图像传感器术语汇总

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1. CCD(ChargeCoupledDevices)电荷耦合器件,

CCD是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。由于CCD器件具有诸多优点:灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、空间自扫描,抗震动、抗磁场、体积小、无残影等。主要厂家:Sony,Sharp,Panasonic,Nextchip,Hitachi,LG等。目前CCD主要使用高质量的DC、DV和高档手机上,其图像质量较好,但是整个驱动模组相对比较复杂,而且目前只有曰本一些企业掌握其生产技术,对于选用的厂商来说成本会比较高昂。

2.CMOSCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体)

主要厂家:Aptina,OminiVision,Pixim等。CMOS模组比较简单,目前很多厂商已经把驱动和信号处理的ISP(Image Signal Processor)集成在模组内部,这样体积就更小,而且其生产技术要求相对简单、工艺比较成熟、成本较低、外围电路简单、图像质量也可以满足一般的要求,所以在嵌入式市场中占有很大份额,目前一些高端的CMOS Sensor的质量已经可以和CCD的质量相媲美。

3. 成像元件尺寸
 
    1英寸   ——尺寸为宽12.7mm*高9.6mm,对角线16mm。

    2/3英寸 —— 尺寸为宽8.8mm*高6.6mm,对角线11mm。

    1/2英寸 —— 尺寸为宽6.4mm*高4.8mm,对角线8mm。

    1/3英寸 —— 尺寸为宽4.8mm*高3.6mm,对角线6mm。

    1/4英寸 —— 尺寸为宽3.2mm*高2.4mm,对角线4mm。

 

4. 像素

    在PAL制,有752(H) x 582(V),也就是所谓44万像素。

    在NTSC制,有768(H) x 494(V),也就是所谓38万像素。

   所以同样高线机,P制的像数比N制多,P制解析度会多10-20条。

 

5. 分辨率:

 

   分辨率是用电视线(简称线TV Lines)来表示的,也可以通过测分辨率的图纸目测,500线-1000线。

 

6. 最低照度

 
   在暗房内,摄像机对着被测物,然后把灯光慢慢调暗,直到显示器上快要看不清楚被测物为止,这时量光线的照度,就是最低照度。
   几乎没有厂家会去做这种测试,那…老故事又来了,很久很久以前,松下跟索尼的机子低解的标1.1Lux(F1.2),那台湾做出来就标0.5吧,后来的只好标0.2,你标0.2,我就标0.1,他标0.05……。
 
7. 信噪比
 
   任何电路只要通电后都会产生噪讯,包括元件及线路本身所产生的,当然噪讯越小,画面看起来会越干净,我们用视频讯号跟噪讯的比值来表示,那当然越大越好,数学式是 20log(V2/V1),V2指视频讯号,V1指噪讯大小,单位是“dB”。
   还是老故事,很久很久以前,松下跟索尼的机子噪讯比标50dB,那台湾做出来就标……,嘿嘿!一看起来就是比较差,不好意思吹牛了,那就标48好了,可是不好看?修饰一下:“大于48dB”,所以“>48dB”就是这样来的,不论阿猫阿狗做出来的摄像机,一律就这样标了,有去测?我头剁给他!
   当摄像机摄取较亮场景时,监视器显示的画面通常比较明快,观察者不易看出画面中的干扰噪点;而取较暗场景时,监视器显示的画面就比较昏暗,观察者很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱与摄像机的信噪比指标有直接关系,即信噪比越高,干扰噪点对画面的影响就越小。信噪比是信号电压对于噪声电压的比值,通常用符号S/N来表示。在一般情况下,信号电压远高于噪声电压,比值非常大,信噪比的单位用db来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC(自动增益控制)关闭时的值,因为当AGC接通时,会对小信号进行提升,使得噪声电平也相应提高。信噪比的典型值为45~55db,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,不出现噪声一般都是根据需求来调AGC,使得到满意的结果,AGC也是有限度的,不是想怎么调就怎么调。 
 
