摄像头成像的基本原理及结构

摄像头成像的基本原理及结构
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⼀⾸先来看看感光材料
⼀般市场上的感光材料可以分为: CCD(电荷耦合)和CMOS(⾦属氧化物)两种前⼀种的优点是成像像素⾼,清晰度⾼,⾊彩还原系数⾼,经常应⽤在⾼档次数码摄像机数码照相机中,缺点是价格⽐较昂贵,耗功较⼤后者缺点正好和前者互普,价格相对低廉,耗功也较⼩,但是,在成像⽅⾯要差⼀些如果你是需要效果好点的话,那么你就选购CCD元件的,但是你需要的¥就多⼀点了!
⼆像素也是⼀个关键指标
现在市⾯上主流产品像素⼀般在130万左右,早些时候也出了⼀些10-30万左右像素的产品,由于技术含量相对较低效果不是很好,不久就退出历史舞台了这个时候也许有⼈会问,那是不是像素越⾼越好呢?从⼀般⾓度说是的但是从另⼀个⽅⾯来看也就不是那么了,对于同⼀个画⾯来说,像素⾼的产品他的解析图象能⼒就更⾼,呵呵,那么你所需要的存储器的容量就要很⼤了不然我还是建议如果你选购的时候还是选购市⾯上⽐较主流的产品毕竟将来如果出问题了保修也⽐较好
三分辨率是⼤家谈的⽐较多的问题
霓虹灯变压器我想我没有必要到这⾥说分辨率这个东东了,⼤家最熟悉的应该就是:
A:你的显⽰器什么什么品牌的分辨率可以上到多⾼,刷新率呢?
B:呵呵,还好了,我⽤在1024*768 ,设计的时候就⽤在1280*1024玩游戏⼀般就800*600了
但是摄像头的分辨率可不完全等同于显⽰器,切切的说,摄像头分辨率就是摄像头解析图象的能⼒现在市⾯上较多的CMOS的⼀般在640*480,有是也会在800*600但是如果是CCD的⼀般还要⾼些
四是摄像头,当然也要⽐较摄像的效果
摄像头的视频捕获能⼒是⽤户最关⼼的了,⽬前电脑摄像头所能够捕捉都是通过软件来实现的,因此对电脑要求⽐较⾼,⼀般情况下640*480他的速度可以到达30帧/S,但当分辨率在320*240的状态下,速度稍微⼀快点因⽽,⾃⼰在选购是,可以按照⾃⼰的作⽤选择⼀个合适⾃⼰的
镜头是⼀个⼤问题
估计这么东东很多⽤户在购买的时候会忽视掉,但这却是摄像头对光线的最重要部位光圈的⼤⼩镜头
可调焦的范围等等⼀般按照材料分主要有3中,有玻璃镜⽚;塑胶镜⽚和化合物的,这⾥最好的要算是玻璃的,他的通光系数⼤,⼀般好的镜头他的通光⼝径也会做的较⼤,在光线不是很好的时候也可以得到交好的效果,但是价格要⾼点(⼀分钱⼀分货)塑胶的通光要差点,但是价格便宜,就这点也得到了⼀些中低端⽤户的认可化合物的市⾯上不是很多,这⾥就不做详细介绍了
六其他数据
虽然说,现在的应⽤程序⽐较多,⾃⼰也⽐较好,但是⼀个名牌产品,他⾥⾯的东西都很到位,通常会有拍照摄像影像⽂件管理设置,有的摄像头带有MIR功能,那么软件⽅⾯还需要有⾳频⽅⾯的设置
再来看看接⼝⽅⾯,以前的摄像头都是采⽤并⼝,但是随着技术的进步,慢慢的被USB的接⼝给取代了,这⾥千万提醒你⼀点,不要为了⼀点⼩利(¥)⽽放弃了USB接⼝的产品毕竟并⼝退出历史舞台了
⼩知识:摄像头的镜头最好的是玻璃镜头,最便宜的是塑料镜头,最常见的是塑料与玻璃的混合镜头塑料镜头透光率低,常⽤于低端摄像头主流的玻璃塑料混合摄像头⼀般是由两⽚玻璃镜⽚和若⼲塑料镜⽚组成全玻璃镜⽚通常有5⽚玻璃组成,透光率好好的镜头镜⽚上会有镀膜以保证好的透光率不过我们凭⾁眼是不能判断出镜头是由⼏⽚玻璃或塑料镜
