摄像机 基础知识介绍 与简易故障排查 天地伟业公司培训资料

1、产品中心通用产品部 1摄像机结构及主要部件的工作原理摄像机结构及主要部件的工作原理23摄像机性能指标与功能简介摄像机性能指标与功能简介常见故障与排查常见故障与排查目录目录眼睛成像原理摄像机成像原理摄像机结构原理摄像机结构原理 仿生学仿生学摄像机原理：摄像机原理：摄像机成像的原理和眼睛成像过程非常相似，光线照射景物，景物上的光线反射通过摄像机成像的原理和眼睛成像过程非常相似，光线照射景物，景物上的光线反射通过镜头（晶状体）聚焦，镜头（晶状体）聚焦，CCD(互补金属氧化物导体，作用类似于视网膜互补金属氧化物导体，作用类似于视网膜)就会感知到图像。图像信就会感知到图像。图像信息通过息通过PCB板线路

2、传到摄像头的板线路传到摄像头的“大脑大脑”DSP芯片芯片(数字信号处理芯片数字信号处理芯片)，经过芯片处理后的信，经过芯片处理后的信息经过视频线传输就让我们看见摄像头机息经过视频线传输就让我们看见摄像头机“看见看见”的物体了。的物体了。摄像机组成摄像机组成摄像机核心：摄像机核心：1、图像 汇聚： 镜头部分 2、图像 传感器： CCD/CMOS3、数据处理 及转化： DSP摄像机结构摄像机结构镜头镜头作用：作用：晶状体晶状体 ，会聚光线，没有镜头，那么摄像机输出的图像就是白茫茫的一片，没有图像输出，会聚光线，没有镜头，那么摄像机输出的图像就是白茫茫的一片，没有图像输出 。其基本结构如下图一其基本

3、结构如下图一C式和式和CS式式:C-mount： 图像传感器到镜头之间的距离为图像传感器到镜头之间的距离为12.5 mmCS-mount： 图像传感器到镜头之间的距离为图像传感器到镜头之间的距离为17.5 mm。差别是镜头距差别是镜头距CCD靶面的距离不同靶面的距离不同:C式比式比CS式距离式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度以保靶面多一个专用接圈的长度以保证镜头与摄像机正常聚焦证镜头与摄像机正常聚焦 （如下图二）（如下图二）手动变焦手动变焦电动变焦电动变焦针孔镜头针孔镜头镜头实物展示镜头实物展示镜头结构镜头结构光圈光圈 光圈（瞳孔）光圈（瞳孔）通常摄像机通过光圈或曝光时间来控制光通量。光圈的

4、的作用是用来调节和控制通过通常摄像机通过光圈或曝光时间来控制光通量。光圈的的作用是用来调节和控制通过镜头的光的总量。镜头的光的总量。手动光圈：手动光圈：手动光圈镜头上的光圈通常在摄像机安装时进行设置，以适应当前环境中主要的光线手动光圈镜头上的光圈通常在摄像机安装时进行设置，以适应当前环境中主要的光线条件。此类镜头的光圈适用于环境照度变化不大的场所，设定完成后不易进行变更条件。此类镜头的光圈适用于环境照度变化不大的场所，设定完成后不易进行变更自动光圈：自动光圈：对于室外或照度会经常改变的场景来说，非常适合使用带有自动光圈调节功能的镜头。对于室外或照度会经常改变的场景来说，非常适合使用带有自动光圈

5、调节功能的镜头。光圈孔径通过摄像机来进行控制（光圈孔径通过摄像机来进行控制（DC/VIDEO)，它会被经常改变以保证图像传感器始终能接，它会被经常改变以保证图像传感器始终能接收到最佳级别的光线。收到最佳级别的光线。光圈结构自动光圈镜头枪机光圈驱动接口摄像机结构摄像机结构 C C DCCD：Charge Coupled Device 电荷耦合器件电荷耦合器件 将光学影像模拟信号转化为数字信号将光学影像模拟信号转化为数字信号 “视网膜视网膜”，是摄像头的核心，是摄像头的核心-摄像机靶面（视网膜）摄像机靶面（视网膜）-光电效应光电效应CCD内部结构分析内部结构分析3CCD技术简介技术简介CCD尺寸：