8. 电子快门
 
  为了让影像亮度正确,我们必须正确控制摄像机的入光量,调整入光量要从镜头的光圈及像机的快门着手,一般我们用手动镜头时,光圈调固定就不动了,如果这时遇到强光怎办?很简单,在CCD还没过曝前,DSP就赶紧把CCD上的讯号“扫”下来吧,也就是光线强时抓快些,光线弱时抓慢些,抓一次相当于我门用单反相机时“喀嗏”一声,单反像机是机械式快门,我们这是电子式,所以叫“电子快门”。
   跟据DSP规格书,电子快门速度在PAL制时是1/50秒到十万分之一秒,所以大家就这样标了,实际应用上如果机子调校不良,是达不到十万分之一的,如果机子在太阳下看起来像蒙层细白纱,不是很清楚,那八成是快门速度不够。
 
9. Gamma补偿
 
   什么是Gamma?简单解释,CRT管子是跟据电子束打在屏幕上的强度来决定产生的亮度,打的越强就越亮,但不是1:1的,也就是说,在很强的时后并不会成比例的那么亮,这是CRT管的特性,因此视频输出就得在高亮度时做些刻意的增强,这就叫Gamma补偿,个补偿曲线叫0.45,只要给DSP下个指令就好了,一点技术都没有,有的机子会加个开关,让你选择0.45或1,1的补偿曲线是1:1的,在某些强光环境下还蛮好用的(是强光下,非逆光下)。
 
10. 背光补偿
  

    什么是背光补偿,这又跟快门速度有关了,举个例子:当一部摄像机装在ATM上,对着大街,在大太阳下,环境很亮,所以机子快门速度当然是很快的,才不会过曝,这时如果有人来提款,脸对着镜头,由于目前机子采全面测光,基本上受环境影响,整体还是很亮,在高速快门下,人脸的曝光量不足,就显的黑黑的,这就是摄影学上面所说的“背光”,就是,背面有强光,导致主体曝光不足而变黑。

    所以问题就出在全面曝光上,假使我们只取一部份画面来测光,比如说中间,那人脸在画面中间,这时DSP会测到曝光不足,便会放慢快门速度,这时人脸就清楚了,但是因为快门速度慢了,导致背景(街上)反而过曝而白茫茫一片。

    所以背光补偿就是根据特定的测光区域,调整电子快门(或自动光圈),使得测光区域内的曝光值正常,不在测光区域内的就不管了,测光区域由DSP参数设定,一般是取中间1/9处,或加上下方1/3处成凸字型。

 
11. AGC
 
   就是电子自动增益,是摄像机基本功能,有人为了让画面看来亮些,刻意调的很高,这样在低照度时很容易就白茫茫一片了,所以有人干脆就在这搞个开关,要高要低,自己来吧。
 
12. 接口形式
  

    接口形式有C-Mount及C/S Mount,又要说故事了,当初做出摄像机时,总得配个镜头,因此搞了个接口标准:“直径为25.4mm,每英吋32个螺牙,边缘至CCD距离为17.526mm”。这就叫C接口,机子及镜头就比照这标准,彼此才能搭配。

    那时后的镜头里面由八片镜片组合而成,后来松下搞了个五片玻璃的镜头,成本是省了,但是成像距离短了约5毫米,也就是镜头要更靠近CCD 5毫米。怎办?那就改标准了,把上头“边缘至CCD距离为17.526mm”改为12.5mm不就得了,这就叫C/S 接口,现在几乎所有机子都用C/S接口,再付一个C/S转C接口的加长环。

 
13. 自动光圈
 
   也就是可接的自动光圈镜头的形式,目前自动光圈镜头有两种:

    一种是视频驱动(Video),这时摄像机就必须输出个视频讯号给镜头。

    另外一种就是直接驱动(DC),这时摄像机就必须有个电路来自行比对视频的大小,然后直接输出两组电压给镜头去“直接”推动光圈。

 

