攝像頭的工作原理

1、USB攝像頭的工作原理2010-04-06 15:03攝像頭的工作原理攝像頭的工作原理大致為：景物通過(guò)鏡頭(LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)中加工處理，再通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過(guò)顯示器就可以看到圖像了。注1：圖像傳感器(SENSOR)是一種半導(dǎo)體芯片，其表面包含有幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)的光電二極管。光電二極管受到光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電荷。注2：數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通過(guò)一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)

2、化處理，并把處理后的信號(hào)通過(guò)USB等接口傳到PC等設(shè)備。DSP結(jié)構(gòu)框架:1. ISP(image signal processor)(鏡像信號(hào)處理器)2. JPEG encoder(JPEG圖像解碼器)3. USB device controller(USB設(shè)備控制器)四、攝像頭的主要結(jié)構(gòu)和組件從攝像頭的工作原理就可以列出攝像頭的主要結(jié)構(gòu)和組件：1、              主控芯片（詳情請(qǐng)參閱：影響攝像頭的關(guān)鍵元器件是什么？）2、  

3、0;           感光芯片（詳情請(qǐng)參閱：影響攝像頭的關(guān)鍵元器件是什么？）3、              鏡頭（詳情請(qǐng)參閱：影響攝像頭的關(guān)鍵元器件是什么？）4、              電源攝像頭內(nèi)部需要兩種工作電壓：3.3V和2.

4、5V，因此好的攝像頭內(nèi)部電源也是保證攝像頭穩(wěn)定工作的一個(gè)因素。五、攝像頭的一些技術(shù)指標(biāo)    1、 圖像解析度/分辨率(Resolution)：       SXGA(1280 x1024)又稱(chēng)130萬(wàn)像素        XGA(1024 x768)又稱(chēng)80萬(wàn)像素          SVGA(800 x600)又稱(chēng)50萬(wàn)像素     &#

5、160;  VGA(640x480)又稱(chēng)30萬(wàn)像素(35萬(wàn)是指648X488)        CIF(352x288) 又稱(chēng)10萬(wàn)像素        SIF/QVGA(320x240)        QCIF(176x144)          QSIF/QQVGA(160x120)   2、圖像格式(image Fo

6、rmat/ Color space) RGB24,I420是目前最常用的兩種圖像格式。         RGB24：表示R、G、B三種顏色各8bit，最多可表現(xiàn)256級(jí)濃淡，          從而可以再現(xiàn)256*256*256種顏色。          I420：YUV格式之一。      

7、60;   其它格式有: RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。   3、自動(dòng)白平衡調(diào)整(AWB) 定義：要求在不同色溫環(huán)境下，照白色的物體，屏幕中的圖像應(yīng)也是白色的。 色溫表示光譜成份，光的顏色。色溫低表示長(zhǎng)波光成分多。 當(dāng)色溫改變時(shí)，光源中三基色(紅、綠、藍(lán))的比例會(huì)發(fā)生變化，      需要調(diào)節(jié)三基色的比例來(lái)達(dá)到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實(shí)際。   4、圖像壓縮方式 JPEG：(joint photographic expert group)靜態(tài)圖像壓縮方式。

8、60;     一種有損圖像的壓縮方式。壓縮比越大，圖像質(zhì)量也就越差。當(dāng)圖像精度要求      不高存儲(chǔ)空間有限時(shí)，可以選擇這種格式。目前大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)都使用JPEG格式。   5、彩色深度(色彩位數(shù)) 反映對(duì)色彩的識(shí)別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，實(shí)際就是A/D轉(zhuǎn)換器的量化精度，      是指將信號(hào)分成多少個(gè)等級(jí)。常用色彩位數(shù)(bit)表示。彩色深度越高，獲得的影像      色彩就越艷

9、麗動(dòng)人。   6、圖像噪音 指的是圖像中的雜點(diǎn)干撓。表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點(diǎn)。   7、視角   與人的眼睛成像是相成原理，簡(jiǎn)單說(shuō)就是成像范圍。   8、輸出/輸入接口    串行接口(RS232/422):傳輸速率慢，為115kbit/s 并行接口(PP)：速率可以達(dá)到1Mbit/s 紅外接口(IrDA)：速率也是115kbit/s，一般筆記本電腦有此接口 通用串行總線USB：即插即用的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持熱插拔。      USB1.

10、1速率可達(dá)12Mbit/s,USB2.0可達(dá)480bit/s IEEE1394(火線)接口(亦稱(chēng)ilink):其傳輸速率可達(dá)100M400Mbit/s【攝像頭的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)】從攝像頭的組成來(lái)看決定一個(gè)攝像頭的品質(zhì)從硬件上來(lái)說(shuō)主要是：鏡頭、主控芯片與感光芯片。1、 鏡頭(LENS)五層“全玻”，也算目前頂級(jí)的攝像頭鏡頭了。鏡頭的組成是透鏡結(jié)構(gòu)，由幾片透鏡組成，一般有塑膠透鏡(plastic)或玻璃透鏡(glass)。通常攝像頭用的鏡頭構(gòu)造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透鏡越多，成本越高；玻璃透鏡比塑膠貴。因此一個(gè)品質(zhì)好的攝像頭應(yīng)該是采用玻璃鏡頭，成像效果就相對(duì)塑膠鏡頭會(huì)好。