白光干涉璃组成,透光率好好的镜头镜⽚上会有镀膜以保证好的透光率不过我们凭⾁眼是不能判断出镜头是由⼏⽚玻璃或塑料镜⽚构成
要想知道为什么⼚家不能⾃⼰把镜头做⼤,我们还得先来了解下摄像头的内部结构⼤部分去掉外壳的摄像头,内部都是⼀样的由镜头CMOS传感器PCB板和DSP控制芯⽚组成(图4,有少数低价格摄像头的CMOS传感器和DSP控制芯⽚是整合的)外⾯的景象通过镜头反映到CMOS上转换为电信号,经过A/D(模/数转换)转换为数字图像信号,再送到DSP 控制芯⽚中加⼯处理,通过USB接⼝传输到电脑中,最后我们就可以看到图像了
其中CMOSDSP都是由第三⽅⼚家设计⽣产,我们称其为⽅案⽬前性价⽐最⾼的,采⽤得⾮常多的⽅案就是中星微
ZC0301PLH+美光360的CMOS传感器组成的(图5)当CMOS和DSP控制芯⽚定下来后,⼚家会⾃⼰选择最适合该⽅案的摄像头,因为第三⽅⼚家提供的是⼀个通⽤⽅案,很多⼚家都可以⽤,因此采⽤的摄像头⼤⼩基本也是相同的
美光360 CMOS传感器
如果⼚家特⽴独⾏,⾮要⾃⼰采⽤不适合某种⽅案的镜头,不仅会造成成本的增加,在成像质量上也暗访设备
不会有任何改观要有好的噱头,当然也只能在镜头的最外⾯加⼀块看似⼤镜头的塑料以混淆视听 so.bitsCN⽹管资料库任你搜
逗你玩的30帧/秒
谎⾔:影像捕捉速率:每秒30帧
影像捕捉速率:每秒30帧这句话本⾝没有错,问题就出在它没有把话说完,如果是30万像素的摄像头,在分辨率为320×280的时候,能达到30帧/秒的速度,这个时候我们看图像应该是没有明显的延迟现象的将分辨率调到30万像素摄像头能⽀持的最⼤分辨率640×480的时候,帧数也只有⼤约11帧/秒要保证摄像头在⾼分辨率下也能有⾼的帧数,⾄少⾸先要满⾜接⼝为USB2.0这个重要条件,就30万像素的摄像头⽽⾔,如果在640×480的分辨率下要达到30帧/秒,⾄少需要接⼝有27Mbps的带宽,⽽⽬前⼤多数的摄像头采⽤的还是USB1.1接⼝,仅能提供12Mbps的带宽其次就算是摄像头采⽤了USB2.0的接⼝,要⽤130万像素的摄像头在达1280×960的分辨率下达到30帧也是不现实的,因为现在摄像头的硬件压缩技术还没发展到这个地步,也⽆法在主流的电脑上通过软件进⾏实时地视频压缩所以,每秒30帧的说法只是个来蒙蔽你眼睛的障眼法⽽已
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(SENSOR)(*注1)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)(*注2)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
⼯作原理篇:
摄像头(CAMERA)主要分数字摄像头和模拟摄像头两种,模拟摄像头即那种可以直接通过视频接⼝(通常为S端⼦或AV端⼦)连接显⽰设备(⼀般指电视机或监视器)完成摄像功能的摄像头,特点是模拟影像清晰⽽连贯,不受分辨率影响,模拟摄像头以中低价位⿊⽩摄像头为主;⽽数字摄像头可以直接捕捉影像并转换为数字信号存储在电脑⾥,其信号传输接⼝发展由早期的串⼝并⼝发展到如今的USB2.0和IEEE1394⽕线接⼝,我们这⾥主要涉及的PC摄像头,其主流就是指USB接⼝的数字摄像头注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
摄像头,像眼球
