主頁（http://www.130131.com）：CCD攝像機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)(下)(2) 視頻信號(hào)電平，可以取為信號(hào)的平均電平或峰值電平，預(yù)選電平則由攝像機(jī)內(nèi)部調(diào)整的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行控制。一般，為使畫面上的主體目標(biāo)達(dá)到最佳亮度，應(yīng)排除邊緣圖像亮度對(duì)信號(hào)電平的影響，因而光圈的調(diào)整應(yīng)以中心部分的圖像信號(hào)電平的變化為依據(jù)。為此，在信號(hào)選取電路中設(shè)置一個(gè)產(chǎn)生“窗口脈沖”的電路或“自動(dòng)光圈門”電路。其窗口的大小不超過整個(gè)顯示圖像面積的40%;有的窗口是矩形的，其高度為顯示畫面高的65%，寬度為畫面寬的65%;也有的只選用畫面總面積20%的橢圓形窗口。
一種自動(dòng)光圈控制電路的方框圖如圖4所示。由圖可知，從處理放大器來的視頻信號(hào)，經(jīng)放大后進(jìn)入開關(guān)S1和S2。開關(guān)S1由窗口脈沖控制。在窗口脈沖期間，開關(guān)S1接通，所選取的信號(hào)經(jīng)二極管VD給電容器C1充電，充電電壓可達(dá)信號(hào)峰值電平;窗口脈沖結(jié)束時(shí)，開關(guān)S1斷開，C1停止充電。這時(shí)，控制脈沖A來到，使開關(guān)SA接通，C1上的電壓被轉(zhuǎn)移到C2上，經(jīng)緩沖后送入比較放大器，將它與基準(zhǔn)電平進(jìn)行比較，所得到的誤差電壓經(jīng)放大后，送到攝像機(jī)的自動(dòng)光圈輸出端口，并進(jìn)入自動(dòng)光圈鏡頭的電動(dòng)機(jī)控制電路。 若輸入信號(hào)電平高于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平，誤差電壓為負(fù)，使光圈減小，直至信號(hào)電平等于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平時(shí)，誤差電壓才為零，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，光圈停止變化。反之，誤差電壓為正，光圈變大。 一般，DC驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭比視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭的價(jià)格便宜一些，這是因?yàn)镈C驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈控制電路在攝像機(jī)內(nèi)，而視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈控制電路在鏡頭中。 電子快門(Electronic Shutter) 電子快門類似于照相機(jī)的機(jī)械快門功能，在這里是調(diào)整控制CCD圖像傳感器的感光時(shí)間，以便改善運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像的清晰程度。實(shí)際上，CCD感光的實(shí)質(zhì)是信號(hào)電荷的積累，感光時(shí)間越長(zhǎng)，信號(hào)電荷的積累時(shí)間就越長(zhǎng)，輸出信號(hào)電流的幅值也就越大。因此，通過調(diào)整光生信號(hào)電荷的積累時(shí)間，即調(diào)整時(shí)鐘脈沖的寬度，就可實(shí)現(xiàn)控制CCD感光時(shí)間的功能。所以，正確調(diào)整電子快門的時(shí)間，可保證攝像機(jī)在正確的對(duì)焦下，拍攝的圖像目標(biāo)清晰。 當(dāng)前，一般的固體成像器件的攝像機(jī)絕大多數(shù)都帶有電子快門功能，其電子快門時(shí)間一般為(秒)。并且，高檔CCD攝像機(jī)一般將電子快門時(shí)間分為若干檔，可通過多檔撥動(dòng)開關(guān)手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可在自動(dòng)方式下由攝像機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)。而普通的CCD或CMOS攝像機(jī)一般只在其機(jī)身側(cè)面或后面板上設(shè)有一個(gè)自動(dòng)電子快門ON/OFF開關(guān)，還有些產(chǎn)品干脆將自動(dòng)電子快門做成內(nèi)置式，使用者就只能在它ON狀態(tài)下使用了。 為了提高攝像機(jī)的低照度靈敏度，即使攝像機(jī)在低照度環(huán)境下也能拍攝到較為清晰的畫面，有的攝像機(jī)還設(shè)置了類似于照相機(jī)的B門或T門感光拍攝方式的多場(chǎng)積累電子快門方式。在這種方式下，CCD感光單元可以暫停若干場(chǎng)的電荷轉(zhuǎn)移，使其光敏單元中的電荷得以暫存，直到對(duì)某場(chǎng)景進(jìn)行多場(chǎng)曝光后再進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。由于電荷的積累作用，使輸出信號(hào)的幅度也相應(yīng)得以提高，這就相當(dāng)于提高了攝像機(jī)的低照度靈敏度。常見的場(chǎng)積累時(shí)間一般為2場(chǎng)、4場(chǎng)或6場(chǎng)。值得指出的是，這種多場(chǎng)積累電子快門方式，僅適合于非運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的攝像監(jiān)視。
