主页（http://www.pttcn.net）：CCD摄像机的基础知识(下) 【相关阅读】 CCD摄像机的基础知识(上) CCD摄像机的基础知识(中) γ校正系数 γ的含义 众所周知，由CCD摄像机摄取的图像，最终是要在监视器屏幕上显示出来的，因而要求屏幕上显示的图像亮度L必须与被摄景物上的各点亮度LO成比例，即 L=KLO (1) 式中，K为常数。但由于实际传输系统的非线性特性，往往会引起重现图像的亮度失真及色度失真。CCD图像传感器及监视器的显像管是决定电视监视系统线性指标的关键器件。一般，CCD图像传感器的光电变换关系为 当γ1=1时，CCD传感器的光电变换关系为线性关系。对显像管来说，其电光变换关系为 式中，ug为显像管控制栅极上的信号电压。当γ2=1时，显像管的电光变换关系也为线性关系。 但是，实际上黑白显像管的γ2=2.2，彩色显像管的γ2=2.8，因此，要校正显像管引入的非线性失真，在放大器中必须要对图像信号引入相反的的非线性失真。即要求放大器的传输特性为 式中， 当γ1 =1、γ2 = 2.2时， 这就是现行一般摄像机中γ为4.5的由来。 经γ校正后的电视系统的传输特性如图1所示。由于γ2=2.2，γ校正应该在监视器(电视接收机)中进行，但为了降低电视接收机的成本，实际的γ校正都是放在摄像机中进行的。
图1 校正后的传输特性 由图1所示的传输特性曲线可以看出，γ=0.45、γ=0.7和γ=1的三条曲线分别对应于uc=ui0.45、uc=ui0.7和uc =ui三条线。当γ小于1时，在ui输入很小时传输特性曲线的斜率很大，即放大器的放大倍数很大;随着ui的增加，曲线的斜率逐渐变小，即放大器的放大倍数逐渐变小。显然，这就需要用随电平变化的非线性电阻来控制放大器的增益。 γ校正电路 通常，可以用两种方法来模拟γ曲线： 1、用二极管、电阻和电压源组成串联支路，并使若干个这样的支路并联在一起，作为放大器的反馈支路，当输入电压变化时，各反馈支路的二极管会在不同的输入电压下分别导通，使等效反馈电阻发生变化，从而使放大器的增益特性呈若干段折线状，用折线模拟实际所需的曲线; 2、根据二极管的非线性特性，直接用一个合适的二极管特性来模拟γ曲线。 一种四段折线式γ校正电路如图2所示。图中，负极性图像信号经VT1倒相放大，成为正极性的非线性输出信号，γ =0.45。而VT1的发射极接入了四段折线式非线性反馈电阻。当输入信号电平较高时，三个二极管VD1、VD2和VD3都导通，发射极反馈电阻为R5、R1、R2和R3并联，阻值最小，所以放大器的增益最高;当输入信号电平逐渐降低时，VD1首先截止，反馈电阻为R5、R2和R3并联，阻值上升，放大器增益减小;当输入信号电平继续降低时，VD2也截止了，反馈电阻变成R5和R3并联，阻值进一步上升，放大器增益则进一步减小;当输入信号电平降低到使VD3也被截止时，反馈电阻仅剩R5，放大器的增益达到最小值。因此，整个增益变化的特性曲线为四段折线。所以，只要正确设计和调整各个二极管的偏压和各个反馈电阻的阻值，就能够获得较为理想的γ特性曲线。
由图可知，各段折线的起始点，即γ特性曲线的各个转折点，分别由二极管的偏置电压决定，这些偏压可分别用RP1、RP2、和RP3调节。各段折线的斜率，即各不同输入信号电平的增益，则分别由电阻R1、R2 和R3决定。当信号从黑电平到白电平变化时，VT1的射极电阻Re1、Re2、Re3与Re4将按下式变化： 由上分析可知，如果γ特性曲线所分的折线段数为n，则需要的二极管的支路数为(n-1)。显然，n越大，则折线模拟的γ特性越接近理想。但n越大，电路越复杂，其调整也复杂。因此，一般实用中采用三四个二极管支路，就可满足要求。 现行摄像机大都采用了γ=0.45值。但有些摄像机外壳的后面板上，还设置了一个γ值选择开关，可供用户在γ=1与γ =0.45间使用选择。 自动光圈(AUTO IRIS) 一般，在实际应用的电视监控系统中，摄像机通常都是在大范围光照度变化的场合应用的，如早晚的光照度与中午的光照度，晴天的光照度与阴天的光照度，它们都会有很大的差别。因此，为保证CCD摄像机能够正确曝光成像，就必须随时调整镜头的光圈，以保证电视监控图像信号不会出现“限幅”现象，否则可能使图像亮处失去灰度层次，或因通光量减小而使画面灰暗且出现噪点。但摄像机位置一旦固定下来之后，每天去手动调整光圈是非常不现实的，只有使摄像机能提供驱动自动光圈镜头的接口，能附带自动光圈功能，才能在配接自动光圈镜头的情况下，使摄像机输出的视频图像信号，自动地保持在标准状态。
通常，电视监控用的标准CCD或CMOS摄像机，大都带有驱动自动光圈镜头的接口，其中有些只提供直流DC驱动或视频驱动(Video Drive，简称VD)中的一种驱动方式，有些则可同时提供DC和视频两种驱动方式，并设置开关供用户选择。 不同品牌及型号的摄像机所带自动光圈接口的位置及形式不完全一样。有的自动光圈接口设置在机身的后面板上，有的则设在机身的侧面。几种不同形式的的自动光圈接口如图3所示，其中阴式方四孔接口最为常见，但不同摄像机对其各针脚的定义又不完全相同。一般视频驱动自动光圈接口使用3个针，即电源正、视频、接地;而直流驱动自动光圈接口使用4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正、驱动负。具体将该接口定义为何种光圈驱动方式须由另外的拨动开关来选择，也有的由摄像机盖板内视频处理板上不同的插座位置来选择，并在出厂前设定一种方式，还有的干脆在摄像机机身侧面及后面板上直接设定两个不同的自动光圈接口。 自动光圈的工作原理是，根据视频信号电平的变化输出一控制电压，去驱动镜头中控制光圈的微型电动机做正反向转动，从而实现光圈的自动调整，使摄像机输出的视频信号保持在预先选定的标准电平上，即峰值电平的70%。
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