主页（http://www.pttcn.net）：CCD摄像机的基础知识(下)(2) 视频信号电平，可以取为信号的平均电平或峰值电平，预选电平则由摄像机内部调整的基准电压进行控制。一般，为使画面上的主体目标达到最佳亮度，应排除边缘图像亮度对信号电平的影响，因而光圈的调整应以中心部分的图像信号电平的变化为依据。为此，在信号选取电路中设置一个产生“窗口脉冲”的电路或“自动光圈门”电路。其窗口的大小不超过整个显示图像面积的40%;有的窗口是矩形的，其高度为显示画面高的65%，宽度为画面宽的65%;也有的只选用画面总面积20%的椭圆形窗口。
一种自动光圈控制电路的方框图如图4所示。由图可知，从处理放大器来的视频信号，经放大后进入开关S1和S2。开关S1由窗口脉冲控制。在窗口脉冲期间，开关S1接通，所选取的信号经二极管VD给电容器C1充电，充电电压可达信号峰值电平;窗口脉冲结束时，开关S1断开，C1停止充电。这时，控制脉冲A来到，使开关SA接通，C1上的电压被转移到C2上，经缓冲后送入比较放大器，将它与基准电平进行比较，所得到的误差电压经放大后，送到摄像机的自动光圈输出端口，并进入自动光圈镜头的电动机控制电路。 若输入信号电平高于标准信号电平，误差电压为负，使光圈减小，直至信号电平等于标准信号电平时，误差电压才为零，使电动机停止转动，光圈停止变化。反之，误差电压为正，光圈变大。 一般，DC驱动自动光圈镜头比视频驱动自动光圈镜头的价格便宜一些，这是因为DC驱动自动光圈控制电路在摄像机内，而视频驱动自动光圈控制电路在镜头中。 电子快门(Electronic Shutter) 电子快门类似于照相机的机械快门功能，在这里是调整控制CCD图像传感器的感光时间，以便改善运动目标图像的清晰程度。实际上，CCD感光的实质是信号电荷的积累，感光时间越长，信号电荷的积累时间就越长，输出信号电流的幅值也就越大。因此，通过调整光生信号电荷的积累时间，即调整时钟脉冲的宽度，就可实现控制CCD感光时间的功能。所以，正确调整电子快门的时间，可保证摄像机在正确的对焦下，拍摄的图像目标清晰。 当前，一般的固体成像器件的摄像机绝大多数都带有电子快门功能，其电子快门时间一般为(秒)。并且，高档CCD摄像机一般将电子快门时间分为若干档，可通过多档拨动开关手动调节，也可在自动方式下由摄像机根据检测到的光强度自动调节。而普通的CCD或CMOS摄像机一般只在其机身侧面或后面板上设有一个自动电子快门ON/OFF开关，还有些产品干脆将自动电子快门做成内置式，使用者就只能在它ON状态下使用了。 为了提高摄像机的低照度灵敏度，即使摄像机在低照度环境下也能拍摄到较为清晰的画面，有的摄像机还设置了类似于照相机的B门或T门感光拍摄方式的多场积累电子快门方式。在这种方式下，CCD感光单元可以暂停若干场的电荷转移，使其光敏单元中的电荷得以暂存，直到对某场景进行多场曝光后再进行电荷转移。由于电荷的积累作用，使输出信号的幅度也相应得以提高，这就相当于提高了摄像机的低照度灵敏度。常见的场积累时间一般为2场、4场或6场。值得指出的是，这种多场积累电子快门方式，仅适合于非运动场景的摄像监视。
利用CCD摄像机的高速电子快门，可以防止拍摄高速运动物体时造成的“运动模糊”现象。所谓“运动模糊”即摄像机在拍摄快速运动的物体时会出现“拖影”，这是由于CCD的感光时间太长，而在这段感光时间内物体已经产生了位移，也就是说，在一个电荷转移周期内，运动物体在CCD感光面的不同位置都成了像。为防止“运动模糊”现象，应该缩短入射光在CCD感光面上的作用时间，即在每一场内只将某一段时间产生的电荷作为图像信号输出，而将其余时间产生的电荷排放掉，不予使用。这样就等于缩短了存储电荷的时间，相当于缩短了光线照射CCD感光面的时间，如同加了快门一样，这就是电子快门的实质。 电子快门速度的控制方法，如图5所示。当接通电子快门开关时，快门控制脉冲加到CCD的N型硅衬底，行频快门脉冲使感光单元的电荷一行一行地放掉，直到快门脉冲停止，电荷停止泄放。快门打开的时间长短由每场出现的行频脉冲数决定，而这个脉冲数由快门速度选择开关控制。快门速度越高，则脉冲数目越多。 自动电子快门功能还能实现自动光圈的效果：当通过镜头的光通量较强时，输出信号电流也会较大，此时电子快门自动调节到高速档，使信号电荷的积累时间变短，从而使输出信号电流的幅值减小;当通过镜头的光通量较弱时，输出信号电流也会变小，此时电子快门自动调节到低速档，使信号电荷的积累时间加长，从而使输出信号电流的幅值增加。自动电子快门的速度大多是连续可调的，由此实现了当被摄景物的光照度变化时，CCD或CMOS摄像器件的输出电流基本保持稳定。 值得注意的是：当选用高速电子快门档时，由于CCD的电荷积累时间相对缩短，使摄像机输出的视频信号幅度减小，使图像变暗，此时应相应加大摄像机镜头的光圈，或相应提高监视现场的光照度。如快门速度为1/2000s时，信号电平将降低到快门关时的1/40倍，故光圈要加大5档，或光照度提高40倍。 一般，在拍摄快速运动物体时，最适宜应用电子快门，因为它能使运动物体清楚地显示出运动过程，所以非常适于拍摄体育竞技比赛的图像，或公路上行驶车辆的场景监控等。 自动增益控制(AGC) 通常，要求摄像机输出的视频信号，必须达到电视传输规定的标准电平，即0.7Vpp。为了能在不同的景物照度条件下都能输出0.7Vpp的标准视频信号，必须使放大器的增益能够在较大的范围内进行调节。这种增益调节，一般都是通过检测视频信号的平均电平自动完成的。能实现此功能的电路，就称为自动增益控制(AGC)电路，简称AGC电路。 目前，市面上常见的CCD或CMOS摄像机都具有AGC的功能：即当有弱信号时自动提高摄像机内部的放大增益;有强信号时自动降低摄像机内部的放大增益。即使最终的输出信号基本不随输入信号的变化而变化，输出信号幅值基本维持不变。 需要注意的是，具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高。但此时的噪点也会比较明显，这是由于信号和噪声被同时放大了的缘故。
|
