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1、監(jiān)控?cái)z像機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)IQ篇,2018,Outlines,一、攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用 二、與圖像相關(guān)的常用術(shù)語 三、攝像機(jī)的常用指標(biāo)及測(cè)試方法 常用指標(biāo)及其測(cè)試方法 影響圖像質(zhì)量的因素 四、CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí) 五、FAQ,攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用,,鏡頭 通過利用不同形狀、不同材質(zhì)的多片透鏡組合，將所需視野中所有物體的發(fā)出的光線匯聚到成像傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)； 濾光片 濾光片可以將特定波段的光線進(jìn)行阻隔；目前監(jiān)控常用的濾光片主要為可移動(dòng)濾光片（IR-cut，ICR），移動(dòng)濾光片由兩片濾光片組成，一片可通過可見光，阻隔其他波段的光；一片可通過任何波段的光。這種濾光片需要用帶IR糾正的鏡
2、頭來彌補(bǔ)其兩種濾光片折射率不一致造成的失焦問題。,攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用, 圖像傳感器 圖像傳感器的作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 監(jiān)控用的圖像傳感器有CCD和CMOS兩種； CCD 優(yōu)點(diǎn)：成像質(zhì)量好，信噪比高 缺點(diǎn)：功耗較大，成本較高，制作工藝復(fù)雜 CMOS 優(yōu)點(diǎn)：功耗較小，相同分辨率下成本比CCD低，工藝簡單 缺點(diǎn)：噪點(diǎn)較大，成像質(zhì)量相對(duì)較差,攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用,常用CCD/CMOS標(biāo)稱芯片尺寸,有效像素（ Effective Pixels ）,有效像素?cái)?shù)是指真正參與感光成像的像素值。最高像素的數(shù)值是圖像傳感器的真實(shí)像素，這個(gè)數(shù)據(jù)通常包含了感光器件的非成像部分。,,,總像
3、素,有效像素,攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用, ISP（Image Signal Processor） 圖像處理器的作用是將Sensor輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行各種圖像處理，如降噪（Noise Reduction）、銳化（Sharpness）、白平衡（AWB），自動(dòng)曝光控制（AE），亮度控制，Gamma調(diào)整等等。,公司現(xiàn)有產(chǎn)品使用的ISP平臺(tái)： 海思、Mstar、Sony、EN,攝像機(jī)成像部分主要器件及其作用,,清晰度 清晰度是指攝像機(jī)捕捉圖像細(xì)節(jié)的能力，通常用電視線（TVL）來衡量 色彩還原性 指攝像機(jī)對(duì)各種顏色的還原能力 亮度靈敏度 衡量攝像機(jī)在低照度環(huán)境下的圖像表現(xiàn)能力,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,
4、,色溫 光源的色溫是通過對(duì)比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的；熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時(shí)的開爾文溫度就是那個(gè)光源的色溫，它直接和普朗克黑體輻射定律相聯(lián)系；色溫對(duì)攝像機(jī)的AWB功能影響很大。,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,常見光源色溫,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,信噪比（S/N ratio） 信噪比是信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值，通常用符號(hào)S/N來表示。由于在一般情況下，信號(hào)電壓遠(yuǎn)高于噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用dB來表示。一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是在AGC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)AGC接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高；,信噪比越大圖像質(zhì)
5、量越優(yōu),,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語, Gamma Gamma 校正補(bǔ)償了不同輸出設(shè)備存在的顏色顯示差異，從而使圖像在不同的監(jiān)視器上呈現(xiàn)出相同的效果。Gamma值的修正，可以改變畫面明暗，增加對(duì)比。,不同Gamma曲線的圖像效果對(duì)比,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,最低照度 攝像機(jī)輸出端之視頻信號(hào)幅度降至額定電平的一半時(shí)物體的最小照度。此外，測(cè)試時(shí)最低照度的數(shù)值，是受諸多因素影響的，包括： 各廠家的定義值有所不同； 鏡頭光圈對(duì)數(shù)值影響很大； 受光源色溫影響； 和被攝物體的反射率有關(guān)； 和AGC的大小、快門狀態(tài)等有關(guān)。,一般最低照度的表示方式： 0.01 lux F1.2，AGC ON,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語
