DSP

摄像头

2019-07-13 20:52发布

摄像头的工作原理      摄像头的工作原理大致为:景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上,然后转为电信号,经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号,再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理,再通过USB接口传输到电脑中处理,通过显示器就可以看到图像了。
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:  1、主控芯片(详情请参阅下面介绍)  2、感光芯片(详情请参阅下面介绍)  3、镜头(详情请参阅下面介绍)   4、电源。摄像头内部需要两种工作电压:3.3V和2.5V,因此好的摄像头内部电源也是保证摄像头稳定工作的一个因素。
摄像头的一些技术指标  
1、图像解析度/分辨率(Resolution)    
●SXGA(1280x1024)又称130万像素    
●XGA(1024x768)又称80万像素    
●SVGA(800x600)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(imageFormat/Colorspace)     RGB24,420是目前最常用的两种图像格式。     
●RGB24:表示R、G、B三种颜 {MOD}各8bit,最多可表现256级浓淡,从而可以再现256*256*256种颜 {MOD}。    
●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 {MOD}温环境下,照白 {MOD}的物体,屏幕中的图像应也是白 {MOD}的。 {MOD}温表示光谱成份,光的颜 {MOD}。 {MOD}温低表示长波光成分多。当 {MOD}温改变时,光源中三基 {MOD}(红、绿、蓝)的比例会发生变化,需要调节三基 {MOD}的比例来达到彩 {MOD}的平衡,这就是白平衡调节的实际。 
4、图像压缩方式     JPEG:(jointphotographicexpertgroup)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 {MOD}深度( {MOD}彩位数)     反映对 {MOD}彩的识别能力和成像的 {MOD}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 {MOD}彩位数(bit)表示。彩 {MOD}深度越高,获得的影像 {MOD}彩就越艳丽动人。现在市场上的摄像头均已达到24位,有的甚至是32位 
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 {MOD}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480Mbit/s     IEEE1394(火线)接口(亦称ilink):其传输速率可达100M~400Mbit/s 

【→摄像头的进一步分析←】      从摄像头的组成来看决定一个摄像头的品质从硬件上来说主要是:镜头、主控芯片与感光芯片。
1、镜头(LENS)  五层“全玻”,也算目前顶级的摄像头镜头了。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)   是组成数码摄像头的重要组成部分,根据元件不同分为  CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合元件)应用在摄影摄像方面的高端技术元件。  CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体元件)应用于较低影像品质的产品中。  目前CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸,在相同的分辨率下,宜选择元件尺寸较大的为好。   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, {MOD}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 {MOD}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。  最后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 {MOD}。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, {MOD}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,完全可以达到与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,是目前摄像头中最好的核心IC之一 在DSP的选择上,是根据摄像头成本、市场接受程度来进行确定。现在DSP厂商在设计、生产DSP的技术已经逐渐成熟,在各项技术指标上相差不是很大,只是有些DSP在细微的环节及驱动程序要进行进一步改进。  4、图像解析度/分辨率(Resolution) 即传感器像素,也就是我们常说的多少像素的摄像头,是衡量摄像头的一个重要指标之一,一些产品都会在包装盒标着30万像素或35万像素。在实际应用中,摄像头的像素越高,拍摄出来的图像品质就越好,但另一方面也并不是像素越高越好,对于同一画面,像素越高的产品它的解析图像的能力也越强,但相对它记录的数据量也会大得多,所以对存储设备的要求也就高得多,因而在选择时宜采用当前的主流产品。由于受到摄像头价格、电脑硬件、成像效果等因素的影响,现在市面上的摄像头基本在30万像素这个档次上进行销售。还有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想,因此统治高像素摄像头的市场仍然是CCD摄像头。值得注意的一点:有些分辨率的标识是指这些产品利用软件所能达到的插值分辨率,虽然说也能适当提高所得图像的精度,但和硬件分辨率相比还是有着一定的差距的。  5、视频捕获速度      视频捕获能力是用户最为关心的功能之一,很多厂家都声称最大30帧/秒的视频捕获能力,但实际使用时并不能尽如人意。目前摄像头的视频捕获都是通过软件来实现的,因而对电脑的要求非常高,即CPU的处理能力要足够的快,其次对画面要求的不同,捕获能力也不尽相同。现在摄像头捕获画面的最大分辨率为640×480,在这种分辨下没有任何数字摄像头能达到30帧/秒的捕获效果,因而画面会产生跳动现象。比较现实的是在320×240分辨率下依靠硬件与软件的结合有可能达到标准速率的捕获指标,所以对于完全的视频捕获速度,只是一种理论指标。用户应根据自己的切实需要,选择合适的产品以达到预期的效果。
 摄像头的前景      据IT行业硬件发展的“摩尔定律”来看,数字摄像头也同样遵循其发展规律的,相信在未来几年内会发展的很快。 从目前市场情况来看,制约摄像头发展的因素主要有以下几个方面的原因:    1、 摄像头市场起步较晚,消费者认知度、接受度较低,所以普及率较低,市场容量增大速度不够快,需要加以一定引导来推动市场消费。    2、 摄像头的实际应用不够广泛,有一定的局限性,目前还是作为一种消费类产品在销售,消费者只是把它作为视频聊天、制作简单的个人影像集、简单的监视系统等的工具。 3、 现在电脑硬件的限制,如电脑显示卡、显示器的分辨率、USB1.1接口速度,就影响高像素摄像的真正普及。    以个人观点来看,数字摄像头的未来发展趋势是:    1、 高像素(50万、80万)、高质量图像传感器(CCD)、高传输速度(USB2.0或其他接口)的摄像头将会是未来的发展趋势;    2、 专业化(只作为专业视频输入设备来使用)、多功能化(附带其他功能,例如附带闪存盘,趋向数码相机方向发展,也可以设想以后的摄像头可以具有扫描仪的功能)等也是将来的发展趋势;   3、 更人性化、更易于使用、更多的实际应用功能才是客户的真正需求。