范圍比普通AGC范圍寬6dB，即將視像補光控制的范圍由0～18dB提升至0～24dB，從而能更靈活和更有效地增強感光度，這樣即使一個物體在非常低的照明條件下，也能很清楚地區(qū)別出來。

    6.除有正常方式外，還有便圖像輪廓鮮明(SHARP)的方式。使用該方式可使圖像的輪廓在畫面上非常分明，當被攝物體融于一個場景，并帶有與其相近顏色的陰影時，這種方式十分有效，而且這個功能在接有錄像機時仍然有效，從而可記錄下輪廓分明的圖像。

    7.數(shù)碼操控的CCD自動光圈功能。隨著照明的變化，攝像機會自動變化電子快門速度來控制光敏器件的曝光時間，快門速度范圍可從1/50到1/100000秒。CCD自動光圈功能的另一優(yōu)點將體現(xiàn)在記錄的影像質量上。白天利用高速快門拍攝快速運動物體 (如車輛的牌照),在重播時能清晰可見。

    8.諾亞電子公司采用Sony公司的Exview HAD CCD，制造出新一代數(shù)字極低照度高靈敏度彩色攝像機NK-685C(1R)。新的 DSP技術使該攝像機能傳送最佳的AESC(自動曝光，控制范圍達到1/50-1/100000sec)、受頻率分布圖控制的LC(自動逆光補償)、順利完成AE(自動曝光)控制、保證色彩重現(xiàn)的AWB(自動自平衡)，有連續(xù)可變級的電子快門速度控制，可從手動電子快門1/50到1/120,1/250,1/500,1/1000,1/2000,1/5000,1/10000sec多種，達到水平分辨率480線、最低照度0.003LUX 。

    9.臺灣敏通公司用其研發(fā)的DSP IC推出ALPHA系列攝像機，信噪比達到52dB，使圖像畫質大為提高，能夠實現(xiàn)圖像左右反轉的鏡像效果，無論是在2200的燭光亮度環(huán)境下，還是在15000K的強光下，均有完美的白平衡效果，供自然的畫像畫面。有48塊可分別設定的逆光補償功能，有準星光級夜視功能，特別還有可設定的遮蔽功能，而實現(xiàn)圖像畫面的隱私保護或重要目標不可視的要求。

    10.日本池野(iKeNo)公司推出1/3”光纖傳輸CCD攝像機IK-120x系列，水平分辨率480線、最低照度0.03Lux，能感應800～l000nm紅外。此光纖傳輸攝像機的輸出部分技術指標為:波長850nm、距離2.5km、單向接收ST接口、光纖線為62.5/125m，接收部分技術指標為:波長850nm、DC12V60mA、距離2.5km、ST光纖接口、RNC和FEMALE信號接口、帶寬8MHz、光纖線為62.5/125m。

    此外，該公司還推出IK-220x系列同軸視頻控制云臺和鏡頭攝像機，其特點是采用一根視頻線控制云臺和鏡頭，而且不需要配置解碼器。

    11.交流電源線鎖相功能使得攝像機的安裝和同步特別簡單。

    12.除ccD攝像機外，還有較低價位的CMOS攝像機推出。由2于CMOS攝像機體積小，有可能被直接嵌入計算機中而會得到廣泛的應用。

    13.由于安防系統(tǒng)越來越復雜，為了簡化操作，三洋公司提出了三洋安防協(xié)議SSP，為被控制的每一個設備分配一個地址，通過線纜連接，使得一臺控制器能控制多達255臺設備，包括攝像機、分割器、錄像機等等，線纜最大長度大1200米，即使設備關機，SSP信號仍可在線纜上傳輸。

    3 當今主流攝像機家族大團圓

    1.高清晰度攝像機

    對高清晰度攝像機沒有嚴格的界定和分類，多以圖像像素達到752×582或圖像水平分辨率有470線為相對認可標準�，F(xiàn)多采用1/3".SONY CCD)芯片，但1/4"芯片也已嶄露頭角。高清晰度攝像機都有DSP數(shù)字信號處理，某些還有屏幕顯示菜單，如下所示便是一種:

    MAIN MENU

    1.White Balance 8.ENHANCED

    2.IRIS 9.UP/DOWN

    3.ZOOM 10.NEGATIVE

    4.AGC 11.MASK

    5.MIRROR 12.Wide Dynamic

    6.BLC 13.INTEGRATION

    7.FLICKLESS 14.Other Function

    特別是高清晰度低照度攝像機應用面廣，有的還有BNC復合視頻和Y/C雙輸出，Watec美國公司的WAT-202H彩色攝像機更有BNC、Y/C和S-Video三種輸出。

    2．內(nèi)置變焦鏡頭的一體化攝像機

    例如諾亞電子公司的ST-220CB，是1/4″內(nèi)置22倍光學變焦(Zoom Lens)和10倍電子變焦(Digital Lens)的彩色攝像機，分辨率達到彩色480線，黑白600線，最低照度為0.008Lux，以12VDC供電，攝像機本身具有屏幕菜單和畫中畫功能。

    日本Computar公司推出的“GANZ”LC系列攝像機，內(nèi)置2～4mm、3～6mm、4～9mm高速2倍變焦鏡頭，物美價廉，也便于工程安裝。

    3．智能球型或半球型攝像機

    智能球型攝像機是包括攝像機、云臺、變焦鏡頭、球型外罩的一體化裝置，有時也被稱為一體化智能球或簡稱為快球。其關鍵技術一是驅動云臺的馬達性能，二是所采用的電路板型DSP CCD攝像機的性能。智能球型攝像機的球罩多為深色的，但也有露出一條透明槽的，安裝方式有屋頂式和墻體式。