6、, AGC （Auto Gain Control） Sensor在照度低時(shí)輸出的信號(hào)很弱，恢復(fù)出來的圖像亮度也很低，為了使最終得到的圖像亮度達(dá)到要求，需要對(duì)sensor輸出信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，而照度高時(shí)，不需要進(jìn)行增強(qiáng)，攝像機(jī)內(nèi)部會(huì)使用AGC模塊，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 一般情況下，AGC說的是給攝像機(jī)設(shè)置的增益最大值，攝像機(jī)會(huì)根據(jù)照度自行在最大值和最小值之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。 說明：提高AGC的值并不能提升信噪比；在低光照環(huán)境下提高AGC值可使畫面亮度提高，但是噪點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)增多。,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,色調(diào)和飽和度 色調(diào)（Hue） R、G、B三種原色，兩兩以不同比例混合后產(chǎn)生的顏色。,飽和度（Saturati
7、on）/色彩濃度 飽和度是指色彩的鮮艷程度，也稱色彩的純度，濃度。 飽和度越高，顏色越鮮艷；飽和度越低，顏色越暗淡；,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,飽和度相同，色調(diào)不同,色調(diào)相同，飽和度不同,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語, 快門速度（Shutter Speed）、曝光時(shí)間 曝光時(shí)間是指sensor像素點(diǎn)被通電，開始接收外界的光信號(hào)到被切斷電源停止工作的時(shí)間間隔。 曝光時(shí)間的長短由快門速度決定，快門速度越高，曝光時(shí)間越短,運(yùn)動(dòng)物體就會(huì)在底片呈現(xiàn)更清晰的影象；反之快門速度越低，曝光時(shí)間越長,運(yùn)動(dòng)的物體就越模糊； 表示方法： 曝光時(shí)間25ms、33ms 快門速度1/25, 1/30, 1/100, 1/1000
8、,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語, AE （Auto Exposure） 攝像機(jī)根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)整曝光量，包括曝光時(shí)間、增益等參數(shù)； AWB （Auto White Balance） 白平衡是攝像機(jī)的重要指標(biāo)之一；白平衡的作用是使攝像機(jī)在不同色溫的照明環(huán)境下都能正確還原物體的顏色，使其不偏色。 AWB的常用模式：ATW、AWB、Manual,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,例子：白平衡不正確引起的偏色,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,降噪（Noise Reduction） 降噪是指對(duì)攝像機(jī)圖像上的噪點(diǎn)進(jìn)行處理的過程，分為2D降噪和3D降噪兩種； 2D降噪 對(duì)單幅圖像的噪點(diǎn)進(jìn)行處理，將其減弱，
9、處理后的圖像會(huì)相對(duì)柔和 3D降噪 通過對(duì)前后兩幀的圖像進(jìn)行對(duì)比篩選處理，從而將噪點(diǎn)位置找出，對(duì)其進(jìn)行增益控制，從而減少噪點(diǎn)。采用3D降噪的攝像機(jī)，圖像噪點(diǎn)會(huì)明顯減少，圖像會(huì)更透徹。,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,銳度（Sharpness） 銳度是反映圖像邊緣對(duì)比度的一個(gè)指標(biāo)。 銳度越高，邊緣越清晰； 銳度越低，圖像越柔和； 如果將銳度調(diào)得過高，則會(huì)在物體邊緣出現(xiàn)黑邊、白邊等現(xiàn)象，圖像看起來失真而且刺眼。所以，為了獲得相對(duì)清晰而又真實(shí)的圖像，銳度應(yīng)當(dāng)調(diào)得合適。 說明： A. 過分提高銳度并不能提高清晰度； B. 提高銳度，會(huì)相應(yīng)的增加圖像噪點(diǎn)，銳度越高，噪點(diǎn)越大；,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,例子：銳化過
10、高引起的黑邊和白邊,,,,,,與圖像相關(guān)的常用術(shù)語,寬動(dòng)態(tài)（Wide dynamic Range，WDR） 寬動(dòng)態(tài)就是場(chǎng)景中特別亮的部位和特別暗的部位同時(shí)都能看得特別清楚。寬動(dòng)態(tài)范圍是圖像能分辨最亮的亮度信號(hào)值與能分辨的最暗的亮光信號(hào)值的比值。寬動(dòng)態(tài)的表現(xiàn)方式以“倍數(shù)”或“dB”來表示,普通攝像機(jī),寬動(dòng)態(tài),BLC,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,常用指標(biāo)及其測(cè)試方法 清晰度 色彩還原性 低照性能 動(dòng)態(tài)范圍 白平衡 信噪比 曝光的穩(wěn)定性,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,1、分析圖像指標(biāo)的常用軟件,HYRes分析攝像機(jī)的中心清晰度,Imatest分析色彩還原性、清晰度、動(dòng)態(tài)范圍等多種圖像指標(biāo),
