隨著新技術(shù)革命的興起，微處理器進一步普及和發(fā)展，攝像機已從黑白攝像機發(fā)展到了現(xiàn)在的高清晰攝像機，大大滿足銀行、道路交通的監(jiān)控需求。本文就高清攝像機的技術(shù)和發(fā)展進行探討，供讀者參考。
市場需求
隨著社會不斷進步，經(jīng)濟快速發(fā)展和技術(shù)突飛猛進，公共秩序安全、生產(chǎn)安全、財產(chǎn)安全等越來越受到人們的重視，從而使以視頻信息為特征的視頻監(jiān)控更為廣泛地被應(yīng)用在各行業(yè)領(lǐng)域，如從早期金融銀行、道路交通、大型連鎖超市的安全監(jiān)控向個人、家庭應(yīng)用發(fā)展，從傳統(tǒng)的安防監(jiān)控向管理和生產(chǎn)經(jīng)營監(jiān)控發(fā)展, 從室內(nèi)到無人值守特定場合應(yīng)用的監(jiān)控。可以相信，市場的強勁需求會進一步激勵和催化技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是最近比較熱門的平安城市監(jiān)控系統(tǒng)需求。
閉路監(jiān)控系統(tǒng)是隨著電視和攝像機的出現(xiàn)發(fā)展壯大起來的。在這短短的幾十年的發(fā)展歷程中，從二十世紀七、八十年代開始，隨著新技術(shù)革命的興起，微處理器進一步普及和發(fā)展，攝像機已從黑白攝像機發(fā)展到現(xiàn)在的高清晰攝像機，攝像機的線數(shù)也從380線發(fā)展到目前上千線數(shù)的最新的高清晰攝像機。
關(guān)鍵技術(shù)
圖像的清晰度主要取決于攝像機的水平分辨率和后端顯示設(shè)備的解析能力，好的傳輸介質(zhì)可以減少圖像在傳輸過程中的信號衰減。而攝像機的清晰度主要取決于感光芯片的性能。攝像機的感光芯片分CCD與CMOS，由于CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，所以絕大部分的專業(yè)攝像機都是采用CCD作為感光芯片。
CCD，是英文Charge Coupled Device 即電荷耦合器件的縮寫，它是一種特殊半導(dǎo)體器件，上面有很多一樣的感光元件，每個感光元件叫一個像素。CCD在攝像機里是一個極其重要的部件，它起到將光線轉(zhuǎn)換成電信號的作用，類似于人的眼睛，因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。（如圖1）
衡量CCD好壞的指標很多，有像素數(shù)量、CCD尺寸、靈敏度、信噪比等，其中像素數(shù)以及CCD尺寸是重要的指標。像素數(shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。攝像機拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點組成，每個點就是一個像素。顯然，像素數(shù)越多，畫面就會越清晰，如果CCD沒有足夠的像素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響，因此，理論上CCD的像素數(shù)量應(yīng)該越多越好。但CCD像素數(shù)的增加會使制造成本以及成品率下降，而且在現(xiàn)行的電視標準下，像素數(shù)增加到某一數(shù)量后，再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯，因此，一般一百萬左右的像素數(shù)對普通的監(jiān)控場所已經(jīng)足夠。
單CCD攝像機是指攝像機里只有一片CCD并用其進行亮度信號以及彩色信號的光電轉(zhuǎn)換，其中色度信號是用CCD上的一些特定的彩色遮罩裝置并結(jié)合后面的電路完成的。由于一片CCD同時完成亮度信號和色度信號的轉(zhuǎn)換，因此難免兩全，使得拍攝出來的圖像在彩色還原上達不到專業(yè)水平很的要求。
為了解決這些問題，主要有以下3種解決技術(shù)方案：
1、開發(fā)和研制同單位面積內(nèi)放置更多感光元件的CCD芯片，但是目前監(jiān)控領(lǐng)域還沒有見到這樣的CCD芯片出現(xiàn)，但它將隨著科技技術(shù)的不斷創(chuàng)新，新的高性能CCD芯片將會研制成功，這也是監(jiān)控攝像機技術(shù)的未來發(fā)展必然趨勢。
2、在現(xiàn)有CCD芯片基礎(chǔ)上，采用更高性能DSP的數(shù)字處理技術(shù)，對圖像進行優(yōu)化處理。這個技術(shù)主要是為了增加了DSP處理信號的帶寬，從而提高DSP的運算能力，達到圖像的高清效果。這種技術(shù)是在原有CCD芯片的基礎(chǔ)上進行改進，沒有在視頻成像的核心技術(shù)上進行改進，無法令高清的效果有質(zhì)的飛躍，這個技術(shù)也將是第一種技術(shù)的過渡產(chǎn)品。（如圖2）
