摄像机知识培训培训资料课件

摄像机知识培训摄像机知识培训模拟摄像机和网络摄像机的概念从摄像机的主要组成维度划分：模拟摄像机主要由镜头、图像传感器（CCD或CMOS）、DSP/ISP（数字信号处理器）三部分组成；网络摄像机主要由镜头、图像传感器（CCD或CMOS）、DSP/ISP（数字/图像信号处理器）、编码模块四部分组成。模拟摄像机和网络摄像机的概念从摄像机的主要组成维度划分：按摄像机形状分：枪机、半球、一体化摄像机、球机、针孔摄像机按感光芯片分：CCD摄像机、CMOS摄像机按输出图像信号格式划分:模拟摄像机、网络摄像机按成像色彩划分：彩色、黑白按清晰度划分：330TVL、420TVL、480TVL、540TVL、600TVL、700TVL等按像素划分：标清、130万、200万、300万、500万等按灵敏度划分：普通、月光、星光、红外照明按感光元件靶面大小划分：1inch、2/3inch、1/2inch、1/3inch、1/4inch摄像机分类红外网络一体化（IPR）网络枪机（IPC）（防砸）网络半球（IPD/V）外观智能球型摄像机按摄像机形状分：枪机、半球、一体化摄像机、球机、针孔摄像机摄从图像分辨率维度划分：(按PAL制)CIF模拟摄像机的图像分辨率常见有：CIF:352(H)*288(V)=380线/420线D1:752(H)*582(V)=480线/540线/600线960H:976(H)*582(V)=650线/700线网络摄像机的图像分辨率常见有：（标清）D1:752(H)*582(V)=540线/600线

720p:1280(H)*720(V)=130万像素

1080p:1920(H)*1080(V)=200万像素

2048(H)*1536(V)=300万像素

2560(H)*1920(V)=500万像素从图像分辨率维度划分：(按PAL制)CIF模拟摄像机的图像分镜头颜色阵列滤波器图像传感器ADC模数转换图像处理模块ISP（DSP)编码模块2D/3D降噪白平衡AWB伽玛校正宽动态校正闪烁校正CPU控制自动曝光AE自动聚焦AFAGC增益放大反馈控制AF/AE控制算法反馈输出图像数据光光光模拟信号模拟信号数字信号RAWDATA反馈输出摄像机原理功能框图

模拟摄像机原理：镜头、

CCD图像传感器靶面上成像

→

CCD图像传感器输出电信号

→

经摄像机DSP电路处理后

→

输出视频信号网络摄像机原理：镜头、影像传感器、DSP同模拟的摄像机，区别在于网络摄像机后面加上了一个编码模块（IP模块），IP模块—将DSP输出的信号,进行编码,然后输出网络视频信号镜头颜色阵列图像ADC图像处理模块编码模块2D/3D降噪白平1.清晰度2.层次感(通透性）3.色彩还原4.低照效果5.宽动态效果摄像机图像质量关键指标1.镜头2.传感器3.图像处理算法(ISP)4.编码影响图像质量的关键部件影响第一讲摄像机基础原理1.清晰度摄像机图像质量关键指标1.镜头影响图像质量一、影响图像质量的关键部件-镜头1、镜头的光圈（F值）光圈（F值）-----通光量----自动曝光AE--图像亮暗度2、镜头的焦距（f值）镜头的焦距：用小写f值来表示，通过调节镜头的焦距可以改变图像中的物体在整个图像中所占的面积大小也即远近程度。3、镜头的视角镜头的视角是指摄像机镜头所能涵盖多大范围的景物，通常以角度来表示。总结：视角与镜头的焦距和通光量成反比，镜头的焦距越大视角就越小而通光量越小。反之，镜头的焦距越小视角就越大而通光量越大。一、影响图像质量的关键部件-镜头1、镜头的光圈（F值）光圈4.镜头分辨率镜头通常有很多品牌（如：腾龙、富士能、精工、福光等），从分辨率上来看有高清和标清镜头。镜头的像素数越多则意味着每一像素单元的面积越小，因而分辨率也就越高。通常在给摄像机匹配镜头时要注意选择具有优势品牌。5.镜头尺寸按尺寸大小分：1/2”

