摄像头的工作原理 注1:图像传感器(SENSOR)是一种半导体芯片,其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时,就会产生电荷。 注2:数字信号处理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能:主要是通过一系列复杂的数学算法运算,对数字图像信号参数进行优化处理,并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。 DSP结构框架: 1. ISP(image signal processor)(镜像信号处理器) 2. JPEG encoder(JPEG图像解码器) 3. USB device controller(USB设备控制器) 四、摄像头的主要结构和组件 从摄像头的工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件: 五、摄像头的一些技术指标
1、 图像解析度/分辨率(Resolution): ●SXGA(1280 x1024)又称130万像素 ●XGA(1024 x768)又称80万像素 ●SVGA(800 x600)又称50万像素 ●VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488) ●CIF(352x288) 又称10万像素 ●SIF/QVGA(320x240) ●QCIF(176x144) ●QSIF/QQVGA(160x120) 2、图像格式(image Format/ Color space) RGB24,I420是目前最常用的两种图像格式。 ●RGB24:表示R、G、B三种颜色各8bit,最多可表现256级浓淡, 从而可以再现256*256*256种颜色。 ●I420:YUV格式之一。 ●其它格式有: RGB565,RGB444,YUV4:2:2等。 3、自动白平衡调整(AWB) 定义:要求在不同色温环境下,照白色的物体,屏幕中的图像应也是白色的。 色温表示光谱成份,光的颜色。色温低表示长波光成分多。 当色温改变时,光源中三基色(红、绿、蓝)的比例会发生变化, 需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡,这就是白平衡调节的实际。 4、图像压缩方式 JPEG:(joint photographic expert group)静态图像压缩方式。 一种有损图像的压缩方式。压缩比越大,图像质量也就越差。当图像精度要求 不高存储空间有限时,可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。 5、彩色深度(色彩位数) 反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力,实际就是A/D转换器的量化精度, 是指将信号分成多少个等级。常用色彩位数(bit)表示。彩色深度越高,获得的影像 色彩就越艳丽动人。 6、图像噪音 指的是图像中的杂点干挠。表现为图像中有固定的彩色杂点。 7、视角 与人的眼睛成像是相成原理,简单说就是成像范围。 8、输出/输入接口 串行接口(RS232/422):传输速率慢,为115kbit/s 并行接口(PP):速率可以达到1Mbit/s 红外接口(IrDA):速率也是115kbit/s,一般笔记本电脑有此接口 通用串行总线USB:即插即用的接口标准,支持热插拔。 USB1.1速率可达12Mbit/s,USB2.0可达480bit/s IEEE1394(火线)接口(亦称ilink):其传输速率可达100M~400Mbit/s 镜头的组成是透镜结构,由几片透镜组成,一般有塑胶透镜(plastic)或玻璃透镜(glass)。通常摄像头用的镜头构造有:1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透镜越多,成本越高;玻璃透镜比塑胶贵。因此一个品质好的摄像头应该是采用玻璃镜头,成像效果就相对塑胶镜头会好。现在市场上的大多摄像头产品为了降低成本,一般会采用塑胶镜头或半塑胶半玻璃镜头(即:1P、2P、1G1P、1G2P等)。 2、 感光芯片 (SENSOR) 感光芯片,也叫图像传感器,美光(Micro)MI360 CMOS图像传感器 图像传感器分为两类:CCD(charge couple device) :电荷耦合器件 CMOS(complementary metal oxide semiconductor):互补金属氧化物半导体 CCD的优点是灵敏度高,噪音小,信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。 CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。 在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好。所以我们在使用摄像头,尤其是采用CMOS芯片的产品时就更应该注重技巧: 首先不要在逆光环境下使用(这点CCD同),尤其不要直接指向太阳,否则“放大镜烧蚂蚁”的惨剧就会发生在您的摄像头上。 其次环境光线不要太弱,否则直接影响成像质量。克服这种困难有两种办法,一是加强周围亮度,二是选择要求最小照明度小的产品,现在有些摄像头已经可以达到5lux。{zh1}要注意的是合理使用镜头变焦,不要小瞧这点,通过正确的调整,摄像头也同样可以拥有拍摄芯片的功能。 目前,市场销售的数码摄像头中,基本是CCD和CMOS平分秋色。在采用CMOS为感光元器件的产品中,通过采用影像光源自动增益补强技术,自动亮度、白平衡控制技术,色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术,xx可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。 受市场情况及市场发展等情况的限制,摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多,主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。 3、 主控芯片(DSP) 中星微(VIMICRO)301Plus主控芯片,是目前摄像头中{zh0}的核心IC之一
摄像头感光器件:CCD一定比CMOS好吗? 在选择摄像头时,镜头是很重要的。按感光器件类别来分,现在市场上摄像头使用的镜头大多为CCD和CMOS两种,其中CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合组件)因为价格较高更多是应用在摄像、图象扫描方面的xx技术组件,CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,附加金属氧化物半导体组件)则大多应用在一些低端视频产品中。
感光器件是摄像头主要的技术核心,它的原理基本上与DC、DV一致。对于CCD和CMOS两种镜头而言,不少人可能会因为CCD比较昂贵而认为用CCD的摄像头一定比用CMOS的摄像头好,其实这样的想法是不对的!这只不过是厂商的卖点罢了,事实上,二者各有优点: CCD的优点是灵敏度高,噪音小,信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。 CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好。 目前,市场销售的数码摄像头中,基本是采用的CMOS的摄像头。在采用CMOS为感光元器件的产品中,通过采用影像光源自动增益补强技术,自动亮度、白平衡控制技术,色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术,xx可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制,摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多,主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。 摄像头芯片:进入免驱时代
现在主流摄像头基本上都已采用了免驱的芯片,好的会采用中星微等知名厂家推出的免驱芯片;而一些劣质产品可能会采用一些劣质芯片以达到其低价的效果,虽然价格是低了,但是质量就难以得到保障了。
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