05 DIY流星觀測站——相機簡介

相關係列文章

相機相關的知識也是異常的多,有很多知識點搞不懂,俺是大自然的搬運工。如有錯誤的內容還請指正。

1. 關於相機的幾個問題

關於相機芯片(CCD或CMOS)最低感光能力的問題:

天文中通過“極限星等”衡量一個觀測系統的觀測能力,即在指定的曝光時間內,能看到的最暗的星星的星等。極限星等越大,觀測能力越強。如水星最亮時爲-1.4等、天狼星最亮時-1.7等、月亮滿月時-12等。工業相機通過最低照度來衡量相機的最低感光能力,最低照度和極限星等如何轉換?或者問要想看到天狼星,相機的最低照度應該是多少?

關於PAL和NTSC的幾個問題:

  1. PAL(每秒25幀,電視掃描線爲625線)和NTSC制式(每秒29.97幀,電視掃描線爲525線)是模擬時代的視頻傳輸(存儲)標準?
  2. PAL和NTSC制式與信號傳輸方式是模擬方式還是數字方式無關,數字方式也可以直接傳輸或存儲PAL和NTSC制式的視頻?
  3. 電視是一幀一幀採集的,用模擬信號傳輸,是因爲當時的編碼、解碼、傳輸、顯示標準是模擬標準?

2. 相機的定義

模擬相機

產生的圖像是PAL或NTSC格式,通過AV線輸出模擬信號,可直接接到電視上顯示。如果要採集到電腦存儲,需要通過模數採集卡採集。

數字相機

產生的圖像是數字格式YUY2、MJPG、H.264、H.265等,通過USB傳輸信號.

3. 相機芯片(CCD、CMOS)尺寸術語

全畫幅

或稱全片幅,135全畫幅,Full Frame。全畫幅是一個攝影方面的術語,是指感光面積爲36×24mm,和以前的膠片是一樣的。這一規格被用於描述鏡頭的成像圈指標和感光元件的尺寸。

APS-C

APS規格有三種,30.3×16.6毫米、24.9×16.6毫米、30.3×10.1毫米,分別命名爲APS-H、APS-C、APS-P,其中APS-C的比例與全畫幅相同而成爲了主流,目前常見的APS畫幅單反相機基本都是APS-C的,因此也有C幅機的叫法。

1/2.7”

”代表英寸,表示對角線長度爲1/2.7英寸。
CMOS尺寸對比
該圖片摘自網上。

4. 工業相機參數

1)模擬相機SONY 673CCD(sensor)+SONY 4140(DSP)參數示例:

  • 總像素: PAL: 1020H×596V NTSC: 1020H×508V
  • 有效像素: PAL: 976H×582V NTSC: 976H×494V
  • 信號制式: PAL/NTSC(默認PAL制式,可選擇NTSC制的)
  • 分辨率(水平中心):1200TVL
  • 數字降噪: 2D數字降噪(2DNR)支持0-15的16等級可調節
  • 寬動態: 數字寬動態(自適應色階再現)
  • OSD菜單:支持
  • 低照度: 0.0001LUX/F1.2
  • 信噪比: ≥48dB
  • 視頻輸出幅度: 1.0Vp-p/75Ω
  • 自動增益控制: 0.25/0.50/0.75/1.00四個等級可調節,可高達到55dB
  • 曝光模式: 電子曝光

2)數字相機 SONY IMX322參數示例:

  • 最低照度:0.01lux
  • 接口:USB接口,支持OTG協議
  • 視頻格式:H264輸出
  • 圖像分辨率:1920X1080@ 30fps

3)天文數字相機Andor-DZ936N參數示例:

  • CCD像元數: 2048 × 2048
  • CCD尺寸: 27.6 × 27.6mm
  • 像元大小: 13.5um × 13.5um
  • 滿阱電荷: 100,000 e-
  • 最大讀出速度: 5 Mhz
  • 讀出噪聲: 2.9 e-
  • 幀速率: 0.95 fps(全畫幅)
  • 最大製冷溫度: -100℃

音視頻傳輸標準列表:

  • 顯示效果對比:HDMI > VGA > S-Video > AV > TV。原因是壓縮越少的效果越好。
  • HDMI:即DVI的升級版本,基本上就是數字的RGB分離的信號,傳輸過程中不容易損耗,而且有自動校正功能,在電視內部處理時不需要模數轉換過程,因此避免了在VGA信號在模數轉換過程中發生的誤差。
  • VGA信號:是RGB分開傳輸的模擬信號,但是沒有經過壓縮和編碼的,所以是模擬信號中效果最好的,從某種意義上面來講,它也可以實現點對點傳輸。但是做爲模擬信號,它就不可避免的存在電視內部模數轉換的過程,因此對傳輸要求比較高,很容易出現顯示畫面和實際傳送畫面的顏色偏差。VGA和HDMI(DVI)屬於VESA的標準,屬於電腦類信號,但是他們兼容電視類信號格式。
  • S-Video信號:由亮度信號和色度信號組成,就是將亮度信號和色度信號獨立傳輸的AV信號,避免了AV信號常有的串色或偏色的現象,但是分辨率和AV一樣(NTSC制式是480i,PAL制式是576i)。
  • AV信號:音頻線(Audio Cable)和視頻線(Vidio Cable)的簡稱。由於AV輸出仍然是將亮度與色度混合的視頻信號,所以依舊需要顯示設備進行亮度和色彩分離,並且解碼才能成像。這樣的做法必然對畫質會造成損失,所以AV接口的畫質依然不能讓人滿意。

視頻編碼標準列表:

  • 視頻壓縮比例:H.265 > H.264 > MJPG > YUY2
  • PAL和NTSC:也是視頻編碼標準?
  • YUV:是一種顏色編碼方法。常使用在各個視頻處理組件中。YUV在對照片或視頻編碼時,考慮到人類的感知能力,允許降低色度的帶寬。Y代表明亮度(Luminance、Luma),“U”和“V”則代表色度、濃度(Chrominance、Chroma)。YUV的發明是由於彩色電視與黑白電視的過渡時期。黑白視頻只有Y視頻,也就是灰階值。到了彩色電視規格的制定,是以YUV/YIQ的格式來處理彩色電視圖像,把UV視作表示彩度的C,如果忽略C信號,那麼剩下的Y信號就跟之前的黑白電視頻號相同,這樣一來便解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題。YUV最大的優點在於只需佔用極少的帶寬。
  • YUY2:YUV格式的一種,對YUV三個信道以4:2:2方式打包,示意圖。
    YUY原理圖
    該圖片摘自網上。
  • M-JPEG:簡寫爲MJPG,源於JPEG壓縮技術,是一種簡單的幀內JPEG壓縮。
  • MPEG:壓縮運動圖像及其伴音的視音頻編碼標準,它採用了幀間壓縮,僅存儲連續幀之間有差別的地方 ,從而達到較大的壓縮比。MPEG現有MPEG—1、MPEG—2和MPEG—4三個版本,以適應於不同帶寬和圖像質量的要求。
  • H.264:是MPEG4的一部分,是一個數字視頻編碼標準,是國際標準化組織(ISO)和國際電信聯盟(ITU)共同提出的繼MPEG4之後的新一代數字視頻壓縮格式。H.264是ITU-T以H.26x系列爲名稱命名的視頻編解碼技術標準之一。
  • H.265:在有限帶寬下傳輸更高質量的網絡視頻,壓縮效率應該比H.264至少提高1倍。
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