攝像機的發(fā)展速度很快，從攝像管到CCD元件，以其構成的CCD攝像機具有體積小、重量輕、不受磁場影響、具有抗震動和撞擊等特點，同時清晰度、照度、可靠性等指標大大提高而被廣泛應用。CCD是ChargeCoupledDevice(電荷耦合器件)的縮寫，它是一種半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
　　
　　一、CCD攝像機的分類
　　
　?、?按照成像色彩劃分
　　
　　CCD攝像機按成像色彩劃分為彩色攝像機和黑白攝像機兩種。除色度處理方面不同外，其它原理基本一致。主要有光學系統(tǒng)、光電轉換系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)組成。其中光電轉換系統(tǒng)是攝像機的核心。
　　
　　自然圖像通過光學鏡頭成像于攝像機的光靶面上，彩色攝像機的光學系統(tǒng)中使用相干分
　　
　　色棱鏡或特殊條狀濾色鏡將光信號分成紅、綠、藍三色光信號，光電轉換系統(tǒng)通過攝像管或CCD元件利用電視掃描方法把光圖像信號轉換成隨時間變化的視頻電信號，再經放大、處理、編碼而成為全電視信號。
　　
　?、?按照分辨率劃分
　　
　　按照分辨率劃分為25萬像素左右，對應彩色330線/黑白400線的低檔型;25萬至38萬像素之間，對應彩色420線/黑白500線的中檔型;38萬像素以上，對應彩色大于或等于460線黑白570線以上的型。
　　
　?、?按照攝像機靈敏度劃分
　　
　　按照靈敏度可分為zui低照度1至3lux的普通型;0.1lux左右的月光型;0.01lux以下的星光型以及原則上可以為0Lux，采用紅外光源成像的紅外照明型。
　　
　?、?按照CCD靶面尺寸劃分
　　
　　攝像機攝像器件(CCD)的尺寸分為1英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。其中以1/3英寸和1/2英寸zui為常見。
　　
　　CCD尺寸水平(mm)垂直(mm)對角線(mm)
　　
　　1英寸12.79.616
　　
　　2/3英寸8.86.611
　　
　　1/2英寸6.44.88
　　
　　1/3英寸4.83.66
　　
　　1/4英寸3.62.44
　　
　　1/5英寸的CCD攝像機正待開發(fā)之中，將來也會在市場上占有一定比例。一般來說，大的CCD芯片，其相應的象素面積也較大，接收所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機整體質量提高，圖像細部明顯細膩自然。而光學系統(tǒng)聚焦影像時的焦平面越小，則成像過程中丟失的細節(jié)就越多，得到的影像放大后細部過渡就可能有突變的現象，顯得不自然。另外小尺寸CCD擁有更多的象素和更高的分辨率也會導致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動態(tài)范圍越窄。每個象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合(在電子學上這個概念叫做色度亮度干擾)。
　　
　　CCD傳感器的技術發(fā)展趨勢
　　
　　CCD是攝像機的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機的品質，并且CCD的發(fā)展是攝像機更新換代的基礎。
　　
　　CCD傳感器有兩種，*種是特殊CCD傳感器，如紅外CCD芯片(紅外焦平面陣列器件)、高靈敏度背照式和電子轟擊式CCD、EBCCD等，另外還有大靶面如2048×2048、4096×4096可見光CCD傳感器、寬光譜范圍(紫外光→可見光→近紅外光→3-5μm中紅外光→8-14um遠紅外光)焦平面陣列傳感器等。目前已有商業(yè)化產品，并廣泛應用于各個領域。第二種是通用型或消費型CCD傳感器，在許多方面都有較大地進展，總的方向是提高CCD攝像機的綜合性能。
　　
　?、?CCD傳感器的像面尺寸向集成化、輕量化方向的發(fā)展。
　　
　　由于制造CCD傳感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD傳感器芯片;由于光刻機的進步，所以在仍保持具有很高靈敏度的特性下，CCD傳感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向發(fā)展。在1993年，1/2英寸的CCD傳感器占總產量的5%;1/4英寸的CCD傳感器占總產量的10%;1/3英寸的CCD傳感器占總產量的85%。在1997年，在總產量比1993年增加200%以上的情況下，1/2英寸的CCD傳感器仍有很大發(fā)展，已占總產量的15%(1/2英寸由于靶面較大仍有許多場合需要，尤其在科研領域中);1/4英寸的CCD傳感占總產量的60%。也就是說，1/2英寸較大靶面尺寸CCD傳感器仍有很大增長。1/4英寸的CCD傳感器的產量比1/3英寸的CCD傳感器來說，占總產量的比例在減少。
　　
　　㈡ CCD傳感器向高素數、多制式發(fā)展
　　
　　各種CCD傳感器的像面尺寸在減少，但其像素數在增加，已由早期的512(H)×596(V)向795(H)×596(V)發(fā)展，甚至出現超過百萬像素的CCD傳感器。為提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已從通常的隔行掃描向逐行掃描格式發(fā)展。
　　
