监控摄像机关键性能参数测试

监控摄像机测试技术的研究
【摘要】：随着视频监控系统的日渐普及和新技术的应用，监控摄像机的种类发生了很大变化，产品质量也参差不齐，测试工作的重要性逐渐显现。结合检测工作经验，依据监控摄像机的特性，本文着重介绍了关键参数的测试方法，为监控摄像机检测新方法研究提供了参考。
随着日常应用功能的提升，视频监控系统发挥着越来越重要的作用， 特别是在银行、交通、公安、电力 行业，视频监控系统更是做出了巨大贡献，其发展也受到了高度的关注和推动。监控摄像机作为视频监控系统的主要设备，其重要性不言而喻。但随着视频监控系统的日渐普及和新技术的应用，监控摄像机的种类逐渐增多，产品品质也良莠不齐，测试工作的重要性凸显。
面对如此众多的监控摄像机，如何进行有效测试？经过资料收集整理，笔者发现许多相关文章和方法都是针对专业摄像机，而对于监控摄像机测试技术的描述比较少，收集到的几篇资料中，内容、方法都很简单，操作性不强。在此，笔者整理了一些关于监控摄像机关键性能参数的客观 测试方法，希望与大家分享。
1.监控极像机的关键性能参数
对于一台专业摄像机，需要测试的项目很多，主要包括亮度灵敏度、 亮度分辨率、亮度信噪比、亮度幅度颊率响应、亮度波形失真与脉冲响应、亮度伽马特性、亮度白削波和压缩率、亮度动态范围和对比度范围、 亮度白场不均勻性、色度信噪比、色度幅度频率响应、几何失真等24项指标。但监控摄像机毕竟不同于广播级专业摄像机，对于普通使用者来说， 许多指标的测试不是必须的。在此，本文结合行业现状及大家普遍关注的问题，列出几个最常见的指标：最低照度、亮度分辨率、亮度信噪比、亮度动态范围，并对这些主要性能参数的测试方法作一归纳。
2测试条件及工具
2.1测试条件
测试方式一般为反射式测试和透射式测试两种。
反射式测试结构图见图1。使用照度计在测试图中心测量，在接受器指向摄像机方向，测试图的物体照度应为2000LX土5%,物体照度的不均匀性应小5%,光源相关色温应为3100K 土 100K。
透射式测试结构图见图2。测试图峰白亮度应为636cd/m²±5%,物体照度的不均勻性应小于5%,光源相关色温应为3100K 士 100K。

如果摄像机具有白平衡设置，应手动或自动设置为3100K ± 100K。 如果有增益控制，应将AGC (自动增益控制）置于OFF状态。
镜头建议选择定焦、二可变镜头，便于光圈、聚焦控制。摄像机拍摄测试图时要使箭头限定的边框与监视器上在欠扫描方式下所显示的图像边缘刚好一致。
2.2测试卡
常用的测试卡包括综合测试卡、灰度测试卡、小方空卡及白卡。
2.3测试设奋
最低照度、亮度分辨力、亮度信噪比、亮度动态范围的测试需在暗室中进行，还需配置示波器、标准光源（色温3100尺土1001〇、标准灯箱（色温3100K±100K)、监视器(频响>800TVL)、视频噪声测量仪、中性密度滤光片等。
3测试方法
 3.1最低照度
最低照度即监控摄像机产生的亮度输出电平为额定输出电平50%时物体的最小照度，结果以Lx为单位表示。
测试方法：

