图像传感器摄像头.docx
《图像传感器摄像头.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《图像传感器摄像头.docx(16页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、摘要摄像头是应用最多的图像传感器,它可以用来处理一些网络可视电话、视频监控、数码摄影和影音处理等。随着科学技术的发展和生活水平的提高,在生活的各个领域中,人们对摄像头的需求越来越大,要求也越来越高。由于拥有不可替代的优越功能,摄像头得到了广泛的普及和飞快发展。关键字;ccd,cmos,感光材料,成像原理,图像传感器目录一.摄像头的分类41.Digital camera数字式 42.Simulant camera模拟式 4二.摄像头的原理 4三.摄像头的构成 51感光器件 5(1) CCD 5(2)CMOS 7(3)CCD与CMOS的不同 92镜头 113控制芯片124闪光灯与电源 13四.摄像
2、头的控制14五.摄像头的基本参数 15六.摄像头的应用 16七.参考文献17一. 摄像头的分类摄像头一般分为Digital camera数字式与Digital Still Cameras模拟式。1.Digital camera数字式数字摄像头是直接将摄像单元和视频捕捉单元集成在一起,然后通过串、并口或者USB接口连接到HOST SYSTEM上。现在CAMERA市场上的摄像头基本以数字摄像头为主,而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的USB数字摄像头为主(独立),在手机上主要是直接通过IO (BTB,USB,MINI USB)与HOST SYSTEM连接,经过HOST SYSTEM的编辑后以数
3、字信号输出到DISPLAY上显示。目前CAMERA市场上主流的CAMERA全DIGITALCAMERA。2 .Simulant camera模拟式模拟摄像头是将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号,进而将其储存到SYSTEM MEMORY里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式,并加以压缩后才可以转换到HOST SYSTEM上运用,经HOST SYSTEM的编辑,通过DISPLAY显示和输出。二.摄像头的原理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
4、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。 眼球结构图摄像头成像的原理和这个过程非常相似大致为: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
5、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。三.摄像头的构成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1感光器件感光器件是摄像头主要的技术核心. 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。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
6、功也较小,但是,在成像方面要差一些。(1) CCD电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。CCD和传统底片相比,CCD更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过
7、,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。CCD结构分三层:LENS、分色滤色片、感光层第1层LENS:CAMERA的成像关键在于SENSOR,为了扩大CCD的采光率必须扩大单一象素的受光面积,在提高采光率的同时会导致画面质量下降。LENS就是相当于在SENSOR前面增加一副眼镜,SENSOR的采光率就不是由SENSOR的开口面积决定而是由LENS的表面积决定。第2层分色滤色片:目前分色滤色片有两种分色方法:RGB原色分色法,就是三原色分色法,几乎所有的人类眼睛可以识别的颜色都可以通过R.G.B来组成,RGB就是通过这三个通道的颜色调节而成。CMYK补色
8、分色法,由四个通道的颜色配合而成,分别是青(C)、洋红(M)、黄(Y)、黑(K),但是调节出来的颜色不如RGB的颜色多。第3层感光层SENSORCCD的第三层是SENSOR,SENSOR主要是将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将信号传送到影像处理芯片(DSP),将影像还原。CCD可分为线阵CCD、三线CCD、面阵CCD和交织传输CCD。摄像头采用是面阵CCD图像传感器。CCD芯片就像人的视网膜,是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造,市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片,现在韩国也有能力生产,但质量就要稍逊一筹。因为芯片生产时产生不同等级,各厂家获得途
9、径不同等原因,造成CCD采集效果也大不相同。在购买时,可以采取如下方法检测:接通电源,连接视频电缆到监视器,关闭镜头光圈,看图像全黑时是否有亮点,屏幕上雪花大不大,这些是检测CCD芯片最简单直接的方法,而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈,看一个静物,如果是彩色摄像头,最好摄取一个色彩鲜艳的物体,查看监视器上的图像是否偏色,扭曲,色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩,使物体看起来清晰自然;而残次品的图像就会有偏色现象,即使面对一张白纸,图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘,CCD靶面上会有杂质,在一般情况下,杂质不会影响图像,但在弱光或显微摄像时,细小的灰
10、尘也会造成不良的后果。CCD经过长达35年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产CCD的公司分别为:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本厂商。(2)CMOS互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带电)和P
