CCD摄像机使用说明介绍.doc

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1、CCD摄像机使用说明介绍　　技术定义上讲，最低照度应该是在标准的电视帧比率下，CCD摄像机输出电平为某一幅度下所需的屏幕照度，其单位为1ux。当然这里包括摄像机处于最大增益，光圈最大（所谓光圈最大，即最小的f数，对于1/2英寸ccd摄像机，典型值为f1.4，而对于2/3英寸ccd摄像机，典型值为f1.7）;另外，对于屏幕的反射率也应该是89.9%，色温3，200k，γ为0.45，自动拐点关断等等。　　　　一、最低照度的测试条件　　1、最大增益　　一般为+18db，但是+24db和+30db的摄像机相继出现。由于摄像机最大增益的不同，其最低照度也会不同，必然产生混乱。　　2、输出电平

2、　　决定最低照度的一个主要因素是摄像机的输出电平，是标准电平的100%（0.7v），还是70%（0.49v）等，怎样才算较为合理。由罗伯特？以瑟在“摄像机低照度性评估”一文资料所示（见表1），可以看出，同一类型、不同厂家，或同一厂家、不同类型的摄像机，其输出电平的要求也不一样。　　从表1可以看出，对广播级摄像机，其输出电平均要求100%，这是比较统一的;但对于后三档的摄像机，要求各异，并无统一标准，可见所声称的最低照度不是在统一标准下得出的。　　3、γ曲线　　上面说过，最低照度的一个测定条件是γ=0.45，但并非全是如此。另外有几种情况影响γ曲线：　　a.黑压缩。这在摄像机中广泛使

3、用，其主要目的是减小低照度下的噪波，这显然影响γ曲线。　　b.自动拐点电路。这也在摄像机中广泛采用，其目的是压缩高照度下的动态范围，使得曲线明显偏离0.45，这也是为什么在测量最低照度时要将该功能关断的原因。　　二、最低照度与s/n　　在低照度下多使用高增益，势必使s/n恶化。从后面的计算可知，若摄像机增益为0db，γ=1时s/n为60db。如果增益改为+18db，则s/n为42db;当增益+18db，γ=0.45时，s/n为36db。为了在低照度下不使s/n过度恶化，CCD摄像机通常采用以下措施：　　1、芯片CCD　　a.采用大的CCD芯片　　一般来说，大的CCD芯片，其相应的象

4、素面积也较大，接受所摄光的面积增大，必然使象素输出电荷增多，灵敏度上升，容易使摄像机整体质量提高。如目前2/3英寸芯片广泛用于广播级，1/2英寸芯片广泛应用于专业级，1/3~1/4英寸广泛用于家用级。但芯片尺寸大小，必然增加摄像机镜头和分色棱镜的体积和重量，这也是家用机种采用小芯片尺寸的一个原因。另外须说明的是，即使采用较大的芯片也未必能令s/n有明显的改变。按理说，2/3英寸CCD芯片的象素面积比1/2英寸CCD芯片的象素面积大一倍，而1/2英寸CCD芯片象素面积比1/3英寸CCD芯片象素面积也大一倍，但并非相应s/n高一倍。因为目前芯片技术不断改进，特别是应消费的需求，1/2、

5、1/3英寸CCD芯片结构做得较为复杂，使移位寄存器、传输门、控制线和通道中止等所占面积减小，从面使象素受光面积增大，结果提高了这些小芯片的灵敏度，或者说提高了s/n。　　b.微透镜技术　　在每个CCD象素芯片上都加有一个新型的半球形微透镜，并结合光跟踪模拟技术，使光电转换效率大大提高。　　c.backthinning技术　　它可增加量子效率1~2倍，这种技术在专业级CCD中使用，可较好地改善低照度性能。　　d.致冷CCD　　虽然CCD暗电流噪波或者说热噪波和固定图案噪波在常温下并不重要，但随着温度升高，其影响不可忽视。通常温度升高10℃，暗电流增加一倍。在CCD芯片上采用特有的电子

6、冷却器，可使芯片的工作温度降低15℃左右。当芯片的温度超过35℃时，这种电子冷却器开始工作，以使s/n维持不变，这对室外恶劣环境下作业的eng很有效。　　1、CCD信号读出　　采用双象素读出技术，dpr（doublepixelreadout）将两个CCD象素的电荷（电平）加在一起，从而输出一个两倍电平的图像信号。这样，可在不加大噪波电平的同时实现图像信号+6db的提高。　　2、电路处理　　a.黑压缩　　我们知道，γ系数对于低照度下信号（0.1~0.3v）影响很大，特别是噪波。采用黑压缩，可以减小γ值，相对来说减小了噪波。　　b.黑切割　　通过切割低照度下的黑电平，可以明显减小噪波。

7、　　c.减小带宽　　低照度下一般都伴随着高增益。为了减小噪波，减小带宽，或者说降低清晰度是常采用的。常用的方法是采用数字降噪技术;比较视频场，其间差别不大，予以平均可提高s/n;其缺点是产生滞后（lag）。也可以对一个场内象素间进行比较平均，但这样分辨力降低。　　上面已经谈到，最低照度值受多个条件制约，在一般条件下最低照度值可以由摄像机灵敏度推出：如某一摄像机的灵敏度为f8、2，000lux（0db），它等效于f1.4、62.5lux（0db），或f1.4、7.8lu