　　㈢ 降低CCD傳感器的工作電壓、減少功耗
　　
　　在初期研制的CCD攝像機有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合PC攝像機和網絡圖像傳輸的應用，逐步以+12V和+5V兩種工作電壓為主。
　　
　　⑷ 提高CCD攝像機的制造效率
　　
　　為了降低CCD攝像機的制造成本，實現高速自動化生產，制造廠家追求緊密性結構，致力于CCD攝像機的小型化，即由DipOnBoard(DOB)過錫板工藝改進為ChipOnBoard(COB)板上連接IC芯片的貼片方式。到目前為止，已實現多層板的MultiChipModule(MCM)多芯片集成模組化制造技術。
　　
　?、?CCD攝像機的數字化
　　
　　在制造CCD攝像機時，從以往的Analog模擬系統(tǒng)逐步實現DSP數字化處理，可以借助電子計算機和專門軟件系統(tǒng)實現對CCD攝像機，特別是對彩色CCD攝像機的各種參數的量化調整，可以確保CCD攝像機性能指標的優(yōu)化一致性以及在特殊使用條件下的參數量化修改。
　　
　　三、CCD攝像機的技術性能、特點及進展
　　
　?、?Hyper-D高動態(tài)范圍CCD攝像機
　　
　　CCD攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器。但是人眼在觀察目標時，可以看清目標的zui低照度為1Lux，當目標照度達到3×105Lux時，即為人眼動態(tài)范圍，這種攝像機被稱為Hyper-DCCD攝像機。
　　
　?、?從模擬AnalogCCD攝像機向DSP數字處理CCD攝像機方向的發(fā)展
　　
　　采用DSP技術，可以使CCD攝像機在數字檢測和數字運算技術上能夠有效實現智能化逆光背景補償;能夠自動跟蹤白平衡，即可以在任何條件下檢測和跟蹤“白色”，并以數字運算處理功能來再現原始的景物色彩。
　　
　?、?電腦攝像機(PCcamera)和網絡攝像機(NetworkCamera)
　　
　　由于計算機的進步和發(fā)展，可通過計算機主板上的USB接口通用串行總線和IEEE1394高速串行綜合數據傳輸接口以及PCMCIA來輸入。USB接口的傳輸速率是12Mbps，IEEE1394接口的傳輸速率是100-400Mbps。隨著信息高速公路的實施，對于CCD攝像機作為系統(tǒng)的前端圖像傳感器正向著適合網絡用戶的方向發(fā)展。CCD攝像機不僅需具有高分辨率的圖像質量，而且還需具有小巧、使用簡便、通用性強的特點。當前人們關注的ConsumerCCD攝像機在不久的將來會普及到千家萬戶。
　　
　?、?逐行掃描(ProgressiveScan)方式CCD攝像機
　　
　　ProgressiveScanCCD攝像機即逐行掃描CCD，是相對通用的隔行掃描CCD攝像機而言的。CCD攝像機的垂直分辨率一般僅能達到350TV線，這是由于使用2場，每場以311條線掃描，以2∶1隔行掃描，對運動的目標會由于奇場和偶場合為一幀，使用兩個瞬間狀態(tài)的信息被平滑了，分辨率會不降。而用PC逐行掃描方式攝像機拍攝的運動目標是在同一瞬間將兩場圖像同時采集成為一幀圖像，達到提高垂直分辨率的作用。綜上所述，到21世紀，世界將進入信息時代，數字化、計算機化、通訊、電視融為一體的網絡化即將成為現實，讓人們去面對、去學習、去研究。從整個系統(tǒng)來講，CCD攝像機是核心的元件之一，但由于我國CCD攝像機制造技術和CCD傳感器生產線正處于發(fā)展和不斷完善的階段，因此，目前我國CCD產業(yè)亟待發(fā)展，才能適應市場的需求。隨著我國經濟的高速增長，信息產業(yè)化進程的加快，CCD攝像機的市場會越來越大，應用的領域將深入到每一個相關的專業(yè)領域，將給人們帶來新的概念。
　　
　　四、CCD攝像機常見性能和主要性能指標
　　
　　現在攝像機的功能很多，如自動白平衡調整、自動增益調整、電子快門、逆光補償、多種同步方式、Y/C分離輸出等等。但考察攝像機檔次的zui主要指標是水平清晰度、zui低照度(靈敏度)和信噪比。
　　
　?、?清晰度
　　
　　清晰度數是衡量攝像機優(yōu)劣的一個重要參數，它指的是當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器(應比攝像機的分辨率高)上能夠看到的zui多線數。當超過這一線數時，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相間的線條。
　　
　　工業(yè)監(jiān)視用攝像機的分辨率通常在380~460線之間，廣播級攝像機的分辨率則可達到700線左右。清晰度是由攝像器件像素多少決定的，顯然攝像器件的像素越多，得到的圖像越清晰，
　　
　?、?zui低照度
　　
　　zui低照度是zui低照度是當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。一般彩色攝像機的zui低照度為2～3LUX，照度的測定是以在一定的鏡頭光圈系數為前提，因此，不能只看攝像機說明書中標明的zui低照度，應按攝像機在同一光圈系數下其照度值的大小。zui低照度越小，攝像機檔次越高。相對于彩色攝像機而言，黑白攝像機由于沒有色度處理而只對光線的強弱(亮度)信號敏感，所以黑白攝像機的照度比彩色攝像機照度要低，一般可做到0.1LUX在F1.4時，至于微光攝像機則更低。有關光圈系數的知識請參閱鏡頭一節(jié)。反之也然。清晰度越高，說明攝像機檔次越高，反之越低。