6、（对角线）尺寸：（对角线） l ” 宽高9.6mm,对角线16mm -军用领域 2/3 ” 宽高6.6mm,对角线11mm -高清、道路监控1/2 ” 宽高4.8mm,对角线8mm -道路或森林防火 1/3 ” 宽高3.6mm,对角线6m - 监控领域 1/4 ” 宽高2.4mm,对角线4mm -监控领域 CCD品牌：品牌： 日本日本SONY、松下、松下、SHARP，韩国也有生产，韩国也有生产 ，质量稍逊一筹，质量稍逊一筹 摄像机结构摄像机结构 COMSCMOS和CCD一样同为在摄像机中可记录光线变化的半导体。(互补金属氧化物导体互补金属氧化物导体)CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别

7、，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。 CCD与COMS对比分辨率及观光度：分辨率及观光度：CMOS 每个画素的结构比 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感光器的分辨率通常会优于CMOS。信噪比：信噪比：CMOS每个感光二极管旁都搭配一个 ADC 放大器，如果以百万画素计，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

8、大器的CCD，CMOS最终计算出的噪声就比较多。画质处理能力：画质处理能力：COMS为单点感光计算，较CCD的行场扫描模式更为精准。因此COMS芯片在图像的色彩处理及图像处理、边缘检测等更有优势 VS镜头与CCD匹配镜头与CCD匹配原则：“一一对应 ” 1/2” -1/2” ；1/3” -1/3” 1/2”镜头既可用于1/2”摄像机，也可用于1/3”摄像机，但视角会减少25%左右。1/3”镜头不能用于1/2”摄像机，只能用于1/3”摄像机。 镜头小 镜头大 匹配 图像黑边 视角减小 完整图像 限度：镜头可大不可小，最好正好！ DSP（digital signal processor）是一种独特

9、的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收件。其工作原理是接收模拟信号模拟信号，转换为，转换为0或或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界

10、中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP芯片芯片CCD芯片摄像机结构摄像机结构 DSP1摄像机结构及主要部件的工作原理摄像机结构及主要部件的工作原理23摄像机性能指标与功能简介摄像机性能指标与功能简介摄像机分类摄像机分类目录目录摄像机性能指标与功能简介摄像机性能指标与功能简介性能：性能： 摄像机性能指标摄像机性能指标-清晰度清晰度 摄像机性能指标摄像机性能指标-最低照度最低照度 摄像机性能指标摄像机性能指标-信噪比信噪比 摄像机性能指标摄像机性能指标-增益增益 摄像机性能

11、指标摄像机性能指标-电子快门（电子快门（ES） 摄像机性能指标摄像机性能指标-白平衡白平衡 摄像机性能指标摄像机性能指标-背光补偿背光补偿功能功能 摄像机性功能摄像机性功能-宽动态宽动态 摄像机性功能摄像机性功能-强光抑制强光抑制摄像机性能指标摄像机性能指标-清晰度清晰度清晰度（分辨率）清晰度（分辨率） 清晰度数是衡量摄像机优劣的一清晰度数是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。当超过）上能够看到的最多线数。当超

12、过这一线数时，屏幕上就只能看到灰这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的条数。的条数。 工业监视用摄像机的分辨率工业监视用摄像机的分辨率通常在通常在420650线之间线之间 拍摄一张全尺寸照片拍摄一张全尺寸照片300线线500线线水平分辨率水平分辨率摄像机性能指标摄像机性能指标-最低照度最低照度室内室内 室外室外 仓库2075 Lux 晴天100001000000Lux 紧急通道3075 Lux 阴天10010000 Lux楼梯走廊75200 Lux黎明黄昏110 Lux商店75300 Lux满月之夜0.11 Lux办公室及接待室300500

13、 Lux多云之夜0.010.1 Lux 银行2001000 Lux晴天时星光下0.0010.01 Lux会议厅3001000 Lux阴天时星光下0.0001 0.001Lux 最低照度 最低照度也称为灵敏度，是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯（Lux），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件信噪比信噪比信号电压信号电压/ /噪声电压噪声电压，通常用符号，通常用符号S/NS/N来表示来表示 典型值为46dB，若为50dB，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60dB，则图像质量优良，不