,1/3”

,1/4

”

镜头尺寸的大小影响着通光量的多少。总结：选用摄像机镜头主要参考点：（遵照高配原则）（1）镜头的尺寸（2）镜头的光圈值（3）镜头的焦距（4）镜头的视角（5）镜头的分辨率4.镜头分辨率镜头通常有很多品牌（如：腾龙、富士能、精工、传感器对图像质量影响分析传感器尺寸（空间分辨率）-----镜头与传感器的匹配---图像清晰度/低照效果

传感器的尺寸越大通光量越大从而使得图像的清晰度越好，低照度下画面整体亮度也越好。镜头要与传感器的尺寸相互匹配，否则大尺寸的传感器配小尺寸的镜头就会出现黑角。2.

传感器类型-----CCD/CMOS-------运动图像清晰度和低照效果

传感器通常有CCD和CMOS类型之分，但CCD比CMOS的传感器的灵敏度高，从而使得在运动物体成像方面优于CMOS不会出现明显的拖尾现象。并且在低照度下的图像整体亮度会优于CMOS而使画面的噪点较小。3.镜头分辨率-------光子分布----图像清晰度（同上镜头的描述）二、影响图像质量的关键部件-图像传感器CCD和CMOS对比传感器类型功耗低照度效果色彩还原度动态范围噪声价格CCD较大较好较好较差较好较高CMOS较小一般一般较好较差较低传感器对图像质量影响分析传感器尺寸（空间分辨率）-----镜高清CMOS背照技术网络摄像机CCD厂家：SONY、KODAK网络摄像机CMOS厂家：美国Aptina、Omnivision日本SONY、Panasonic高清CMOS背照技术网络摄像机CCD厂家：SONY、KO图像处理算法ISP对图像质量影响分析1.色彩插值--------图像清晰度2.2D、3D降噪------图像清晰度/低照效果3.白平衡AWB-------色彩还原4.伽玛校正--------图像亮度（层次感/通透感）5.宽动态-------宽动态效果6.自动曝光算法--------（电子快门，光圈、增益）

------图像亮度（层次感/通透感）7.自动聚焦算法--------图像清晰度三、影响图像质量的关键部件-图像处理算法ISP图像处理算法ISP对图像质量影响分析1.色彩插值-----1.色彩插值(ColorInterpolation)

不论是CCD还是CMOS图像传感器，为了简化工艺和降低成本，一个像素点往往只能记录从纯白到纯黑的系列色调，因而只能给出单色的色调值，不能同时给出RGB三组数据。因此必须通过插补色算法来对每个像素补会其他颜色。2.2DNR、3DNR降噪DNR(DigitalNoiseReduction)为数字降噪技术，用数字处理降低混杂在视频信号中的杂质。从视频信号中将亮度信号(Y)和颜色信号(C)分离(Y/C分离)，分别对它们施与数字处理,将亮度信号中的杂质(飘飞·粗涩)及颜色信号中的杂质(多余的颜色信息)去除。

2D降噪：结合图像空间内行和列，进行降噪。

3D降噪：不仅结合图像空间内行和列，而且结合前后帧方向（时间）进行。开启3D降噪功能会占用较大的处理能力芯片性能会受影响从而影响到运动物体的流畅性。

原始图像打开2DNR打开3DNR1.色彩插值(ColorInterpolation)3.白平衡(WhiteBalance)白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。白平衡就是要解决在不同色温（光谱）的光源条件下，通过调整摄像机内部的DSP芯片中的色彩算法使拍摄出来的图像抵消偏色，还原出物体的真实色彩，这样可以更接近人眼的视觉习惯。还原真实色彩色彩还原不真实4.伽马校正(GammaCorrection)伽玛调整可以调整图像的明暗程度。在视频通信系统中，图像传感器CCD/CMOS主要用于光/电转换，在理想状态时，输入的光强度和电压信号之间的关系应该是线性的，如图(a)所示。但实际上，输入的光强与电压信号之间的关系是非线性的，如图(b)所示。3.白平衡(WhiteBalance)白平衡是描述显示器5.宽动态效果（WDR）宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。注意：在不需要开启宽动态功能的场景里面，如果开启了此功能，可能会影响图像的质量，如图像的清晰度，色彩还原等。