11、,2、清晰度的測(cè)試方法,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,,,,,,,,用HYRes分析結(jié)果,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,3、色彩還原性的測(cè)試方法,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,4、低照度的圖像質(zhì)量測(cè)試方法,照度計(jì),24色卡,,5、動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,6、白平衡測(cè)試,2000K,6500K,4000K,10000K,9000K,2700K,7、信噪比測(cè)試,,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,,,8、曝光穩(wěn)定性測(cè)試,,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,影響圖像質(zhì)量的因素 1、Sensor Sensor的靈敏度、像素
12、大小對(duì)攝像機(jī)的低照效果起決定性作用；像素面積越大，低照效果越好； Sensor的工藝水平影響低照環(huán)境下的圖像噪聲狀況；,,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,有FPN,無FPN,2、ISP 各個(gè)平臺(tái)的ISP算法不同，同樣的圖像做處理，效果區(qū)別也會(huì)很大。 ISP的功能，如：有無3D NR對(duì)低照效果有影響；有無Smart IR對(duì)夜視效果有影響等； 3、鏡頭 鏡頭的清晰度要和sensor的分辨率配合；邊緣清晰度和中心清晰度相差不能過大； 鏡頭的通光量（F值）影響攝像機(jī)的低照性能 鏡頭的色差程度，影響圖像的紫邊/藍(lán)邊等 好的鏡頭反光狀況會(huì)輕微一些，差的鏡頭反光嚴(yán)重，圖像發(fā)蒙 鏡頭的裝配要求比較高：平整
13、度、對(duì)焦點(diǎn),,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,4、圖像參數(shù)設(shè)置 亮度設(shè)置越高，圖像越亮，圖像越容易發(fā)蒙、過曝；低照時(shí)噪點(diǎn)越多； 對(duì)比度越高，圖像亮度越高，越容易過曝；對(duì)比度越低，圖像越暗； 色調(diào)，調(diào)整后容易偏色； 飽和度越高，色彩越濃，低照時(shí)彩色噪聲越多； 銳化：值越高，邊緣越銳利，同時(shí)圖像噪聲越多 降噪：值越高，邊緣越柔和，圖像噪聲越少，與銳化是矛盾的 AGC：值設(shè)置越高，低照時(shí)圖像亮度越高，噪聲越多,,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,5、結(jié)構(gòu)、組裝 對(duì)于紅外產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)對(duì)夜視的影響非常大；鏡頭和燈板的高度配合、與球罩、前殼玻璃的距離都有要求，高度配合不好，夜視容易發(fā)蒙；外殼的反光程度
14、也對(duì)夜視效果有影響； 燈板角度與鏡頭視場(chǎng)角要配合；燈板角度大于鏡頭視場(chǎng)角，夜視距離不夠；燈板角度小于鏡頭視場(chǎng)角，夜視會(huì)有手電筒效應(yīng)；,,,衡量圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)及測(cè)試方法,,鏡頭 的原理 通過利用不同形狀、不同材質(zhì)的多片透鏡組合，將所需視野中所有物體的發(fā)出的光線匯聚到成像傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)。,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),鏡頭內(nèi)部光路圖,,鏡頭的構(gòu)造,,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),CS接口,CS型安裝座攝像機(jī)上使用C型鏡頭的話，需要加一個(gè)高度為5mm的轉(zhuǎn)換接圈。,,清晰度,焦距,成像靶面,支持IR功能,鏡頭F值,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),鏡頭的種類 按照光圈調(diào)節(jié)方式分類： 手動(dòng)光圈鏡頭 自動(dòng)光圈鏡頭：直流驅(qū)
15、動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭（DC Auto） 視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭（Video Auto Iris） 按照焦距不同分類： 定焦鏡頭：單一焦距段可聚焦 變焦鏡頭：在一段焦距范圍內(nèi)都可聚焦成像,,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),鏡頭的規(guī)格,,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,1、分辨率 鏡頭的分辯率是指在成像平面上1毫米間距內(nèi)能分辨開的黑白相間的線條對(duì)數(shù)，單位是“線對(duì)/毫米”（lp/mm）。 象元大小可以大致計(jì)算出需要鏡頭的線對(duì)數(shù) 根據(jù)實(shí)際配合的經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果的2/3，Sensor可以接受,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),2、焦距透鏡的光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的物體在傳感器上所形成影像的大小。