14、出现噪声。 摄像机性能指标摄像机性能指标-信噪比信噪比噪音常常表现在电子元件噪音常常表现在电子元件传输或接收信号的时候传输或接收信号的时候摄像机性能指标摄像机性能指标-增益增益 所有摄象机都有一个将来自 CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。具有AGC功能的摄像机，在低

15、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。 AGCS/N摄像机性能指标摄像机性能指标-电子快门（电子快门（ES） 电子快门的英文全称为ElectronicShutter，是对比照相机的机械快门功能提出一个术语，它相当于控制CCD图像传感器的感光时间。由于CCD感光的实质是信号电荷的积累，则感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。通过调整光生信号电荷的积累时间（即调整时钟脉冲的宽度），即可实现控制CCD感光时间的功能1/50S1/200S快门速度自动控制白平衡（Automatic White balance Control

16、，AWC），需要先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色参考目标，然后将通过菜单或开关设置从手动改变为自动方式，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为230010000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。不同的白平衡模式下图像效果有较大差异，如下图，为，如下图，为ATWATW和和ATWSPEDATWSPED不同效果不同效果摄像机性能指标摄像机性能指标-白平衡白平衡通常摄像机的AGC工作点是通过

17、对整个视场的内容做评价来确定的，但如果视场中包含一个明亮的背景区域和一个很暗的前景目标时，其工作点有时是不合适的，如图1开启背光补偿功能时，摄像机会仅仅针对一个子区域来平均确定其AGC的水平从来保证目标物的清晰可现，如图2摄像机性能指标摄像机性能指标-背光补偿背光补偿 在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于CCD的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。而宽动态这一技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体摄像机性功能摄像机性功能-宽动态宽动态通道通道A 高高 感光度感光度

18、数据数据通道通道B 低感光度数据低感光度数据宽动态宽动态（WDR） 目前有两种实现方式1、双CCD：一个CCD计算高亮度场景的效果，一个CCD计算低亮度场景的效果，最后合成为平均效果2、 PIXIM芯片：数字处理芯片，将图像分为若干小像素，单独计算亮度，再合成均衡(15BW,35LW)摄像机功能摄像机功能-双滤光片双滤光片 CCD可以感应红外线，为了确保白天不偏色，我们给CCD带上一个太阳镜，滤除红外线和紫外线（滤光片） 到了晚上，将太阳镜摘下去，换一个平光镜，这样红外线就可以看到吸附式切换结构齿轮式切换结构摄像机性功能摄像机性功能-强光抑制强光抑制由于CCD传感器的缺陷，进入CCD传感器的强

19、光 将会穿透抵抗层产生过度的影像， CCD摄像机抵抗强光的能力称为为强光抑制。软件自动分辨画面强光点，对强光点附近区域进行补偿获得清晰图像1摄像机结构及主要部件的工作原理摄像机结构及主要部件的工作原理23摄像机性能指标与功能简介摄像机性能指标与功能简介常见故障与排查常见故障与排查目录目录摄像机常见故障 无图像 图像模糊无法对焦 图像有干扰 图像画面太暗无法调亮 摄像机输出色彩偏色 图像发白的原因 无图像状况 可能故障原因 解决方法 线路故障 断线或短路 查线或更换线路 无电源 变压器故障或摄像机电源模块烧毁 更换变压器或保险丝 单一画面黑屏 BNC头未接入主机,硬盘录像机或矩阵该路处理芯片故障

20、 查BNC头接入情况,检查压缩芯片及矩阵 镜头故障 光圈未打开 打开镜头或更换镜头 摄像机內部故障 电源输入端二极体或限流电阻或稳压IC烧毁 ；图像输出端前75欧姆电阻烧毁 更换 图像模糊无法对焦状况 可能故障原因解决方法 设置问题 后焦未调好,菜单中关闭某些功能（驱动方式） 调摄像机后焦打开摄像机菜单查询相应功能选项 镜头故障 受潮或灰尘过多 擦拭或更换 监视器故障 显像管老化或电路故障 维修或更换 图像有干扰状况 可能故障原因 解决方法 变压器不良 电源不稳，杂讯过大 更换变压器 线路不良 接头太多或线路接触不良 更换线路 若干条间距相等的竖条干扰 由于视频传输线的特性阻抗不是75，因而导致阻抗失配造成的串接电阻并接电阻 出现木纹状的干扰