攝像機(jī)的發(fā)展速度很快，從攝像管到CCD元件，以其構(gòu)成的CCD攝像機(jī)具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動(dòng)和撞擊等特點(diǎn)，同時(shí)清晰度、照度、可靠性等指標(biāo)大大提高而被廣泛應(yīng)用。CCD是ChargeCoupledDevice(電荷耦合器件)的縮寫，它是一種半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號(hào)輸出。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
　　
　　一、CCD攝像機(jī)的分類
　　
　?、?按照成像色彩劃分
　　
　　CCD攝像機(jī)按成像色彩劃分為彩色攝像機(jī)和黑白攝像機(jī)兩種。除色度處理方面不同外，其它原理基本一致。主要有光學(xué)系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)組成。其中光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是攝像機(jī)的核心。
　　
　　自然圖像通過光學(xué)鏡頭成像于攝像機(jī)的光靶面上，彩色攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中使用相干分
　　
　　色棱鏡或特殊條狀濾色鏡將光信號(hào)分成紅、綠、藍(lán)三色光信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過攝像管或CCD元件利用電視掃描方法把光圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間變化的視頻電信號(hào)，再經(jīng)放大、處理、編碼而成為全電視信號(hào)。
　　
　　㈡ 按照分辨率劃分
　　
　　按照分辨率劃分為25萬像素左右，對應(yīng)彩色330線/黑白400線的低檔型;25萬至38萬像素之間，對應(yīng)彩色420線/黑白500線的中檔型;38萬像素以上，對應(yīng)彩色大于或等于460線黑白570線以上的型。
　　
　　㈢ 按照攝像機(jī)靈敏度劃分
　　
　　按照靈敏度可分為zui低照度1至3lux的普通型;0.1lux左右的月光型;0.01lux以下的星光型以及原則上可以為0Lux，采用紅外光源成像的紅外照明型。
　　
　　㈣ 按照CCD靶面尺寸劃分
　　
　　攝像機(jī)攝像器件(CCD)的尺寸分為1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/2英寸zui為常見。
　　
　　CCD尺寸水平(mm)垂直(mm)對角線(mm)
　　
　　1英寸12.79.616
　　
　　2/3英寸8.86.611
　　
　　1/2英寸6.44.88
　　
　　1/3英寸4.83.66
　　
　　1/4英寸3.62.44
　　
　　1/5英寸的CCD攝像機(jī)正待開發(fā)之中，將來也會(huì)在市場上占有一定比例。一般來說，大的CCD芯片，其相應(yīng)的象素面積也較大，接收所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機(jī)整體質(zhì)量提高，圖像細(xì)部明顯細(xì)膩?zhàn)匀?。而光學(xué)系統(tǒng)聚焦影像時(shí)的焦平面越小，則成像過程中丟失的細(xì)節(jié)就越多，得到的影像放大后細(xì)部過渡就可能有突變的現(xiàn)象，顯得不自然。另外小尺寸CCD擁有更多的象素和更高的分辨率也會(huì)導(dǎo)致單個(gè)像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個(gè)像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動(dòng)態(tài)范圍越窄。每個(gè)象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合(在電子學(xué)上這個(gè)概念叫做色度亮度干擾)。
　　
　　CCD傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢
　　
　　CCD是攝像機(jī)的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機(jī)的品質(zhì)，并且CCD的發(fā)展是攝像機(jī)更新?lián)Q代的基礎(chǔ)。
　　
　　CCD傳感器有兩種，*種是特殊CCD傳感器，如紅外CCD芯片(紅外焦平面陣列器件)、高靈敏度背照式和電子轟擊式CCD、EBCCD等，另外還有大靶面如2048×2048、4096×4096可見光CCD傳感器、寬光譜范圍(紫外光→可見光→近紅外光→3-5μm中紅外光→8-14um遠(yuǎn)紅外光)焦平面陣列傳感器等。目前已有商業(yè)化產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。第二種是通用型或消費(fèi)型CCD傳感器，在許多方面都有較大地進(jìn)展，總的方向是提高CCD攝像機(jī)的綜合性能。