 

14. 视频输出

 

    标准是1 Vpp,也就是1伏特(峰值对峰值),标都是这样标,但常有厂家为求看起来“亮”一点,信号能拉的远,就故意增加信号强度,把视频输出提高到1.5或1.7V,以为电压越高就跑的越远,在接DVR及配线时会引起一些困扰。倒霉的就是工程商了,画面出问题,又换电源又换线的,打死也想不到是视频输出根本不标准。

    视频参数:1Vp-p+/-0.1(75ohm),其中+/-0.1V表示误差为+0.1V到-0.1V,75ohm表示输出阻抗为75欧姆。

 

 

17. 自动白平衡

 

   ATW ON/OFF(自动白平衡):开关拨到ON时,通过镜头来检测光源的特性/色温,从而自动连续设定白电平,即使特性/色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。

    (1) 自动白平衡(automatic white balance;AWB) 自动储存物体预设的白平衡。适用于固定光源的地方。

    (2) 自动追踪白平衡(automatic tracking white balance;ATW)可经常对一个物体的色温变化追踪和侦测,并自动调整白平衡。适用于定期光源改变的地方,例如夜间用萤光灯来替代天然光线之地方。

 

18. 自动亮度控制/电子亮度控制

 

    ALC/ELC(自动亮度控制/电子亮度控制):当选择ELC时,电子快门根据射入的光线亮度,而连续自动改变CCD图像传感器的曝光时间(一般从1/50到1/10000秒连续调节)。选择这种方式时,可以用固定或手动光圈镜头替代ALC自动光圈镜头。

 

19. FLICKERLESS(无闪动方式)

 

    在电源频率为50Hz的地区,CCD积累时间为1/50秒,如果使用NISC制式摄像机,其垂直同步频率为60Hz,这样将造成视觉影像不同步,在监视器上出现闪动;反之,在电源为60Hz的地区用PAL制式摄像机也会有此现像。为克服此现像,在电子快门设置了无闪动方式档,对NISC制式摄像机提供1/100秒,对PAL制式摄像机提供1/120秒的固定快门速度,可以防止监视器上图像出现闪烁。

 

20. 星光模式

 

    星光模式能让 CCD 摄像机在非常弱的光线情况下,比如 0.0002Lux 照度等级,看到清晰的彩色影像。
  所有的 CCD 摄像机都是设计工作在 1/50,1/60~1/2000 秒的快门速度,因此最低照度等级或者称为感光度在使用  F1.2  和 5600k 条件下限制在 3 到 6Lux 。星光模式 CCD 摄像机专有数字讯号处理器能使得 CCD 的快门速度低到  1~10  秒,因为长时间快门打开的物理原理, CCD 可以收集到更多的光子,因此比传统摄像机提高 100 到 600 倍的感光度。

 

21. 超宽动态

 

   超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。
   宽动态摄像机比传统只具有 3:1 动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从 120,000Lux 到星光夜里的 0.00035Lux 。当摄像机从室内看窗户外面,室内照度为 100Lux ,而外面风景的照度可能是 10,000Lux ,对比就是 10,000/100=100:1 。这个对比人眼能很容易地看到,因为人眼能处理 1000:1 的对比度,然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题,传统摄像机只有 3:1 的对比性能,它只能选择使用 1/60 秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光,但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法摄像机选择 1/6000 秒取得室外影像完美的曝光,但是室内的影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。

 

22. 漏光排斥比

 

    漏光是由 CCD 传感器设计的缺陷造成的,每个摄像机有一个 CCD 传感器,由于 CCD 传感器的缺陷,进入 CCD 传感器的强光   将会穿透抵抗层产生过度的影像,这些不需要的影像称做拖光, CCD 摄像机抵抗强光的能力称为漏光排斥比。

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