原创 摄像机原理及分类

1.         摄像机原理

摄像机是用来将光学图像转换为电学图像，并可通过显示设备，还原所拍摄光学图像的装置。从第一代摄像机发展到现在，摄像机取得了巨大的发展，从黑白到彩色，从普通*机到一体机，宽动态，低照度、分辨率、信噪比等技术指标迅速提升，然其基本原理基本没有改变。

摄像机主要由镜头、影像传感器（主要是CCD/CMOS器件）、DSP等组成，被摄物体经过镜头聚焦至CCD上，CCD由多个X-Y纵横排列的像素点组成，每个像素都由一个光电二极管及相关电路组成，光电二极管将光线转变成电荷，收集到的电荷总量与光线强度成比例，所积累的电荷在相关电路的控制下，逐点移出，经滤波、放大，再经过DSP处理后形成视频信号输出。

CCD是摄像机的核心器件，其性能高低将直接影响摄像机的品质，目前 CCD主要被索尼 、松下、夏普等厂家垄断，DSP也基本掌握在国外知名厂家手中。

CCD按色彩来分有黑白、彩色之分，按尺寸来分主要有1/4，1/3，1/2尺寸等规格，按分辨率有高解低解、工艺不同灵敏度高低不同等，价格也千差万别，不同CCD和DSP的组合，配合不同的镜头，形成我们市场上形式多样的产品。

CMOS图像传感器在每个像素位置内都有一个放大器，这就使其能在很低的带宽情况下把离散的电荷信号包转换成电压输出，而且也仅需要在帧速率下进行重置。CMOS图像传感器的优点之一就是它具有低的带宽,并增加了信噪比。由于制造工艺的限制,早先的CMOS图像传感器无法将放大器放在像素位置以内。这种被称为PPS的技术,噪声性能很不理想，而且还引来对CMOS图像传感器的种种干扰。

随着制作工艺的提高，使在像素内部增加复杂功能的想法成为可能。现在，在像素位置以内已经能增加诸如电子开关、互阻抗放大器和用来降低固定图形噪声的相关双采样保持电路以及消除噪声等多种附加功能。

因为电荷被限制在像素以内，所以CMOS图像传感器的另一个固有的优点就是它的防光晕特性。在像素位置内产生的电压先是被切换到一个纵列的缓冲区内，然后再被传输到输出放大器中，因此不会发生传输过程中的电荷损耗以及随后产生的光晕现象。它的不利因素是每个像素中放大器的阈值电压都有细小的差别，这种不均匀性就会引起固定图像噪声。然而，随着CMOS图像传感器的结构设计和制造工艺的不断改进，这种效应已经得到显著弱化。

2.         摄像机分类

摄像机分类标准很多，简介几种如下。

按质量档级分类： 　　

(1) 广播级摄像机：广播级摄像机一般用于电视台和节目制作中心，其质量要求较高，如清晰度700-800线，信噪比60dB以上，从镜头到摄像器件，电路等都是优等的，当然其价格相当惊人，一般在10万元以上，如BVP-70P，DV-700P等。 　　

(2) 专业级摄像机：业务级摄像机一般常用于教育部门的电化教育及工业监视等系统中。 　　其性能指标也比较优良，开始采用单管（如DXC-1640），双管（DXC-1800），现在多为三管（DXC-M3A）或三片CCD（如DXC-3000P，DXC-6000P，DXC-M7，DXC-537） 　　专业级摄像机价格相对较低，一般在10万元以下。 　　

(3) 家用级摄像机：这个档级的摄像机种类繁多，主要特点是体积小，重量轻，功能多，使用操作简便，价格低廉，一般在1万元左右。其质量等级比不上广播级或专业级，多为单片CCD摄录一体机。

按拍摄的光谱范围分类： 　　

(1) 黑白摄像机：作键控字幕，或工业监视用。 　　

(2) 彩色摄像机：用途最为广泛。 　　

(3) 红外线摄像机：夜间监控。 　　

(4)  X光摄像机：医疗、安检。 　　

按摄像元件的CCD/CMOS靶面的大小划分：

(1)1in靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm。 　　

(2)2/3in靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm。　　

(3)1/2in靶面尺寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm。　　

(4)1/3in靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm。　　

(5)1/4in靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm。　　

(6)1/5in等。

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