　　
　?、?CCD傳感器的像面尺寸向集成化、輕量化方向的發(fā)展。
　　
　　由于制造CCD傳感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD傳感器芯片;由于光刻機(jī)的進(jìn)步，所以在仍保持具有很高靈敏度的特性下，CCD傳感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向發(fā)展。在1993年，1/2英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的5%;1/4英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的10%;1/3英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的85%。在1997年，在總產(chǎn)量比1993年增加200%以上的情況下，1/2英寸的CCD傳感器仍有很大發(fā)展，已占總產(chǎn)量的15%(1/2英寸由于靶面較大仍有許多場合需要，尤其在科研領(lǐng)域中);1/4英寸的CCD傳感占總產(chǎn)量的60%。也就是說，1/2英寸較大靶面尺寸CCD傳感器仍有很大增長。1/4英寸的CCD傳感器的產(chǎn)量比1/3英寸的CCD傳感器來說，占總產(chǎn)量的比例在減少。
　　
　?、?CCD傳感器向高素?cái)?shù)、多制式發(fā)展
　　
　　各種CCD傳感器的像面尺寸在減少，但其像素?cái)?shù)在增加，已由早期的512(H)×596(V)向795(H)×596(V)發(fā)展，甚至出現(xiàn)超過百萬像素的CCD傳感器。為提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已從通常的隔行掃描向逐行掃描格式發(fā)展。
　　
　?、?降低CCD傳感器的工作電壓、減少功耗
　　
　　在初期研制的CCD攝像機(jī)有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合PC攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸?shù)膽?yīng)用，逐步以+12V和+5V兩種工作電壓為主。
　　
　?、?提高CCD攝像機(jī)的制造效率
　　
　　為了降低CCD攝像機(jī)的制造成本，實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化生產(chǎn)，制造廠家追求緊密性結(jié)構(gòu)，致力于CCD攝像機(jī)的小型化，即由DipOnBoard(DOB)過錫板工藝改進(jìn)為ChipOnBoard(COB)板上連接IC芯片的貼片方式。到目前為止，已實(shí)現(xiàn)多層板的MultiChipModule(MCM)多芯片集成模組化制造技術(shù)。
　　
　?、?CCD攝像機(jī)的數(shù)字化
　　
　　在制造CCD攝像機(jī)時(shí)，從以往的Analog模擬系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字化處理，可以借助電子計(jì)算機(jī)和專門軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對CCD攝像機(jī)，特別是對彩色CCD攝像機(jī)的各種參數(shù)的量化調(diào)整，可以確保CCD攝像機(jī)性能指標(biāo)的優(yōu)化一致性以及在特殊使用條件下的參數(shù)量化修改。
　　
　　三、CCD攝像機(jī)的技術(shù)性能、特點(diǎn)及進(jìn)展
　　
　?、?Hyper-D高動(dòng)態(tài)范圍CCD攝像機(jī)
　　
　　CCD攝像機(jī)是一種用來模擬人眼的光電探測器。但是人眼在觀察目標(biāo)時(shí)，可以看清目標(biāo)的zui低照度為1Lux，當(dāng)目標(biāo)照度達(dá)到3×105Lux時(shí)，即為人眼動(dòng)態(tài)范圍，這種攝像機(jī)被稱為Hyper-DCCD攝像機(jī)。
　　
　　㈡ 從模擬AnalogCCD攝像機(jī)向DSP數(shù)字處理CCD攝像機(jī)方向的發(fā)展
　　
　　采用DSP技術(shù)，可以使CCD攝像機(jī)在數(shù)字檢測和數(shù)字運(yùn)算技術(shù)上能夠有效實(shí)現(xiàn)智能化逆光背景補(bǔ)償;能夠自動(dòng)跟蹤白平衡，即可以在任何條件下檢測和跟蹤“白色”，并以數(shù)字運(yùn)算處理功能來再現(xiàn)原始的景物色彩。
　　
　?、?電腦攝像機(jī)(PCcamera)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(NetworkCamera)
　　