11、現(xiàn)在市場(chǎng)上的大多攝像頭產(chǎn)品為了降低成本，一般會(huì)采用塑膠鏡頭或半塑膠半玻璃鏡頭(即：1P、2P、1G1P、1G2P等)。2、 感光芯片 (SENSOR)感光芯片，也叫圖像傳感器，美光(Micro)MI360 CMOS圖像傳感器圖像傳感器分為兩類(lèi)：CCD(charge couple device) ：電荷耦合器件CMOS(complementary metal oxide semiconductor)：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CCD的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。CMOS的優(yōu)點(diǎn)是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對(duì)光源要求

12、高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。所以我們?cè)谑褂脭z像頭，尤其是采用CMOS芯片的產(chǎn)品時(shí)就更應(yīng)該注重技巧：首先不要在逆光環(huán)境下使用(這點(diǎn)CCD同)，尤其不要直接指向太陽(yáng)，否則“放大鏡燒螞蟻”的慘劇就會(huì)發(fā)生在您的攝像頭上。其次環(huán)境光線不要太弱，否則直接影響成像質(zhì)量。克服這種困難有兩種辦法，一是加強(qiáng)周?chē)炼?，二是選擇要求最小照明度小的產(chǎn)品，現(xiàn)在有些攝像頭已經(jīng)可以達(dá)到5lux。最后要注意的是合理使用鏡頭變焦，不要小瞧這點(diǎn)，通過(guò)正確的調(diào)整，攝像頭也同樣可以擁有拍攝芯片的功能。目前

13、，市場(chǎng)銷(xiāo)售的數(shù)碼攝像頭中，基本是CCD和CMOS平分秋色。在采用CMOS為感光元器件的產(chǎn)品中，通過(guò)采用影像光源自動(dòng)增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動(dòng)亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對(duì)比度、邊緣增強(qiáng)以及伽馬矯正等先進(jìn)的影像控制技術(shù)，完全可以達(dá)到與CCD攝像頭相媲美的效果。受市場(chǎng)情況及市場(chǎng)發(fā)展等情況的限制，攝像頭采用CCD圖像傳感器的廠商為數(shù)不多，主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。3、 主控芯片(DSP)中星微(VIMICRO)301Plus主控芯片，是目前攝像頭中最好的核心IC之一在DSP的選擇上，是根據(jù)攝像頭成本、市場(chǎng)接受程度來(lái)進(jìn)行確定?，F(xiàn)在DSP廠商在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)DSP的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，在各項(xiàng)技術(shù)

14、指標(biāo)上相差不是很大，只是有些DSP在細(xì)微的環(huán)節(jié)及驅(qū)動(dòng)程序要進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。4、 圖像解析度/分辨率(Resolution)：攝像頭的圖像解析度/分辨率也就是我們常說(shuō)的多少像素的攝像頭，在實(shí)際應(yīng)用中，攝像頭的像素越高，拍攝出來(lái)的圖像品質(zhì)就越好，但另一方面也并不是像素越高越好，對(duì)于同一畫(huà)面，像素越高的產(chǎn)品它的解析圖像的能力也越強(qiáng)，但相對(duì)它記錄的數(shù)據(jù)量也會(huì)大得多，所以對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的要求也就高得多，因而在選擇時(shí)宜采用當(dāng)前的主流產(chǎn)品。由于受到攝像頭價(jià)格、電腦硬件、成像效果等因素的影響，現(xiàn)在市面上的攝像頭基本在30萬(wàn)像素這個(gè)檔次上進(jìn)行銷(xiāo)售。還有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想，因此統(tǒng)治高像素?cái)z像頭

15、的市場(chǎng)仍然是CCD攝像頭。值得注意的一點(diǎn)：有些分辨率的標(biāo)識(shí)是指這些產(chǎn)品利用軟件所能達(dá)到的插值分辨率，雖然說(shuō)也能適當(dāng)提高所得圖像的精度，但和硬件分辨率相比還是有著一定的差距的。攝像頭感光器件：CCD一定比CMOS好嗎？在選擇攝像頭時(shí)，鏡頭是很重要的。按感光器件類(lèi)別來(lái)分，現(xiàn)在市場(chǎng)上攝像頭使用的鏡頭大多為CCD和CMOS兩種，其中CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合組件）因?yàn)閮r(jià)格較高更多是應(yīng)用在攝像、圖象掃描方面的高端技術(shù)組件，CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，附加金屬氧化物半導(dǎo)體組件）則大多應(yīng)用在一些低端視頻產(chǎn)品中。感光

16、器件是攝像頭主要的技術(shù)核心，它的原理基本上與DC、DV一致。對(duì)于CCD和CMOS兩種鏡頭而言，不少人可能會(huì)因?yàn)镃CD比較昂貴而認(rèn)為用CCD的攝像頭一定比用CMOS的攝像頭好，其實(shí)這樣的想法是不對(duì)的！這只不過(guò)是廠商的賣(mài)點(diǎn)罷了，事實(shí)上，二者各有優(yōu)點(diǎn)：CCD的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。CMOS的優(yōu)點(diǎn)是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對(duì)光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。目前，市場(chǎng)銷(xiāo)售的數(shù)碼攝像頭中，基本是采用的CMOS的攝像頭。在采用CMOS為感光元器件的產(chǎn)品中，通過(guò)采用影像光源自動(dòng)增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動(dòng)亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對(duì)比度、邊緣增強(qiáng)以及