3、使用３CCD的攝像機。3CCD，顧名思義，就是一臺攝像機使用了3片CCD。我們知道，光線如果通過一種特殊的棱鏡后，會被分為紅，綠，藍三種顏色，而這三種顏色就是我們電視使用的三基色，通過這三基色，就可以產(chǎn)生包括亮度信號在內(nèi)的所有電視信號。如果分別用一片CCD接受每一種顏色并轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過電路處理后產(chǎn)生圖像信號，這樣，就構(gòu)成了一個3CCD系統(tǒng)。（如圖3）
和單CCD相比，由于3CCD分別用3個CCD轉(zhuǎn)換紅，綠，藍信號，拍攝出來的圖像從彩色還原上要比單CCD來的自然，亮度以及清晰度也比單CCD好。但由于使用了三片CCD，3CCD攝像機的價格要比單CCD貴很多，所以只有專業(yè)用的攝像機才會使用3CCD。
由于3CCD的攝像機價格比較高，現(xiàn)在只有少數(shù)廠家推出了幾款的3CCD高清攝像機，目前市面上的攝像機主要使用的大部分是單CCD。而攝像機的水平分辨率只要高于480線，都可以稱為高清晰攝像機。隨著CCD的不斷發(fā)展，攝像機的水平分辨率從380線→420線→480線→500線→520線→540線；像素從25萬→38萬→47萬， 目前的3CCD攝像機水平分辨率可以達到1000線，像素在100萬以上。CCD芯片從普通的CCD→SUPER CCD→EX-VIEW CCD，芯片廠家的芯片的不斷推陳出新，攝像機的廠家也在新的芯片上進行研發(fā)產(chǎn)品。目前市面上出現(xiàn)高清晰攝像機主要都是采用了更高性能的DSP數(shù)字優(yōu)化產(chǎn)品。
高清攝像機的出現(xiàn)，大大提高了攝像機圖像的清晰度，令到圖像的細節(jié)更加清晰和細膩。水平分辨率分別為是540線的攝像機，它比480線的攝像機成像效果要更加清晰，銳利（如圖4）。所以，分辨率越高，攝像機的表現(xiàn)能力就越好。
高清晰攝像機還具有超強的靈敏度照度，它可以在黑暗的環(huán)境下取得更清晰的圖像。它是采用普通攝像機沒有辦法實現(xiàn)的。（如圖5）
在黑暗的環(huán)境下，由于照度的問題，攝像機噪點的將會不可避免的增多，但高清晰攝像機采用了獨特的數(shù)字降噪技術(shù)，可以令低照條件下的圖像更清晰，悅目。高清晰攝像機的數(shù)字降噪技術(shù)就是采用專業(yè)的視頻信號處理技術(shù)，DSP芯片通過檢測和分析幀存儲器中的圖像信息，自動降低相對靜止畫面的增益幅度，極大的消除了信號中的干擾噪聲波，從而有效的提高了畫面清晰度和潔凈度。如圖6所示。
高清顯示
高清晰的前端視頻源，必須要有好的顯示設(shè)備進行圖像還原。對于前端高清晰攝像機的圖像，目前普通顯示設(shè)備不能真正體現(xiàn)產(chǎn)品的高清圖象質(zhì)量。多年來我們用的是CRT監(jiān)視器顯示，最多能顯示480i節(jié)目元素，總的隔行掃描線為525線，480行左右可見線。電子束的點距粗略(典型的是0.8至0.9mm)，因此，對更細節(jié)的東西無法分辨。
信息產(chǎn)業(yè)部在2005年公示的標準草案中寫到高清指標：顯示比例16：9，至少能解析1080i的數(shù)字信號，或掃描線數(shù)垂直和水平方向都必須達到720P的數(shù)字信號。而1080i為隔行掃描方式，每秒掃描25幀畫面，行掃描頻率達到相當高，就相當于模擬方式水平方向掃描線速為1080線。因此1080i數(shù)字信號格式比傳統(tǒng)850線模擬信號格式的動態(tài)圖象效果更清晰流暢。
目前，很多監(jiān)視器廠家生產(chǎn)的監(jiān)視器線數(shù)都達到了高清的效果。所以選用高清晰攝像機的時候也必須選用顯示線數(shù)高過攝像機的監(jiān)視器，使用達到高清效果的監(jiān)視器。這樣才能充分體現(xiàn)高清晰攝像機的圖像效果。
結(jié)語
高清晰攝像機的推廣和使用中，用戶的確切身感受到了高清晰攝像機帶來了好處。高清晰的攝像機讓監(jiān)控的圖像更加清晰和細膩，這樣的攝像機已經(jīng)基本滿足普通監(jiān)控的需求了；但是目前的高清晰攝像機的CCD總像素都只有47萬像素，對于一些需要更高像素畫質(zhì)的場合，例如：火車站廣場的監(jiān)控： 既要求攝像機能大范圍的控制人流的動向，又要求錄像回放中對圖像放大看清人流中某個人的臉部特征；而47萬像素的圖像對于這樣的圖像處理明顯不行的，對于放大兩倍以上的圖像就很模糊了。而達到100萬像素的3CCD攝像機，由于目前由于價格太高，還不是目前監(jiān)控市場的主流。
隨著國際市場和國內(nèi)市場對于監(jiān)控系統(tǒng)的普及和大量使用，人們對圖像的要求越來越高，從最開始的能看到圖像，到現(xiàn)在的要清晰的圖像，到今后的能進行處理分析的高清晰圖像。攝像機的研發(fā)周期也必將會越來越短，作為攝像機的核心技術(shù)CCD芯片也必將研發(fā)和推出更高像素的CCD以適合市場的需要。
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