11、(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。CMOS传感器的原理特点Exmor RS CMOS的特点是高像素化、高性能化以及小型化。Exmor RS CMOS的原理是,它使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板,在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分,从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立,因此像素部分可针对高画质优化,电路部分可针对高性能优化。概念关系
12、不能混:堆栈式CMOS和背照式CMOS的关系堆栈式和背照式是两码事,是不相干的两种结构方式。堆栈式主要是为了减小体积,当然画质也有所优化;而背照式是针对画质改进而做的一种设计。一款CMOS,可以单独采用背照式或堆栈式设计,也可以两种方式一起使用。举例说明,Exmor R CMOS就是只是背照式设计,而Exmor RS CMOS是在背照式的基础上,再把信号处理电路芯片放到后面去,做成堆栈式的设计,兼具了两种设计结构。Exmor RS堆栈式CMOS传感器的原理特点今年八月下旬,索尼对外发布了世界第一款全新堆栈式结构(stacked structure)的影像传感器,就是Exmor RS CMOS。
13、Exmor RS CMOS的特点是高像素化、高性能化以及小型化。Exmor RS CMOS的原理是,它使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板,在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分,从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立,因此像素部分可针对高画质优化,电路部分可针对高性能优化。Exmor RS堆栈式CMOS的成像画质是怎样改善的?上面讲原理的时候,可以知道Exmor RS堆栈式CMOS体积更小,用在手机等移动产品中更加方便。另外它的画质也得到了改善,怎样做到的呢?已发布的三款Exmor RS CMOS中,IMX135和I
14、MX134两款型号搭载了RGBW编码技术和HDR(高动态视频)拍摄功能,由此来改善拍摄画质。(3) CCMCCM其实就是CMOS镜头,只是CCM的画质比CMOS高一点,拍照时感应速度也较快,但以照片品质来说还是逊色于CCD镜头,在实际拍摄中也可以感觉出来,取景速度非常快,就算迅速移动手机摄像头时,屏幕都可以迅速显示所捕抓的画面,过程非常流畅,几乎没有什么延迟。(3) CCD与CMOS的不同由两种感光器件的工作原理可以看出,CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,
15、但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止,市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上,若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器,厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传,甚至冠以“数码相机”之名。一时间,是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V
16、的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与讯号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同,要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生,未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命,往后技术的发展是重要关键。感光器件的发展CCD是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的。进入80年代,CCD影像传感器虽然有缺陷,由于不断的研究终于克服了困难,而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质的
17、CCD。到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD,此时CCD的发展更是突飞猛进,算一算CCD发展至今也有二十多个年头了。进入90年代中期后,CCD技术得到了迅猛发展,同时,CCD的单位面积也越来越小。但为了在CCD面积减小的同时提高图像的成像质量,SONY与1989年开发出了SUPER HAD CCD,这种新的感光器件是在CCD面积减小的情况下,依靠CCD组件内部放大器的放大倍率提升成像质量。以后相继出现了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色滤光技术(专为SONY F828所应用)。而富士数码相机则采用了超级CCD(Super CCD)、Super CCD
18、SR。对于CMOS来说,具有便于大规模生产,且速度快、成本较低,将是数字相机关键器件的发展方向。目前,在CANON等公司的不断努力下,新的CMOS器件不断推陈出新,高动态范围CMOS器件已经出现,这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要,使之接近了CCD的成像质量。另外由于CMOS先天的可塑性,可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。作为数码相机的核心部件,CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势,并有希望在不久的将来成为主流的感光器。影像感光器件因素对于数码相机来说,影像感光器件成像的因
19、素主要有两个方面:一是感光器件的面积;二是感光器件的色彩深度。感光器件面积越大,成像较大,相同条件下,能记录更多的图像细节,各像素间的干扰也小,成像质量越好。但随着数码相机向时尚小巧化的方向发展,感光器件的面积也只能是越来越小。除了面积之外,感光器件还有一个重要指标,就是色彩深度,也就是色彩位,就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。非专业型数码相机的感光器件一般是24位的,高档点的采样时是30位,而记录时仍然是24位,专业型数码相机的成像器件至少是36位的,据说已经有了48位的CCD。对于24位的器件而言,感光单元能记录的光亮度值最多有28=256级,每一种原色用一个8位的二进制数字来表示,
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 图像传感器 摄像头