摄像头工作原理.doc

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。 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)摄像头的构成主要包括主控芯片、感光芯片、镜头和电源。好的电源也是保证摄像头工作的一个方面。摄像头镜头：五玻镜头是主流这个问题对于大多数人来说已经不算问题了，笔者提出来也只是仅对小白而言。简单的说镜头是由透镜组成，摄像头的镜头一般是由玻璃镜片或者塑料镜片组成的。玻璃镜头能获得比塑料镜头更清晰的影像。这是因为光线穿过普通玻璃镜片通常只有5%9%的光损失，而塑料镜片的光损失高达11%20%。有些镜头还采用了多层光学镀膜技术，有效减少了光的折射并过滤杂波，提高了通光率，从而获得更清晰影像。然而，现在很多小厂，为了节约成本、追求高利润，往往减少镜片的数量，或者使用廉价的塑料镜头。虽然这些产品在价格上便宜不少，看上去很有吸引力，但实际的成像效果却实在是令人无法恭维。现在市面上大多数摄像头采用的都是五玻镜头，但是不乏少数商家将塑料镜头说成五玻镜头的。因此消费者在选购一些杂牌摄像头时，一定要详细试用一下，谨防上当受骗。另外，镜头还有一个重要的参数那就是光圈，通过调整光圈可以控制通过镜头到达传感器的光线的多少，除了控制通光量，光圈还具有控制景深的功能，即光圈越大，则景深越小摄像头感光器件：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、图象扫描方面的高端技术组件，CMOS（Complementary MetalOxide 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，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。所以，大家在购买摄像头时，不要盲目听信商家的介绍，使用COMS的摄像头并不比CCD的差，我们没必要过多的在这上面花功夫。 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。摄像头像素：插值像素是骗子？摄像头像素值是区分一款摄像头好坏的重要因素，最早期的数码摄像头基本都是10万像素的产品，后来发展到了30万左右，现在市面主流产品已在100万像素以上，在这么大像素的支持下，摄像头拍照时可以拍取更大分辨率（如1024x768等）的照片，使摄像头拍照功能更加实用。“这是多少万像素的？”，相信绝大多数朋友选购摄像头时问得最多的一句话就是这个了。也正因为如此，有一些厂商和商家抓住消费者的这个心里，在摄像头像素这方面大做文章！面对这些人大吹摄像头像素如何如何高，画面如何如何清晰这种情况。你是否能保持冷静的头脑？你是否对像素与图像清晰度高低的关系有足够的认识呢？接下来笔者就像素和图像清晰度这个问题进行了分析。在摄像头参数里，像素到底扮演了怎么样的一个角色呢？是否像素越高图像就越清晰呢？其实并非如此，我们知道，影像传感器上有许多感光单元，每一个感光单元对应一个像素，像素越多，生成的图像也就越大。在市场上很多摄像头像素可能都是硬件本身只支持30万或者35万像素，而有的商家往往会说自己的产品可以插值达到130万或者500万等像素，这又是怎么一回事呢？30万像素的摄像头突然通过插值变成上百万像素的摄像头，是不是图像质量就上去了呢？其实，这些摄像头像素是通过软件插值提高的。举例的话，简单的说就是将640X480的图片拉大到1024X768，然后再利用软件计算图片分辨率点之间的色彩区别，把中间拉大的部分填入软件计算的颜色。这样做虽然输出的图片大了，但是图像的质量并没有得到真正有效的提高，甚至还有可能出现严重失真。 所以，大家在选购摄像头时一定要牢记：摄像头像素的高低与图像的清晰度是没有绝对关系的。特别是对于那些通过软件插值而高达几百甚至几千万像素的摄像头来说，实际效果很有可能与几十万像素的差不多。总的来说，图像是否清晰，光看像素可是不行的，它还与镜头材质、软件处理等其它各方面息息相关。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。视频捕获速度 视频捕获能力是用户最为关心的功能之一，很多厂家都声称能达到30帧/秒的视频捕获能力，但实际使用时并不能尽如人意。视频捕获对电脑的要求比较高，如CPU的处理能力要足够的快等。其次对画面要求大小和清晰度的不同，捕获能力也不尽相同。对于很多厂商宣传的视频捕获速度，只是一种理论指标。用户应根据自己的切实需要，选择