16、假設(shè)以相同的距離面對(duì)同一物體進(jìn)行拍攝，那么鏡頭的焦距越長，則物體所形成的影像就越大。,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),同一臺(tái)攝像機(jī)，不同焦距時(shí)成像大小的對(duì)比,,3、光圈（F值） 為了控制通過鏡頭的光通量的大小，在鏡頭的后部均設(shè)置了光圈。鏡頭焦距和鏡頭有效孔徑的比值稱為光圈系數(shù)，也稱為F值，光圈系數(shù)決定被攝像的照度(亮度)，F(xiàn) 值越小，光圈越大，到達(dá)SENSOR的通光量就越大。鏡頭的最大光圈系數(shù)往往標(biāo)示在鏡頭上，如1:1.2或F1.2 。,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,4、視場(chǎng)角（FOV） 鏡頭所能覆蓋的范圍，通常以角度來表示，這個(gè)角度就叫鏡頭的視角FOV。鏡頭的焦距越長，視場(chǎng)角越小。
17、,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,視場(chǎng)角和分辨率的關(guān)系 當(dāng)攝像機(jī)的分辨率是截取輸出時(shí)，視場(chǎng)角會(huì)隨之改變,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,,視場(chǎng)角和Sensor像素的關(guān)系 Sensor像素點(diǎn)大小影響視場(chǎng)角,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,同樣是1080P的攝像機(jī)，同一個(gè)2.8mm鏡頭，CMOS像素點(diǎn)大小決定了視場(chǎng)角,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),5、景深 景深是指能清晰成像的范圍,相同焦距，光圈不同，景深的區(qū)別,,景深的現(xiàn)象，在焦距長、對(duì)焦距離近的時(shí)候容易出現(xiàn) 對(duì)安防鏡頭來說，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是近似無窮遠(yuǎn)的最大景深 景深是一個(gè)模糊的概念，因?yàn)闊o法界定到底什么是清晰和模糊 攝像機(jī)像素高、顯示屏面積大、觀察者站
18、得近都會(huì)影響景深 對(duì)攝像機(jī)調(diào)試來說，景深的影響體現(xiàn)在： 如果對(duì)焦距離太近，遠(yuǎn)處成像是模糊的 長焦鏡頭需要的調(diào)試距離非常大，對(duì)場(chǎng)地空間有要求,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,6、摩爾紋 被拍攝物體的細(xì)節(jié)正好和成像系統(tǒng)的極限分辨率相當(dāng)時(shí)圖像上出現(xiàn)的雜訊；,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),7、畸變 畸變是廣角鏡頭很正常的一種光學(xué)現(xiàn)象，8mm以上幾乎就沒有畸變了 光學(xué)設(shè)計(jì)低畸變需要增加鏡片數(shù)量，增大鏡頭體積，成本較高 安防鏡頭的設(shè)計(jì)就是為了監(jiān)控較廣的區(qū)域，畸變大，視角也就更大,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),8、鬼影，眩光 任何一顆鏡頭，在特定的焦距、角度，都有鬼影現(xiàn)象 攝像機(jī)的IR-CUT（反射式紅外
19、濾光片），它產(chǎn)生的鬼影是最嚴(yán)重的 CMOS表面的保護(hù)玻璃也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的反射,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),9、色散 白光是由多種顏色的光復(fù)合而成的； 不同波長的光線的焦距是不同的； 相同材質(zhì)，對(duì)不同波長的光線，折射率是不同的；,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),色差（又稱為“色散現(xiàn)象”）是由于鏡頭沒有把不同波長的光線聚焦到同一個(gè)焦平面而形成的，俗稱紫邊。,,,CCTV鏡頭基礎(chǔ)知識(shí),鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系 1. 焦距大小的影響情況 焦距越小，景深越大，視場(chǎng)角越大，畸變?cè)酱? 2. 光圈大小的影響情況光圈越大，圖像亮度越高，景深越?。?3. 像場(chǎng)中央與邊緣 一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高; 一般像場(chǎng)中心較邊
20、緣光場(chǎng)照度高;,FAQ,Q1：圖像效果不滿意如何微調(diào) 顏色偏淡適當(dāng)調(diào)高飽和度； 圖像偏暗適當(dāng)調(diào)高亮度； 提高對(duì)比度可稍微提高圖像亮度和通透性； 圖像噪聲大可適當(dāng)提高降噪/降低銳度； 提高增益可提高低照?qǐng)D像亮度，但同時(shí)噪聲會(huì)增加,Q2：圖像有紫邊/藍(lán)邊 屬于鏡頭固有缺陷，更換質(zhì)量更好的鏡頭；,FAQ,Q3：顯示的圖像不停閃爍 可能是在市電頻率為50Hz的地方使用NTSC制式的攝像機(jī)，或在市電頻率為60Hz的地方使用PAL制攝像機(jī)。,Q4：圖像整體偏色嚴(yán)重； AWB出問題,如下圖這種情況是ICR不良導(dǎo)致。,FAQ,Q5：圖像出現(xiàn)光斑 反光導(dǎo)致的鬼影/眩光現(xiàn)象,FAQ,,FAQ,Q6：夜視亮度非常低 紅外燈沒有開啟 ICR切換不良,FAQ,Q7：夜視圖像非常蒙，白天效果正常 鏡頭臟 半球產(chǎn)品的話，可能是球罩臟或被刮花；或者是紅外燈罩被撥得太高，在球機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部反光導(dǎo)致發(fā)蒙 遮陽罩或者紅外燈旁邊有物體反光,,The End,
圖像質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)試方法.ppt