了解摄像头,⾸先就要了解它的⼯作原理为了⽅便⼤家理解,我们拿⼈的眼睛来打个⽐⽅当光线照射景物,景物上的光线反射通过⼈的晶状体聚焦,在视⽹膜上就可以形成图像,然后视⽹膜的神经感知
到图像将信息传到⼤脑,我们就能看见东西了摄像头成像的原理和这个过程⾮常相似,光线照射景物,景物上的光线反射通过镜头聚焦,CMOS就会感知到图像图像信息通过PCB板传到摄像头的⼤脑DSP芯⽚,经过芯⽚处理后的信息经过USB线传输就让我们看见摄像头看见的物体了
眼球结构图
从这个⼯作过程,我们可以分析出摄像头⼏个关键部分:镜头CMOSDSP芯⽚所以我们在购买时也应该注意这⼏个点镜头分为塑料玻璃玻璃塑料混合三种,玻璃的透光度最佳,但成本也⾼,⼀般来说玻璃摄像头会镀膜以增加亮度;⽽塑料和玻璃塑料混合则不会镀膜,为的是减少成本COMS和DSP芯⽚搭配我们称之为⽅案,中星微的DSP芯⽚市场占有量相当⼤,性能和质量都也被⼤家所认可,CMOS⽅⾯则以镁光的为主,⽽且⼤多数⽅案都是经过测试,制定好了的,所以⼤家挑选时只注意⼀下芯⽚品牌就可以了⼩知识:我们常说的摄像头传感器相当于传统相机的胶⽚,传感器是摄像头的核⼼,也是最关键的技术,它是⼀种⽤来接收通过镜头的光线,并且将这些光信号转换成为电信号的装置⽬前摄像头的核⼼成像部件有两种:⼀种是CMOS(互补⾦属氧化物导体)器件,多⽤在摄像头上,另⼀种是CCD(电荷藕合)元件,多见于数码相机中
免驱在⼿,懒⼈不愁
有⼈会问:免驱免驱就是免去驱动吧?不准确严格来说免驱并不是真正不需要驱动,只是驱动程序不
⽤⾃⼰去安装罢了要实现免驱,需要摄像头和操作系统达成某个协议,协议早就准备妥当,它叫UVC即USB Video Class,是USB组织定义的视频设备类标准协议Windows XP SP2以上操作系统也⽀持这个协议,实现免驱只需要⼚家做出满⾜这个协议的摄像头就可以了所以摄像头免驱功能出现也有点万事俱备,只⽋东风的味道另外,市场上也有⼀些冒充免驱的产品,它们只能在Windows Vista系统下实现⽆驱,⽽在其他Windows系统下仍然需要安装驱动这些产品只是利⽤了更新的操作系统⽀持更多的硬件这⼀特点来实现免驱,不是真正通过⽀持UVC协议来实现的
亮度不⾜,背光补
我们在使⽤摄像头时,常常会觉得画⾯中的⾃⼰不够亮,美丽指数⼤跌为了还我亮⾊,⼚家们也就开发出了背光补偿功能背光补偿有效地弥补了摄像头在逆光环境下拍摄时画⾯主体⿊暗的缺陷为了解释背光补偿,我们还是⽤眼睛的例⼦吧,光线越充⾜,我们看东西很容易看清楚,因此所需的看清物体所需时间越短;光线不⾜的状况下,我们看东西就很费⼒,因此所需的时间就越长,这⾥指的时间,专业点就是曝光时间摄像头⽅⾯也很类似,当外界光线较弱时,CMOS成像芯⽚⼯作电流较⼩,所成图像偏暗,这时就要让摄像头多看⼀会⼉(增加曝光时间)达到背光补偿的效果;同理,光线充⾜或较强时,要适当减少曝光时间,防⽌曝光过度图像发⽩
你的脸,是重点摄像头很多时候是⽤来拍⼈的,脸⾃然就成为了摄像头重点照顾对象⼈脸追踪四个字
很容易让⼈觉得摄像头会聪明地跟着⼈脸动其实不然,⼈脸追踪说⽩了是物体局部放⼤,将物体尽量保持在画⾯**当在具有这个功能的摄像头前放⼀个玩具时,摄像头就会对焦从⽽认定它的头就是你的头当玩具偏离画⾯中⼼时,摄像头就会放⼤玩具的头,这样就会让⼈觉得玩具是被移到了中间
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