主頁(yè)（http://www.130131.com）：CCD攝像機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)(下) 【相關(guān)閱讀】 CCD攝像機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)(上) CCD攝像機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)(中) γ校正系數(shù) γ的含義 眾所周知，由CCD攝像機(jī)攝取的圖像，最終是要在監(jiān)視器屏幕上顯示出來(lái)的，因而要求屏幕上顯示的圖像亮度L必須與被攝景物上的各點(diǎn)亮度LO成比例，即 L=KLO (1) 式中，K為常數(shù)。但由于實(shí)際傳輸系統(tǒng)的非線性特性，往往會(huì)引起重現(xiàn)圖像的亮度失真及色度失真。CCD圖像傳感器及監(jiān)視器的顯像管是決定電視監(jiān)視系統(tǒng)線性指標(biāo)的關(guān)鍵器件。一般，CCD圖像傳感器的光電變換關(guān)系為 當(dāng)γ1=1時(shí)，CCD傳感器的光電變換關(guān)系為線性關(guān)系。對(duì)顯像管來(lái)說(shuō)，其電光變換關(guān)系為 式中，ug為顯像管控制柵極上的信號(hào)電壓。當(dāng)γ2=1時(shí)，顯像管的電光變換關(guān)系也為線性關(guān)系。 但是，實(shí)際上黑白顯像管的γ2=2.2，彩色顯像管的γ2=2.8，因此，要校正顯像管引入的非線性失真，在放大器中必須要對(duì)圖像信號(hào)引入相反的的非線性失真。即要求放大器的傳輸特性為 式中， 當(dāng)γ1 =1、γ2 = 2.2時(shí)， 這就是現(xiàn)行一般攝像機(jī)中γ為4.5的由來(lái)。 經(jīng)γ校正后的電視系統(tǒng)的傳輸特性如圖1所示。由于γ2=2.2，γ校正應(yīng)該在監(jiān)視器(電視接收機(jī))中進(jìn)行，但為了降低電視接收機(jī)的成本，實(shí)際的γ校正都是放在攝像機(jī)中進(jìn)行的。
圖1 校正后的傳輸特性 由圖1所示的傳輸特性曲線可以看出，γ=0.45、γ=0.7和γ=1的三條曲線分別對(duì)應(yīng)于uc=ui0.45、uc=ui0.7和uc =ui三條線。當(dāng)γ小于1時(shí)，在ui輸入很小時(shí)傳輸特性曲線的斜率很大，即放大器的放大倍數(shù)很大;隨著ui的增加，曲線的斜率逐漸變小，即放大器的放大倍數(shù)逐漸變小。顯然，這就需要用隨電平變化的非線性電阻來(lái)控制放大器的增益。 γ校正電路 通常，可以用兩種方法來(lái)模擬γ曲線： 1、用二極管、電阻和電壓源組成串聯(lián)支路，并使若干個(gè)這樣的支路并聯(lián)在一起，作為放大器的反饋支路，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，各反饋支路的二極管會(huì)在不同的輸入電壓下分別導(dǎo)通，使等效反饋電阻發(fā)生變化，從而使放大器的增益特性呈若干段折線狀，用折線模擬實(shí)際所需的曲線; 2、根據(jù)二極管的非線性特性，直接用一個(gè)合適的二極管特性來(lái)模擬γ曲線。 一種四段折線式γ校正電路如圖2所示。圖中，負(fù)極性圖像信號(hào)經(jīng)VT1倒相放大，成為正極性的非線性輸出信號(hào)，γ =0.45。而VT1的發(fā)射極接入了四段折線式非線性反饋電阻。當(dāng)輸入信號(hào)電平較高時(shí)，三個(gè)二極管VD1、VD2和VD3都導(dǎo)通，發(fā)射極反饋電阻為R5、R1、R2和R3并聯(lián)，阻值最小，所以放大器的增益最高;當(dāng)輸入信號(hào)電平逐漸降低時(shí)，VD1首先截止，反饋電阻為R5、R2和R3并聯(lián)，阻值上升，放大器增益減小;當(dāng)輸入信號(hào)電平繼續(xù)降低時(shí)，VD2也截止了，反饋電阻變成R5和R3并聯(lián)，阻值進(jìn)一步上升，放大器增益則進(jìn)一步減小;當(dāng)輸入信號(hào)電平降低到使VD3也被截止時(shí)，反饋電阻僅剩R5，放大器的增益達(dá)到最小值。因此，整個(gè)增益變化的特性曲線為四段折線。所以，只要正確設(shè)計(jì)和調(diào)整各個(gè)二極管的偏壓和各個(gè)反饋電阻的阻值，就能夠獲得較為理想的γ特性曲線。
