CMOS图像传感器PPT课件

CMOS图像传感器的结构,CMOS图像传感器,CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理,CMOS工艺,CMOS:ComplementaryMetalOxideSemiconductor互补金属氧化物半导体,CMOS图像传感器,CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理,CMOS介绍,CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，主要利用了半导体的光电效应。和CCD的原理相同。,CMOS图像传感器,CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理,CMOS和CCD,区别：灵敏度差异成本差异分辨率差异噪声差异功耗差异,CMOS和CCD,CMOS：CCD：低成本灵敏度低功耗分辨率高整合度噪声控制,CMOS图像传感器,CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理,CMOS结构,1.像素矩阵2.模拟信号处理单元3.数字信号处理单元4.内嵌微控制器5.寄存器控制接口6.数据输出端口7.JPEG压缩(可选),CMOS结构,以OmniVision公司的OV7670为例：,像素矩阵,像素：内嵌放大器BayerFilterPattern,模拟信号处理单元,AWC：自动白平衡控制AGC：自动增益控制ADC：模拟到数字的转换,数字信号处理单元,边缘增强颜色空间转换(RGB-YUV)减少颜色串扰色调和饱和度控制白/黑像素校正抗噪声镜头阴影校正伽马校正,内嵌微控制器,内嵌的MCU根据相应的寄存器值，自动完成上述的模拟和数字转换功能，只需要外部提供时钟和电源即可。,寄存器控制接口,OV:SCCB(串行相机控制总线)Micron:两线串行接口包括时钟线和数据线，类似于I2C，有专门的控制协议，完成对CMOS中寄存器的读操作和写操作,数据输出端口,并口方式包括数据线和数据同步线(帧同步，行同步，像素时钟)串口方式包括数据读取线(时钟和数据)和数据写入线(时钟和数据),CMOS图像传感器,CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理,JPEG压缩,JPEG全名是JointPhotographicExpertGroup，是由国际标准组织(ISO)和国际电话电报咨询委员会所(CCITT)建立的一种数字影像压缩标准。完成于1992年，适用于一般连续色调、多级灰阶、彩色或黑白静止图像压缩，且在医学上应用广泛。,JPEG压缩,JPEG定义了两种算法：1.基于DCT的有失真压缩算法包括基本系统(Baseline)和扩展系统2.基于DPCM的无失真压缩算法,JPEG压缩,JPEG压缩,1.色彩空间转换(RGB-YUV)2.离散余弦变换(DCT)3.量化4.Z字型编码5.差分脉冲编码(DPCM)6.游程长度编码(RLE)7.熵编码,JPEG第一步：色彩空间转换,RGB是最常见的色彩空间，R、G、B三原色合成其他的颜色YUV是一种基本色彩空间，被PAL，NSTC和SECAM用于复合色彩视频标准。Y表示亮度(灰度值)，U、V表示色调，描述图像色彩及饱和度的属性。YCbCr其实是YUV经过缩放和偏移的改动版，应用于JPEG、MPEG。Y表示亮度，Cr、Cb表示色彩，和UV表示不同。,JPEG第一步：色彩空间转换,亮度Y和色彩UV人眼对亮度改变的敏感性远比对色彩变化大很多，因此Y分量要比UV分量重要得多YUV通常的格式：YUV4:4:44:2:24:2:04:1:1,JPEG第一步：色彩空间转换,RGB和YUV色彩空间的转换：,JPEG第二步：DCT,DCT把图像数据从空间域的波形数据转换成频率域的一组系数，为频域对图像做处理做好准备变换的基本单位是8x8系数组成的方块DCT是无损变换，只要变化的计算精度足够高，那么原始像素经过IDCT精确恢复,JPEG第二步：DCT,二维DCT变换的数学公式：公式中：,JPEG第二步：DCT,8x8原始数据：,JPEG第二步：DCT,DCT变换后：,JPEG第二步：DCT,二维DCT变换的逆变换公式：公式中：,JPEG第二步：DCT,DCT反变换后：,JPEG第三步：量化,量化是指在不引起明显视觉效果失真的前提下，对图像数据实行部分抛弃(主要是AC部分)，实现数据的大幅减少所以，量化是图像质量下降的最重要原因,JPEG第三步：量化,JPEG标准采用线性均匀量化器：对64个DCT变换系数，除以对应的量化步长，然后四舍五入取整。公式如下：其中，Y(u,v)表示DCT变换系数S(u,v)表示量化步长,JPEG第三步：量化,由于人眼对亮度的敏感度比对色差信号更高，所以采用两种量化表。标准亮度量化表标准色差量化表,JPEG第四步：Z字型编码,量化后的系数含有大量的零值系数，位增加连续零值的个数，需按Z字型编码,JPEG第五步：差分脉冲编码,经过DCT变换之后，DC系数的特点：1.数值比较大，2.相邻的8x8系数值相差不大所以采用差分脉冲编码调制(DPCM)对量化DC系数进行编码,JPEG第六步：游程长度编码,经过Z字型编码后，AC系数的特点1.含有很多0值系数2.很多0值都是连续的采用游程长度编码(RLE)对AC系数进行编码方法：使用1个字节的高4位表示连续0的个数，使用低4位表示下一个非0系数所需要的位数,JPEG第七步：熵编码,对DC和AC系数分别采用不同的编码后，进一步采用Huffman编码减少熵，进一步压缩优点：对出现频率比较高的符号分配短的码字，对出现频率比较低的符号分配比较长的码字。码表可以事先定义,JPEG第七步：熵编码,Huffman编码步骤：1.统计每个符号出现的频率2.按从小到大的规律把上述频率进行排序3.对出现频率最小的两个值分别制定为0和1然后将这两个频率相加，再次排序4.得到Huffman树，就可以得到Huffman表,CMOS图像传感器,CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理,主要CMOS厂商,Micron(AptinaImaging)OmniVisionAgilentSonyP