浅谈高清摄像机的技术和发展趋势

    需求

　　随着社会不断进步，经济快速发展和技术突飞猛进，公共秩序安全、生产安全、财产安全等越来越受到人们的重视，从而使以视频信息为特征的视频监控更为广泛地被应用在各行业领域，如从早期金融银行、道路交通、大型连锁超市的安全监控向个人、家庭应用发展，从传统的安防监控向管理和生产经营监控发展，从室内到无人值守特定场合应用的监控。可以相信，市场的强劲需求会进一步激励和催化技术的不断发展，特别是最近比较热门的平安城市监控系统需求。

　　闭路监控系统是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的。在这短短的几十年的发展历程中，从二十世纪七、八十年代开始，随着新技术革命的兴起，微处理器进一步普及和发展起来，从黑白摄像机的诞生，到现在的高清晰摄像机的推出。摄像机的线数从380线发展到目前的最新的高清晰摄像机线数可以达到上千线数。

　　高清摄像机

　　图像的清晰度主要取决于摄像机的水平分辨率和后端的显示设备的解析能力，好的传输介质可以减少图像在传输过程中的信号衰减。

　　摄像机的清晰度取决于感光芯片的性能；

　　摄像机的感光芯片分CCD与CMOS，由于CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，所以绝大部分的专业摄像机都是采用CCD作为感光芯片。

　　ＣＣＤ，是英文Charge CoupLED Device 即电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素。ＣＣＤ在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。

　　衡量ＣＣＤ好坏的指标很多，有像素数量，ＣＣＤ尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及ＣＣＤ尺寸是重要的指标。像素数是指ＣＣＤ上感光元件的数量。摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果ＣＣＤ没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响，因此，理论上ＣＣＤ的像素数量应该越多越好。但ＣＣＤ像素数的增加会使制造成本以及成品率下降，而且在现行电视标准下，像素数增加到某一数量后，再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显，因此，一般一百万左右的像素数对一般的使用已经足够了。

　　单ＣＣＤ摄像机是指摄像机里只有一片ＣＣＤ并用其进行亮度信号以及彩色信号的光电转换，其中色度信号是用ＣＣＤ上的一些特定的彩色遮罩装置并结合后面的电路完成的。
由于一片ＣＣＤ同时完成亮度信号和色度信号的转换，因此难免两全，使得拍摄出来的图像在彩色还原上达不到专业水平很的要求。

　　为了解决这个问题，便出现了３ＣＣＤ摄像机。

　　３ＣＣＤ，顾名思义，就是一台摄像机使用了３片ＣＣＤ。我们知道，光线如果通过一种特殊的棱镜后，会被分为红，绿，蓝三种颜色，而这三种颜色就是我们电视使用的三基色，通过这三基色，就可以产生包括亮度信号在内的所有电视信号。如果分别用一片ＣＣＤ接受每一种颜色并转换为电信号，然后经过电路处理后产生图像信号，这样，就构成了一个３ＣＣＤ系统。

　　和单ＣＣＤ相比，由于３ＣＣＤ分别用３个ＣＣＤ转换红，绿，蓝信号，拍摄出来的图像从彩色还原上要比单ＣＣＤ来的自然，亮度以及清晰度也比单ＣＣＤ好。但由于使用了三片ＣＣＤ，３ＣＣＤ摄像机的价格要比单ＣＣＤ贵很多，所以只有专业用的摄像机才会使用３ＣＣＤ。

　　由于3CCD的摄像机价格比较高，现在只有SONY推出了几款的3CCD高清摄像机，目前市面上的摄像机主要使用的大部分是单CCD。而摄像机的水平分辨率只要高于480线，都可以称为高清晰摄像机。随着CCD的不断发展，摄像机的水平分辨率从380线→420线→480线→500线→520线→540线。。。；像素从25万→38万→47万。。。， 目前的3CCD摄像机水平分辨率可以达到1000线，像素在100万以上。