　　由于計(jì)算機(jī)的進(jìn)步和發(fā)展，可通過計(jì)算機(jī)主板上的USB接口通用串行總線和IEEE1394高速串行綜合數(shù)據(jù)傳輸接口以及PCMCIA來輸入。USB接口的傳輸速率是12Mbps，IEEE1394接口的傳輸速率是100-400Mbps。隨著信息高速公路的實(shí)施，對于CCD攝像機(jī)作為系統(tǒng)的前端圖像傳感器正向著適合網(wǎng)絡(luò)用戶的方向發(fā)展。CCD攝像機(jī)不僅需具有高分辨率的圖像質(zhì)量，而且還需具有小巧、使用簡便、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。當(dāng)前人們關(guān)注的ConsumerCCD攝像機(jī)在不久的將來會(huì)普及到千家萬戶。
　　
　?、?逐行掃描(ProgressiveScan)方式CCD攝像機(jī)
　　
　　ProgressiveScanCCD攝像機(jī)即逐行掃描CCD，是相對通用的隔行掃描CCD攝像機(jī)而言的。CCD攝像機(jī)的垂直分辨率一般僅能達(dá)到350TV線，這是由于使用2場，每場以311條線掃描，以2∶1隔行掃描，對運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)會(huì)由于奇場和偶場合為一幀，使用兩個(gè)瞬間狀態(tài)的信息被平滑了，分辨率會(huì)不降。而用PC逐行掃描方式攝像機(jī)拍攝的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是在同一瞬間將兩場圖像同時(shí)采集成為一幀圖像，達(dá)到提高垂直分辨率的作用。綜上所述，到21世紀(jì)，世界將進(jìn)入信息時(shí)代，數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化、通訊、電視融為一體的網(wǎng)絡(luò)化即將成為現(xiàn)實(shí)，讓人們?nèi)ッ鎸?、去學(xué)習(xí)、去研究。從整個(gè)系統(tǒng)來講，CCD攝像機(jī)是核心的元件之一，但由于我國CCD攝像機(jī)制造技術(shù)和CCD傳感器生產(chǎn)線正處于發(fā)展和不斷完善的階段，因此，目前我國CCD產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展，才能適應(yīng)市場的需求。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，信息產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，CCD攝像機(jī)的市場會(huì)越來越大，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⑸钊氲矫恳粋€(gè)相關(guān)的專業(yè)領(lǐng)域，將給人們帶來新的概念。
　　
　　四、CCD攝像機(jī)常見性能和主要性能指標(biāo)
　　
　　現(xiàn)在攝像機(jī)的功能很多，如自動(dòng)白平衡調(diào)整、自動(dòng)增益調(diào)整、電子快門、逆光補(bǔ)償、多種同步方式、Y/C分離輸出等等。但考察攝像機(jī)檔次的zui主要指標(biāo)是水平清晰度、zui低照度(靈敏度)和信噪比。
　　
　?、?清晰度
　　
　　清晰度數(shù)是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)，它指的是當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí)，在監(jiān)視器(應(yīng)比攝像機(jī)的分辨率高)上能夠看到的zui多線數(shù)。當(dāng)超過這一線數(shù)時(shí)，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。
　　
　　工業(yè)監(jiān)視用攝像機(jī)的分辨率通常在380~460線之間，廣播級攝像機(jī)的分辨率則可達(dá)到700線左右。清晰度是由攝像器件像素多少?zèng)Q定的，顯然攝像器件的像素越多，得到的圖像越清晰，
　　
　?、?zui低照度
　　
　　zui低照度是zui低照度是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值。一般彩色攝像機(jī)的zui低照度為2～3LUX，照度的測定是以在一定的鏡頭光圈系數(shù)為前提，因此，不能只看攝像機(jī)說明書中標(biāo)明的zui低照度，應(yīng)按攝像機(jī)在同一光圈系數(shù)下其照度值的大小。zui低照度越小，攝像機(jī)檔次越高。相對于彩色攝像機(jī)而言，黑白攝像機(jī)由于沒有色度處理而只對光線的強(qiáng)弱(亮度)信號(hào)敏感，所以黑白攝像機(jī)的照度比彩色攝像機(jī)照度要低，一般可做到0.1LUX在F1.4時(shí)，至于微光攝像機(jī)則更低。有關(guān)光圈系數(shù)的知識(shí)請參閱鏡頭一節(jié)。反之也然。清晰度越高，說明攝像機(jī)檔次越高，反之越低。