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：景物通過鏡頭(LENS)生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉為電信號，經過A/D(模數轉換)轉換后變?yōu)閿底謭D像信號，再送到數字信號處理芯片(DSP)中加工處理，再通過USB接口傳輸到電腦中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。注1：圖像傳感器(SENSOR)是一種半導體芯片，其表面包含有幾十萬到幾百萬的光電二極管。光電二極管受到光照射時，就會產生電荷。注2：數字信號處理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通過一系列復雜的數學算法運算，對數字圖像信號參數進行優(yōu)

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

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

4、5V，因此好的攝像頭內部電源也是保證攝像頭穩(wěn)定工作的一個因素。五、攝像頭的一些技術指標    1、 圖像解析度/分辨率(Resolution)：       SXGA(1280 x1024)又稱130萬像素        XGA(1024 x768)又稱80萬像素          SVGA(800 x600)又稱50萬像素     &#

5、160;  VGA(640x480)又稱30萬像素(35萬是指648X488)        CIF(352x288) 又稱10萬像素        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256級濃淡，          從而可以再現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、自動白平衡調整(AWB) 定義：要求在不同色溫環(huán)境下，照白色的物體，屏幕中的圖像應也是白色的。 色溫表示光譜成份，光的顏色。色溫低表示長波光成分多。 當色溫改變時，光源中三基色(紅、綠、藍)的比例會發(fā)生變化，      需要調節(jié)三基色的比例來達到彩色的平衡，這就是白平衡調節(jié)的實際。   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，圖像質量也就越差。當圖像精度要求      不高存儲空間有限時，可以選擇這種格式。目前大部分數碼相機都使用JPEG格式。   5、彩色深度(色彩位數) 反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現能力，實際就是A/D轉換器的量化精度，      是指將信號分成多少個等級。常用色彩位數(bit)表示。彩色深度越高，獲得的影像      色彩就越艷

9、麗動人。   6、圖像噪音 指的是圖像中的雜點干撓。表現為圖像中有固定的彩色雜點。   7、視角   與人的眼睛成像是相成原理，簡單說就是成像范圍。   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：即插即用的接口標準，支持熱插拔。      USB1.

10、1速率可達12Mbit/s,USB2.0可達480bit/s IEEE1394(火線)接口(亦稱ilink):其傳輸速率可達100M400Mbit/s【攝像頭的進一步認識】從攝像頭的組成來看決定一個攝像頭的品質從硬件上來說主要是：鏡頭、主控芯片與感光芯片。1、 鏡頭(LENS)五層“全?！?，也算目前頂級的攝像頭鏡頭了。鏡頭的組成是透鏡結構，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。因此一個品質好的攝像頭應該是采用玻璃鏡頭，成像效果就相對塑膠鏡頭會好。

11、現在市場上的大多攝像頭產品為了降低成本，一般會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：CCD(charge couple device) ：電荷耦合器件CMOS(complementary metal oxide semiconductor)：互補金屬氧化物半導體CCD的優(yōu)點是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產工藝復雜、成本高、功耗高。CMOS的優(yōu)點是集成度高、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確。而CMOS的產品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。所以我們在使用攝像頭，尤其是采用CMOS芯片的產品時就更應該注重技巧：首先不要在逆光環(huán)境下使用(這點CCD同)，尤其不要直接指向太陽，否則“放大鏡燒螞蟻”的慘劇就會發(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量。克服這種困難有兩種辦法，一是加強周圍亮度，二是選擇要求最小照明度小的產品，現在有些攝像頭已經可以達到5lux。最后要注意的是合理使用鏡頭變焦，不要小瞧這點，通過正確的調整，攝像頭也同樣可以擁有拍攝芯片的功能。目前

13、，市場銷售的數碼攝像頭中，基本是CCD和CMOS平分秋色。在采用CMOS為感光元器件的產品中，通過采用影像光源自動增益補強技術，自動亮度、白平衡控制技術，色飽和度、對比度、邊緣增強以及伽馬矯正等先進的影像控制技術，完全可以達到與CCD攝像頭相媲美的效果。受市場情況及市場發(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，是根據攝像頭成本、市場接受程度來進行確定?，F在DSP廠商在設計、生產DSP的技術已經逐漸成熟，在各項技術

14、指標上相差不是很大，只是有些DSP在細微的環(huán)節(jié)及驅動程序要進行進一步改進。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的多少像素的攝像頭，在實際應用中，攝像頭的像素越高，拍攝出來的圖像品質就越好，但另一方面也并不是像素越高越好，對于同一畫面，像素越高的產品它的解析圖像的能力也越強，但相對它記錄的數據量也會大得多，所以對存儲設備的要求也就高得多，因而在選擇時宜采用當前的主流產品。由于受到攝像頭價格、電腦硬件、成像效果等因素的影響，現在市面上的攝像頭基本在30萬像素這個檔次上進行銷售。還有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想，因此統(tǒng)治高像素攝像頭

15、的市場仍然是CCD攝像頭。值得注意的一點：有些分辨率的標識是指這些產品利用軟件所能達到的插值分辨率，雖然說也能適當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，鏡頭是很重要的。按感光器件類別來分，現在市場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）因為價格較高更多是應用在攝像、圖象掃描方面的高端技術組件，CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，附加金屬氧化物半導體組件）則大多應用在一些低端視頻產品中。感光

16、器件是攝像頭主要的技術核心，它的原理基本上與DC、DV一致。對于CCD和CMOS兩種鏡頭而言，不少人可能會因為CCD比較昂貴而認為用CCD的攝像頭一定比用CMOS的攝像頭好，其實這樣的想法是不對的！這只不過是廠商的賣點罷了，事實上，二者各有優(yōu)點：CCD的優(yōu)點是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產工藝復雜、成本高、功耗高。CMOS的優(yōu)點是集成度高、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確。而CMOS的產品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。目前，市場銷售的數碼攝像頭中，基本是采用的CMOS的攝像頭。在采用CMOS為感光元器件的產品中，通過采用影像光源自動增益補強技術，自動亮度、白平衡控制技術，色飽和度、對比度、邊緣增強以及