　　CCD芯片从普通的CCD →SUPER CCD →EX-VIEW CCD，芯片厂家的芯片的不断推陈出新，摄像机的厂家也在新的芯片上进行研发产品。

　　各大进口品牌的摄像机厂家从2006年陆续推出了500线以上的高清晰摄像机，特别是韩国三星电子推出了一系列的540线摄像机，包括了540线的枪机（高清晰彩色摄像机SCC-B2391P，高清降照彩色摄像机SCC-B2011P，高清低照彩转黑摄像机SCC-B2013P，高清宽动态彩转黑摄像机SCC-B2015P）；还有多款可以挑选的540线高清晰半球系列（SCC-B535*系列，SCC-B531*系列）和高清晰的防暴半球（SCC-B539*系列）。

　　高清摄像机的出现大大提高了摄像机图像的清晰度，令到图像的细节更加清晰和细腻。水平分辨率分别为是540线的摄像机，它比480线的摄像机成像效果要更加清晰，锐利。

　　如下图：

　　所以，分辨率越高，摄像机的表现能力就越好。

　　高清晰摄像机还具有超强的灵敏度照度，它可以在黑暗的环境下取得更清晰的图像。它是采用普通摄像机没有办法实现的。如下图：

　　在黑暗的环境下，由于照度的问题，摄像机噪点的将会不可避免的增多，由于三星电子的高清晰摄像机采用了独特的数字降噪技术。可以令低照条件下的图像更清晰，悦目。

　　高清晰摄像机的数字降噪技术：就是采用专业的视频信号处理技术，DSP芯片通过检测和分析帧存储器中的图像信息，自动降低相对静止画面的增益幅度，极大的消除了信号中的干扰噪声波，从而有效的提高了画面清晰度和洁净度。如下图：

　　显示设备    

　　高清晰的前端视频源，必须要有好的显示设备进行图像还原。对于前端高清晰摄像机的图像，目前普通显示设备不能真正体现产品的高清图象质量。

　　多年来我们用的是CRT监视器显示，最多能显示480i节目元素，总的隔行扫描线为525线，480行左右可见线。电子束的点距粗略(典型的是0.8至0.9mm)，因此，对更细节的东西无法分辨。

　　信息产业部在2005年公示的标准草案中写到高清指标：显示比例16：9，至少能解析1080i的数字信号，或扫描线数垂直和水平方向都必须达到720P的数字信号。而1080i为隔行扫描方式，每秒扫描25帧画面，行扫描频率达到相当高，就相当于模拟方式水平方向扫描线速为1080线。因此1080i数字信号格式比传统850线模拟信号格式的动态图象效果更清晰流畅。

　　目前，很多监视器厂家生产的监视器线数都达到了高清的效果。所以选用高清晰摄像机的时候也必须选用显示线数高过摄像机的监视器，使用达到高清效果的监视器。这样才能充分体现高清晰摄像机的图像效果。

　　结语

　　高清晰摄像机的推广和使用中，用户的确切身感受到了高清晰摄像机带来给我们的好处，高清晰的摄像机让监控的图像更加清晰和细腻，这样的摄像机已经基本满足普通监控的需求了；但是目前的高清晰摄像机的CCD总像素都只有47万像素，对于一些需要更高像素画质的场合，例如：火车站广场的监控： 既要求摄像机能大范围的控制人流的动向，又要求录像回放中对图像放大看清人流中某个人的脸部特征；而47万像素的图像对于这样的图像处理明显不行的，对于放大两倍以上的图像就很模糊了。而达到100万像素的3CCD摄像机，由于目前由于价格太高，还不是目前监控市场的主流。

　　随着国际市场和国内市场对于监控系统的普及和大量使用，人们对图像的要求越来越高，从最开始的能看到图像，到现在的要清晰的图像，到今后的能进行处理分析的高清晰图像。摄像机的研发周期也必将会越来越短，作为摄像机的核心技术CCD芯片也必将研发和推出更高像素的CCD以适合市场的需要。坚信这个期望将不会太久。