由圖可知，各段折線的起始點(diǎn)，即γ特性曲線的各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別由二極管的偏置電壓決定，這些偏壓可分別用RP1、RP2、和RP3調(diào)節(jié)。各段折線的斜率，即各不同輸入信號(hào)電平的增益，則分別由電阻R1、R2 和R3決定。當(dāng)信號(hào)從黑電平到白電平變化時(shí)，VT1的射極電阻Re1、Re2、Re3與Re4將按下式變化： 由上分析可知，如果γ特性曲線所分的折線段數(shù)為n，則需要的二極管的支路數(shù)為(n-1)。顯然，n越大，則折線模擬的γ特性越接近理想。但n越大，電路越復(fù)雜，其調(diào)整也復(fù)雜。因此，一般實(shí)用中采用三四個(gè)二極管支路，就可滿足要求。 現(xiàn)行攝像機(jī)大都采用了γ=0.45值。但有些攝像機(jī)外殼的后面板上，還設(shè)置了一個(gè)γ值選擇開(kāi)關(guān)，可供用戶在γ=1與γ =0.45間使用選擇。 自動(dòng)光圈(AUTO IRIS) 一般，在實(shí)際應(yīng)用的電視監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)通常都是在大范圍光照度變化的場(chǎng)合應(yīng)用的，如早晚的光照度與中午的光照度，晴天的光照度與陰天的光照度，它們都會(huì)有很大的差別。因此，為保證CCD攝像機(jī)能夠正確曝光成像，就必須隨時(shí)調(diào)整鏡頭的光圈，以保證電視監(jiān)控圖像信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)“限幅”現(xiàn)象，否則可能使圖像亮處失去灰度層次，或因通光量減小而使畫(huà)面灰暗且出現(xiàn)噪點(diǎn)。但攝像機(jī)位置一旦固定下來(lái)之后，每天去手動(dòng)調(diào)整光圈是非常不現(xiàn)實(shí)的，只有使攝像機(jī)能提供驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭的接口，能附帶自動(dòng)光圈功能，才能在配接自動(dòng)光圈鏡頭的情況下，使攝像機(jī)輸出的視頻圖像信號(hào)，自動(dòng)地保持在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
通常，電視監(jiān)控用的標(biāo)準(zhǔn)CCD或CMOS攝像機(jī)，大都帶有驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭的接口，其中有些只提供直流DC驅(qū)動(dòng)或視頻驅(qū)動(dòng)(Video Drive，簡(jiǎn)稱VD)中的一種驅(qū)動(dòng)方式，有些則可同時(shí)提供DC和視頻兩種驅(qū)動(dòng)方式，并設(shè)置開(kāi)關(guān)供用戶選擇。 不同品牌及型號(hào)的攝像機(jī)所帶自動(dòng)光圈接口的位置及形式不完全一樣。有的自動(dòng)光圈接口設(shè)置在機(jī)身的后面板上，有的則設(shè)在機(jī)身的側(cè)面。幾種不同形式的的自動(dòng)光圈接口如圖3所示，其中陰式方四孔接口最為常見(jiàn)，但不同攝像機(jī)對(duì)其各針腳的定義又不完全相同。一般視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈接口使用3個(gè)針，即電源正、視頻、接地;而直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈接口使用4個(gè)針，即阻尼正、阻尼負(fù)、驅(qū)動(dòng)正、驅(qū)動(dòng)負(fù)。具體將該接口定義為何種光圈驅(qū)動(dòng)方式須由另外的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇，也有的由攝像機(jī)蓋板內(nèi)視頻處理板上不同的插座位置來(lái)選擇，并在出廠前設(shè)定一種方式，還有的干脆在攝像機(jī)機(jī)身側(cè)面及后面板上直接設(shè)定兩個(gè)不同的自動(dòng)光圈接口。 自動(dòng)光圈的工作原理是，根據(jù)視頻信號(hào)電平的變化輸出一控制電壓，去驅(qū)動(dòng)鏡頭中控制光圈的微型電動(dòng)機(jī)做正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)光圈的自動(dòng)調(diào)整，使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)保持在預(yù)先選定的標(biāo)準(zhǔn)電平上，即峰值電平的70%。
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