扩展动态范围的方法：多次采样技术、自动增益控制技术、势阱容量调节技术、局部曝光技术、对数响应技术、自适应曝光调节技术，安防宽动态摄像机大多数采用前两种技术来实现。

宽动态摄像机普通摄像机5.宽动态效果（WDR）扩展动态范围的方法：6.自动曝光(AutoExposure)自动聚焦算法

自动曝光指的是以人的视觉主观感觉为依据通过控制曝光量使图像亮度最优化的过程。基本原理：自动曝光主要通过对光圈和快门分别控制或二者联合控制，结合增益调整来实现。通过光圈和快门进行光线的大步长和大范围调整，通过增益控制进行小范围调整。一个好的自动曝光算法将会影响图像的清晰度、亮度、层次感和通透感、低照等效果。

曝光不足（偏暗）正常曝光7.自动聚焦算法(AutoFocus)3A技术（自动白平衡、自动曝光、自动聚焦）是决定摄像机图像质量好坏最关键的技术。景阳拥有完全自主的3A算法，是继日本索尼、日立，成为国内少数掌握该技术的厂家之一。6.自动曝光(AutoExposure)自动聚焦算法曝四、影响图像质量的关键部件-编码算法编码算法-----图像清晰度/码流对于网络摄像机来说，图像压缩方式主要有：

·

JPEG、MJPEG

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MPEG1、MPEG2

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MPEG4

·

H.264采用不同的图像压缩方式，对带宽、码流、存储空间的影响都不一样。采用H.264高阶压缩算法，能够大幅度降低码流，节省带宽和节约磁盘空间。编码算法对图像质量影响分析BaselineProfileExtendProfileMainProfileHighProfileH.264四个层次H.264图像编码效率景阳网络高清全部采用大部分厂家采用此编码层次四、影响图像质量的关键部件-编码算法编码算法-----图像清2、码流大小

码流（DataRate）:是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码率，码流带宽是指传输流在信道中传送数据的速率，通常以比特/秒(bit/s)为单位；

我公司标清设备支持50Kbps-4Mbps,百万支持200Kbps-8Mbps，200万及以上支持500Kbps-12Mbps.

编码可变或固定比特率视频流

VBR（可变比特率）可以保持预定的图像质量水平，无论运动还是缺少运动的场合。但有大量活动的场合可增加使用带宽；

CBR（固定比特率）可用带宽有限的情况下生成固定比特率，由用户预定。缺点是当场景中活动增加，会造成图像质量和帧速下降。景阳高清IPC

场景复杂、运动物体多场景简单，低码流传输4Mbps512Kbps2、码流大小景阳高清IPC场景复杂、运动物体多场景简单，低3.质量等级-----图像清晰度视频编码类型有4种方式可选摄像机的分辨率多种方式可选摄像机有I帧间隔设置码率类型有CBR定码率和VBR变码率两种码率可调图像质量从1-9之间连续可调质量越大所占的码流越大3.质量等级-----图像清晰度视频编码类型摄像机的分辨率摄网络编码芯片介绍芯片厂家型号图像分辨率特点美国TI达芬奇DM355720pARM9270MHz，MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器达芬奇DM365720pARM9300MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器达芬奇DM3681080pARM9432MHz，H.264BP/MP/HP/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器DM81681080PCortexA81.2GHz，H.264BP/MP/HP/MPEG4/MPEG2/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器DM81271080PCortexA81GHz，H.264BP/MP/HP/MPEG4/MPEG2/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器芯片厂家型号图像分辨率特点台湾智源GM8180720pARM9500MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器华为海思Hi3512720pARM9264MHz，H.264/MJPEG，不集成ISP，只能使用带OVT功能的图像传感器Hi35151080pARM9400MHz，H.264/MJPEG，不集成ISP，只能使用带OVT功能的图像传感器Hi35171080pARMCortexA9750MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器Hi35161080pARMCortexA9800MHz，H.264/MPEG4/MJPEG，集成ISP，可以无缝对接各种图像传感器美国安霸A2881080pARM92XXMHz网络编码芯片介绍芯片型号图像特点美国TI达芬奇DM35572问：市场上有很多厂家用同样的Sensor和编码芯片方案，为何图像效果却千差万别？

