监控:CCD技术为安防时代带来了什么?

2010-08-14 11:58:49来源: IT168 关键字:监控  CCD  安防

  CCD,是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件缩写,它是一种特殊半导体器件,上面有很多一样的感光元件,每个感光元件叫一个像素。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。CCD使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。  

CCD在摄像机中的的发展

  CCD摄像机的迅速发展,对摄像镜头提出了更高的要求,在CCD摄像机中,CCD片直接固定在分光棱镜上,虽然精度很高,但一经固定就不能移动。它不能象摄像管那样可前后微调位置,以减少镜头纵向色散像差的影响。又因为CCD的信号输出是靠时钟脉冲驱动电荷转移而得到的,不像摄像管中,依靠电子束的连续扫描来拾取信号,所以对镜头的横向色散引起的重合误差亦无法校正,因此要求在镜头的设计阶段就将色散校正到最低限度。

  CCD摄像机镜头的光学玻璃质量应更好,并精确计算好R、G、B的成像面位置。近期又推出内聚焦式镜头。以往的外聚焦式是聚焦组透镜在镜头的最前方,调焦时可前后移动,前面遮光罩也随之旋转。而内聚焦方式是聚焦组镜头分固定和可移动两部分,固定部分在前,可移动部分在后,调焦时变焦距镜头前端(连同遮光罩)固定不动,而后面可移动部分移动,这种方式结构复杂些,机械精度要求高,但可做到最合适的像差校正。因为内聚焦式镜头在调焦时前端固定不动,所以可将遮光罩做成画面形状的矩形。

  这样可充分通过有效光线而遮挡无用光线,与图形遮光罩相比,可减轻杂散光的影响,并且便于安装有确定位置关系的各种滤光镜,如偏光镜、交叉光镜和半彩色滤光镜等。调焦时,用它们所得出的画面效果不会改变。另外还有可移动部分镜片少,重量轻,操作方便,电机驱动时省电、调焦速度快等优点。

CCD摄像器件杂谈

  D摄像器件进入广播电视领域后,发展迅速,每年都有改进,新的CCD摄像机不断问世。CCD的缺点不断克服,性能不断提高,在灵敏度方面已超过摄像管摄像机一档光圈,水平分解力达700电视线以上,信杂比达60dB以上,重合精度达到小于0.05%,几何失真达到测不出的程度,彩色还原赶上氧化铅管摄像机。

  CCD垂直拖尾、固定图形杂波和网纹干扰等缺点也正在克服。CCD摄像机的发展关键是CCD器件的不断创新。第一代FT(帧转移)式CCD是FT-4,每行600有效像素;第一代IT(行间转移)式CCD每行500个有效像素。1986年第一代CCD应用于专业摄像机,灵敏度低、在标准条件下光圈F4、网纹干扰明显且垂直拖尾色偏红较严重。第二代FT CCD是FT-5,每行有效像素784个;第二代IT式CCD是空穴积累二极管传感器CCD,每行有效像素786个。1989年第二代CCD应用于CCD摄像机,其灵敏度为F5.6,水平分解力达700电视线。第二代CCD有了空穴积累层,使暗电流减小到原来的1/10,减小了像素面积,提高了像素密度,并减轻了垂直拖尾,使拖尾不再发红。第三代CCD 1991年应用于CCD摄像机,其特点是提高了灵敏度,比第二代CCD摄像机减小了一档光圈,IT式CCD的第三代称为高精度空穴积累二极管CCD(Hyper HAD CCD),用它可使摄像机的光圈减小到F8.0。第三代CCD的结构与第二代CCD基本相同,不同的是在它表面上增加了一层微透镜,称为片上透镜,在传感器上为凸透镜,在垂直转移寄存器上为凹透镜,这样可使较多的入射光聚集到传感器上,从而提高了灵敏度,也减少了漏进垂直转移寄存器上的光,进而减轻了垂直拖尾。用这种CCD摄像机拍摄时,光圈不用太大,景深可大些,低照度下图像杂波较小,信杂比提高,也有利于提高电子快门速度。但片上微透镜也有一些缺点:一是会使“空间像素偏置”效果降低,因而影响了静止图像的清晰度;二是在因照度低而加大光圈时,入射到微透镜上的远轴光线不能聚焦到感光面上,使灵敏度受影响,也会使垂直拖尾加重。第四代CCD,1992年第四代CCD摄像机投入使用,其特点是高分解力,其典型产品是Hyper HAD 100型FIT(帧行间转移)式CCD,有效像素为980×582=570360个,高达62万像素,高清晰度电视(HDTV)摄像机所用的CCD像素达200万。

  

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0814/article_2888.html
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