利用CCD攝像機(jī)的高速電子快門，可以防止拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)造成的“運(yùn)動(dòng)模糊”現(xiàn)象。所謂“運(yùn)動(dòng)模糊”即攝像機(jī)在拍攝快速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)會(huì)出現(xiàn)“拖影”，這是由于CCD的感光時(shí)間太長(zhǎng)，而在這段感光時(shí)間內(nèi)物體已經(jīng)產(chǎn)生了位移，也就是說，在一個(gè)電荷轉(zhuǎn)移周期內(nèi)，運(yùn)動(dòng)物體在CCD感光面的不同位置都成了像。為防止“運(yùn)動(dòng)模糊”現(xiàn)象，應(yīng)該縮短入射光在CCD感光面上的作用時(shí)間，即在每一場(chǎng)內(nèi)只將某一段時(shí)間產(chǎn)生的電荷作為圖像信號(hào)輸出，而將其余時(shí)間產(chǎn)生的電荷排放掉，不予使用。這樣就等于縮短了存儲(chǔ)電荷的時(shí)間，相當(dāng)于縮短了光線照射CCD感光面的時(shí)間，如同加了快門一樣，這就是電子快門的實(shí)質(zhì)。 電子快門速度的控制方法，如圖5所示。當(dāng)接通電子快門開關(guān)時(shí)，快門控制脈沖加到CCD的N型硅襯底，行頻快門脈沖使感光單元的電荷一行一行地放掉，直到快門脈沖停止，電荷停止泄放�？扉T打開的時(shí)間長(zhǎng)短由每場(chǎng)出現(xiàn)的行頻脈沖數(shù)決定，而這個(gè)脈沖數(shù)由快門速度選擇開關(guān)控制�？扉T速度越高，則脈沖數(shù)目越多。 自動(dòng)電子快門功能還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光圈的效果：當(dāng)通過鏡頭的光通量較強(qiáng)時(shí)，輸出信號(hào)電流也會(huì)較大，此時(shí)電子快門自動(dòng)調(diào)節(jié)到高速檔，使信號(hào)電荷的積累時(shí)間變短，從而使輸出信號(hào)電流的幅值減小;當(dāng)通過鏡頭的光通量較弱時(shí)，輸出信號(hào)電流也會(huì)變小，此時(shí)電子快門自動(dòng)調(diào)節(jié)到低速檔，使信號(hào)電荷的積累時(shí)間加長(zhǎng)，從而使輸出信號(hào)電流的幅值增加。自動(dòng)電子快門的速度大多是連續(xù)可調(diào)的，由此實(shí)現(xiàn)了當(dāng)被攝景物的光照度變化時(shí)，CCD或CMOS攝像器件的輸出電流基本保持穩(wěn)定。 值得注意的是：當(dāng)選用高速電子快門檔時(shí)，由于CCD的電荷積累時(shí)間相對(duì)縮短，使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅度減小，使圖像變暗，此時(shí)應(yīng)相應(yīng)加大攝像機(jī)鏡頭的光圈，或相應(yīng)提高監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的光照度。如快門速度為1/2000s時(shí)，信號(hào)電平將降低到快門關(guān)時(shí)的1/40倍，故光圈要加大5檔，或光照度提高40倍。 一般，在拍攝快速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，最適宜應(yīng)用電子快門，因?yàn)樗苁惯\(yùn)動(dòng)物體清楚地顯示出運(yùn)動(dòng)過程，所以非常適于拍攝體育競(jìng)技比賽的圖像，或公路上行駛車輛的場(chǎng)景監(jiān)控等。 自動(dòng)增益控制(AGC) 通常，要求攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)，必須達(dá)到電視傳輸規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電平，即0.7Vpp。為了能在不同的景物照度條件下都能輸出0.7Vpp的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，必須使放大器的增益能夠在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種增益調(diào)節(jié)，一般都是通過檢測(cè)視頻信號(hào)的平均電平自動(dòng)完成的。能實(shí)現(xiàn)此功能的電路，就稱為自動(dòng)增益控制(AGC)電路，簡(jiǎn)稱AGC電路。 目前，市面上常見的CCD或CMOS攝像機(jī)都具有AGC的功能：即當(dāng)有弱信號(hào)時(shí)自動(dòng)提高攝像機(jī)內(nèi)部的放大增益;有強(qiáng)信號(hào)時(shí)自動(dòng)降低攝像機(jī)內(nèi)部的放大增益。即使最終的輸出信號(hào)基本不隨輸入信號(hào)的變化而變化，輸出信號(hào)幅值基本維持不變。 需要注意的是，具有AGC功能的攝像機(jī)，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì)有所提高。但此時(shí)的噪點(diǎn)也會(huì)比較明顯，這是由于信號(hào)和噪聲被同時(shí)放大了的緣故。
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