（1)设备安排及灰度测试图，如图6所示。
（2)将摄像机对准十级灰度测试卡，使测试卡箭头限定的边框与监视器上在欠扫描方式下所显示的图像边缘刚好一致，记录下额定输出电平值，该额定输出电平为对应于灰度测试卡中心白色区域的电平。
（3)用调压器调低光源电压，逐渐降低光亮度，同时观察视频输出电平值，减小到额定输出电平的一半时，停止调低光源电压。
（4)用测光表测量测试卡中心白色区域表面的照度值，即为该摄像机的最低照度。
3.2亮度分辨力
指摄像机亮度通道的分辨能力， 通常分为水平分辨力和垂直分辨力。具体来说，水平分辨力指在与图像髙度相等的水平尺寸内的垂直黑白条数线；垂直分辨力指图像高度范围内水平黑白条数，结果均用TV线数表示。测试方法如下：
(1)    设备安排及综合测试卡，如图6所示。
(2)    将摄像机对准综合测试卡，监视器调至黑白模式和欠扫描方式，使测试卡箭头限定的边框与监视器上所显示的图像边缘刚好一致。
(3)    在监视器上，读取图像中心楔上相应于对垂直条可见度极限的TV线数，即为水平分辨力值。用示波器测量调制深度可测出垂直条数。建议在调制深度5%时，读取最大线数，在示波器上读出调制深度5%有困难的情况下，可将调制度10%时的黑白线数与调制深度值一起列出。也可根据摄像机的标称值，査验其相应清晰度下的调制度。
(4)    同样，读取图像中心楔上相应于水平条可见度极限的TV线数，得出垂直分辨力值
3.3亮度信噪比
摄像机的信噪比又分为亮度信噪 比和色度信噪比。由于色度信噪比的评价较为繁琐，在此仅向大家介绍亮度信噪比。亮度信噪比是用干衡量摄像机的亮度通道噪声特性的指标，通常用符号S/N来表示，以dB 为单位。测试方法如下：
(1) 设备安排及白色图测试卡，如图6所示。
(2) 聚焦应调至散焦的无穷远。调整光圈的大小，使摄像机输出的视频电平达到350mV。
(3) 用视频噪声测量仪测量叠加在输出信号上的噪声，在仪表显示屏上直接读出信噪比的读数。亮度信噪比是由公式（1)计算得出的：
 

式中，V’——噪声电压的有效值；
V——基准电平，100%的白输出 图像电平的幅度。
测试时应注意，视频噪声测量仪滤波器一般采用fc=5MHZ的低通和fc=20kHz的髙通，不采用视频加权曲线。
3.4亮度动态范围
亮度动态范围是指不引起图像 “开花”和“拖尾”现象的最大照度 电平与相应于被亮度通道中噪波所限 制的最小信号电平的光级之间的范 围，测试结果以dB表示。“开花” 指的是产生图像开花和产生额定输出 信号电平的物体照度之比，亦即超过 标称照度的过曝光；而“拖尾”是指产生拖尾的物体照度与 相应于输出信号标称电 平的物体照度之比。
亮度动态范围是由 开花和拖尾测试的过曝 光测量结果和亮度信噪 比S/N之和来计算的， 计算式为：

式中，G——亮度动态范围；D——在图像开花或拖尾测试中，所附加的中性密度滤光片的密度最小值；S/N——亮度信噪比。
3.4.1开花测试
(1)      设备安排及小方孔卡，如图7所示。
(2)  将摄像机对准小方孔卡，使测试卡箭头限定的边框与监视器(欠扫描方式）上所显示的图像边缘 刚好一致。
(3)  在示波器上，选择测试卡中心曝光区域，记为第M行。在镜头前放置中性滤光片，使第M行由于图像开花效应产生的信号幅度（SB)为标称白信号（100%)电平的50%。
(4)  在已经置有中性滤光片的镜头前，加放另一个中性滤光片，增加其密度，直到信号幅度下降到标称电平，即100%的额定亮度电平图，
记下附加滤光片的中性密度D1
3.4.2拖尾测试

(1)  设备安排及小方孔卡如图7所示。
(2)  将摄像机对准小方孔卡， 使测试卡箭头限定的边框与监视器(欠扫描方式）上所显示的图像边缘 刚好一致。
(3)  垂直拖尾测试
1) 在示波器上选择测试卡非中心曝光区域（测试卡髙度四分之一处）任选一行，记为第L行。在镜头前放置一个中性密度滤光片，使第L行由于图像拖尾产生的信号幅度(SB)为100%白电平的5°/。
2) 在示波器上选择测试卡中心曝光区域，记为第M行。加放另一个中性滤光片，调节其密度以得到100%标称白电平，记下附加中性密 度滤光片的密度D2。
(4)      水平拖尾测试
1) 在示波器上选择第L和M行。镜头前加中性密度滤光片，使由于水平拖尾引起的电平差La_b(见图8) 为额定输出电平（即100%白信号电平）的5%。
2)  加上附加的中性密度滤光片，调节其密度以得到白信号电平La=100%，记下附加中性密度滤光片的密度D3。

在开花和拖尾得出的中性密度滤光片的密度值D1.D2.D3中取最小值（即为D)及3.3中亮度信噪比S/N值，代人公式（2)中，可得出亮度动态范围。
4结语
随着视频监控系统的日渐普及和新技术的应用，监控摄像机的种类发生了很大变化，产品质量也参差不齐，测试工作的重要性逐渐显现。本文结合检测工作经验，依据监控摄像 机的特性着重介绍了关键参数的测试方法，为监控摄像机检测新方法研究提供了参考。
【参考文献】
[1]摄像机（PAL/SECAN/ NTSC)测量方法（GB/T 15865-1995)第1部分•非广播单 传感器摄像机