    4．室外監(jiān)控一體化高速攝像機

    日肯牌(NIKKEN)NK-689攝像機主要用于高速公路、機場、大型停車場等廣域性場合的監(jiān)控，配合有可升降及快速旋轉的機械機構。其性能指標如下:

    NK-689

    攝像元件 1/4"Super HAD CCD

    有效像素 440K/410K plxels

    掃描系統(tǒng) 2:1INTERLACE

    水平清晰度 480線

    鏡頭 f=3.9-73.8mm10光學變焦

    光圈 自動/手動

    白平衡 室內(nèi)室外,自動跟蹤白平衡：ATW；indoor,outdoor

    最低照度 彩色:0.1Lux/F1.2，黑白:0.008Lux/F1.2(自動濾光片轉移)

    信噪比 >50dB (AGC OFF)

    電子快門 1/50（1/60）-1/100.000(sec)

    視頻輸出 復合視頻，1.0Vp-p,75Ω

    水平速度 0°-300°/s

    水平角度 360°

    垂直速度 0°-120°/s

    垂直角度 180°

    控制信號 RS485控制格式，有專用控制器

    預置位 128

    電源電壓 110VAC，1.3A

    5．視頻同軸遙控攝像機

    典型代表如日本池野(iKeNo)公司的IK-2205攝像機，它不需要解碼器和控制線，通過視頻同軸電纜即可由攝像機的輸出信號來控制PTZ，實現(xiàn)云臺轉動和鏡頭變倍功能。

    6．采用雙CCD的日夜兩用型彩色攝像機

    具有全光譜適應能力，日夜兩用，白天以彩色圖像成像，夜間則以黑白圖像成像，彩色/黑白隨照度變化自動轉換。這樣即使在黑暗環(huán)境下，仍能拍攝到有一定清晰度的圖像，若與紅外燈配合使用，可實現(xiàn)零照度正常工作,從而使其能實現(xiàn)24小時全天侯監(jiān)控。

    7．使用單CCD的日夜型攝像機

    是另一種能實現(xiàn)24小時連續(xù)攝像的方式，不論是在太陽下還是在夜間，均可攝得鮮明影像。有超過400線的高分辨率和優(yōu)良的信噪比，并可拍攝高速移動物體影像。諾亞電子公司的Ex-view HAD高感度攝像機以聚光鏡片來提升CCD對光的感應度。日本JVC公司的產(chǎn)品TK-S544，通過采用具有控制CCD儲存時間方式的電子感應提升功能，對應有白天和夜間的自動光圈與靈敏度控制方式，是同軸多重型攝像機。

    臺灣敏通公司的63WI攝像機則通過對黑暗區(qū)域作8ms的曝光、對明亮區(qū)域作0.lms的曝光，使得黑暗區(qū)城和明亮區(qū)域都有完美的曝光，達到了280:1的寬動態(tài)范圍48dB，實現(xiàn)了星光模式0.0035Lux、正常模式0.5Lux的成像，成像效果好。

    8．高光敏度紅外影像攝像機

    即夜視攝像機，是當今熱門的攝像機機種。一般來說，紅外線攝像機需要搭配紅外線光源，主要有發(fā)光二極管LED和鹵素燈兩類紅外線光源。Waten美國公司的LCL-902HS高靈敏度紅外攝像機具有570線和0.00015Lux指標。

    9．發(fā)展勢頭正旺的微型化攝像機

    微型化即超迷你型，體積微小，配合各種物品偽裝可作秘密監(jiān)視或景物窺視。Watec America公司的產(chǎn)品讓人耳目一新，對于許多特殊領域的應用而言，可謂是求之不得的佳品。

    1)LCL-622鈕扣攝像機(Button Camera)，攝像機尺寸為22mm×25mm×13mm

    LCL-622

    圖像傳感器 1/4"CCD

    有效像素 250K Pixels

    掃描系統(tǒng) 2:1交*

    分辨率 330線

    焦距 3.6mm針孔鏡頭，水平角69°

    同步系統(tǒng) 內(nèi)同步

    視頻輸出 復合視頻，1.0Vp-p,75Ω

    靈敏度 5Lux@F2.6

    信噪比 >46dB(AGC Off)

    電子快門 1/50-10000s

    電源電壓 5V DC,160mA

    鈕扣尺寸 ф12.5mm

    重量 約5g

    2)微型球型攝像機(Dome Camera)LCL-UF05，攝像機尺寸為Ф59mm×35mm。

    LCL-UF05

    攝像元件 1/4"CCD,10bit彩色

    有效像素 330線

    掃描系統(tǒng) 4.3mm鏡頭

    水平清晰度 手動160°

    鏡頭 手動160°

    10．網(wǎng)絡攝像機

    它是指可直接接入網(wǎng)絡的數(shù)字化攝像機，它包含有CPU，并由編解碼芯片完成對圖像及聲音的壓縮和動態(tài)錄像的回放。此類攝像機拍攝的圖像既可傳送給個人電腦，也可以加到Web站點的主頁上，或者附在電子郵件中發(fā)送，故也被稱為Web攝像機。它將是未來應用的主流。例如瑞典AXIS 2120內(nèi)置Web Server，從而可在任何TCP/IP網(wǎng)絡環(huán)境下一插即用，通過Internet或LAN網(wǎng)作實時傳送影像，實現(xiàn)遠端監(jiān)控。