最主要的原因有以下面三个方面：（1）图像传感器的提供厂家对各个摄像机生产厂家的支持力度不一样；景阳是索尼八大合作伙伴之一，比如：索尼提供一款图像传感器芯片SDK开发包，对景阳会开放90%的程序接口，而对其它摄像机生产厂家只开放50%左右，或者更少。

（2）网络编码芯片的提供厂家对各个摄像机生产厂家的支持力度也不一样；景阳是直接与网络编码芯片厂家取得联系的。很多厂家只与中国区办事处来沟通的，景阳公司研发人员可以随时拿到网络编码厂家的第一手资料。

由此，以上两点可以知道，芯片厂家对摄像机生产厂家的支持力度不一样，从而导致摄像机生产厂家工程师在对摄像机参数精细化调整、性能优化方面存在很大的差距，这是导致相同的芯片方案，图像效果不一样的最主要原因。（3）各个摄像机生产厂家技术积淀不一样，取决于摄像机生产厂家的技术研发实力；模拟时代，摄像机厂家大多数没有机会深入到底层技术，没有积累图像传感器和图像处理技术，目前大多数安防高清厂家采用是内置ISP的CMOS开发，或者直接采用百万高清机芯套件，或者采用方案设计公司的接近成品方案生产高清摄像机。

因此，由于摄像机生产厂家技术研发实力良莠不齐，这也是导致相同的方案，图像效果不一样的另一个重要原因。问：最主要的原因有以下面三个方面：ＩＰ摄像机优势画质优势安全优势应用优势码流优势稳定优势维护优势IP摄像机产品---总体优势六大方面的优势与特点ＩＰ摄像机优势画质优势安全优势应用优势码流优势稳定优势维护优宽动态效果最优低照图像效果好画面干净、通透画质优势色彩还原逼真优化的图像降噪技术，室内/室外夜视的反复调试，保证明亮清晰的夜视图像电路设计和图像处理算法的反复优化和调试，以及大量的室内/室外测试，保证画面的通透感自主研发的摄像机的3A算法，不同色温光线下的反复调试，保证图像色彩在不同光线下的色彩还原真实、准确逆光、背光等环境下的反复调试，采用先进的宽动态Sensor和算法，保证宽动态效果最优IP摄像机优势1---画质优势宽动态低照图像画面画质优势色彩优化的图像降噪技术，室内/室外网络带宽自适应可变/固定码流多种选择平均延时低于250MS4种编码算法可选码流优势3种音频编码可选并发可达4个码流优化的编码算法和网络传输技术和同类IP产品相比，实现视频延时最低有效解决了不同带宽要求的图像传输和存储的问题节省带宽和磁盘空间音频码流最低可达6.3Kbps能根据网络带宽大小和图像质量优先级，自动调节图像码流有效解决不同网络（无线、INTERNET,LAN等)下，图像质量需求和网络带宽的矛盾码流低于同类厂家10-20%有效解决图像质量和网络带宽的矛盾问题，并彻底实现后端解码兼容问题IP摄像机优势2---码流优势网络带宽可变/固定码流平均延时4种编码码流优势并发可达优化的三级看门狗机制长时间拷机测试测试机器人技术完整的IO端口保护可靠的嵌入式软件运行稳定优良的散热结构IP摄像机优势3---可靠性技术内嵌启动时