攝像頭的工作原理PPT課件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,攝像頭,目錄,1,、簡介,2,、分類,3,、工作原理,4,、結構和組件,5,、技術指標,一、簡介,1.0,常規(guī)介紹,2.0,技術介紹,一、簡介,1.0,常規(guī)介紹,攝像頭,(CAMERA),又稱為電腦像機、電腦眼等，它作為一種視頻入設備，在過去廣泛地應用于視頻會議、遠程醫(yī)療、實時監(jiān)控等方面。,近年以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，網(wǎng)絡速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術的日漸成熟并大量用于攝像頭的產(chǎn)品制造上，使得它們的價格低到可以令普通老百姓可以接受消費水平。同時這兩年攝像頭被廣泛應用于移動通訊設備中，這樣一來,更加促進了感光成像技術的進一步提高，如,:30,萬像素，,130,萬像素，,200,萬像素，,300,萬像素等。,一、簡介,2.0,技術介紹,2.0 Technology of presentation,技術介紹,General Description,簡介,相機模塊是一個為移動應用而設計的傳感器板模塊，低功耗和小尺寸是非常重要的的。專有傳感器技術采用先進的算法，取消固定模式噪聲（,FPN,），消除拖尾現(xiàn)象，并大幅降低綻放。所有必需的相機功能是通過串行相機控制總線（,SCCB,）接口進行編程。該設備可以進行編程，以提供各種完全處理圖像輸出和編碼。,用途,電腦攝像頭,/,雙模式和蜂窩電話視頻會議設備，機器視覺，安全照相機，生物識別，數(shù)碼相機,二,.,分類,計算機組裝、維護與維修,模擬攝像頭,數(shù)字攝像頭,二、分類,1.0DIGITAL CAMERA,數(shù)字式,數(shù)字攝像頭是直接將攝像單元和視頻捕捉單元集成在一起，然后通過串、并口或,USB,接口連接到主系統(tǒng)上，現(xiàn)在,CAMERA,市場上的攝像頭基本以數(shù)字式為主，而數(shù)字攝像頭中又以新型數(shù)據(jù)傳輸接口的,USB,數(shù)字攝像頭為主,(,獨立,),，在手機和電腦上主要是直接通過,IO(BTB/USB/MINI),與主系統(tǒng)連接，經(jīng)過系統(tǒng)的編輯后以數(shù)字信號輸出到顯示器上顯示。目前,CAMERA,市場上主流的,CAMERA,都是,DIGITAL CAMERA,。,二、分類,2.0SIMULANT CAMERA,模擬式,模擬攝像頭是將視頻采集設備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉換成數(shù)字信號，進而將其存儲到系統(tǒng)內(nèi)存里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉換到主系統(tǒng)上運用，經(jīng)過系統(tǒng)的編輯，通過顯示器顯示和輸出。,三、工作原理,1.0,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,(SENSOR),表面上，然后轉為電信號，經(jīng)過,A/D(,模,/,數(shù),),轉換后變成數(shù)字圖像信號，再送到數(shù)字處理芯片,(DSP),中加工處理，再通過,I/O,接口傳輸?shù)诫娔X中進行處理后，再通過顯示屏,(DISPLAY),就可以看到圖像了。,工作原理方框圖,景物,(SCE),圖像傳感器,(SENSOR),數(shù)字信號處理芯片,(DSP),電腦,(PC),圖像,(PIC),LENS,A/D(COMS,無,),I/O,DISPLAY,主控的內(nèi)部工作原理,4.,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,、鏡頭,2,、感光芯片,3,、主控芯片,4,、電源。,攝像頭內(nèi)部需要兩種工作電壓：,3.3V,和,2.5V,，因此好的攝像頭內(nèi)部電源也是保證攝像頭穩(wěn)定工作的一個因素,主控芯片,感光芯片,電源,鏡頭,四、組件與結構,1.0 LENS,（鏡頭）,一般,CAMERA,的鏡頭結構是有幾片透鏡組成，分有塑膠透鏡,(,PLASTIC),和玻璃透鏡,(GLASS),通常,CAMERA,用的鏡頭結構有：,1P,2P,1G1P,1G3P,2G2P,4G,等。透鏡越多，成本越高；玻璃透鏡比塑膠透鏡貴，但是玻璃透鏡的成像效果比塑膠透鏡的成像效果要好。目前市場上針對,MOBILE PHONE,配置的,CAMERA,以,1G3P,（,1,片玻璃透鏡和,3,片塑膠透鏡組成）為主，目的是降低成本。,四、組件與結構,3017,鏡頭,(LENS),四、組件與結構,CMOS,傳感器,四、組件與結構,7670,傳感器,(SENSOR),四、組件與結構,2.0 SENSOR,（圖象傳感器）,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(chǎn)生電荷。,目前的,SENSOR,類型有兩種：,CCD,（,Charge Couple Device),，電荷耦合器件,CMOS,（,Complementary Metal Oxide Semiconductor,），互補金屬氧化物,計算機組裝、維護與維修,Super,CCD,EXR,傳感器,CMOS,影像,傳感器,四、組件與結構,CCD,組件與結構結構,CCD,結構一般分為三層：,第一層,“,LENS”,CAMERA,的成像關鍵在于,SENSOR,，為了擴大,CCD,的采光率必須擴大單一象素的受光面積，在提高采光率的同時會導致畫面質量下降。,LENS,就是相當于在,SENSOR,前面增加一副眼鏡,SENSOR,的采光率就不是由,SENSOR,的開口面積決定而是由,LENS,的表面積決定。,第二層,“,分色濾色片”,目前分色濾色片有兩種分色方法：,A.RGB,原色分色法，就是三原色分色法，幾乎所有的人類眼睛可以識別的顏色都可以通過,R.G.B,來組成，,RGB,就是通過這三個通道的顏色調節(jié)而成。,B.CMYK,補色分色法，由四個通道的顏色配合而成，分別是青（,C,）、洋紅（,M,）、黃（,Y,）、黑（,K,），但是調節(jié)出來的顏色不如,RGB,的顏色多。,第三層,“,感光層（,SENSOR,）,”,CCD,的第三層是處理芯片（,SENSOR,，,SENSOR,主要是將穿過濾色層的光源轉換成電子信號，并將信號傳送到影像,DSP,），將影像還原。,四、組件與結構,CCD,與,CMOS,的差異,A.,總體比較,CCD,的優(yōu)點是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復雜、成本高、功耗高。,CMOS,的優(yōu)點是集成度高（將,AADC,與訊號處理器整合，可以大幅縮小體積）、功耗低、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對光源要求高。,B.,成像效果,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。,CMOS,的產(chǎn)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。,在采用,CMOS,為感光元器件的產(chǎn)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。,四、組件與結構,C.,功耗比較,CCD,功耗比較高，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需要高壓差改善傳輸效果；另外由于,CCD,無法,ADC,和訊號處理器，導致需要使用,3,4,組電源。,CMOS,功耗比較低，不到,CCD,的,1/3,，,CMOS,影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓，讀取前就將其放大，利用,3.3V,的電源即可驅動，只需要一組電源。,四、組件與結構,以,GC0307,傳感器為例介紹,四、組件與結構,2.,外圍電路說明,GC0307,芯片只需要單電源供電，,DVDD28=2.8V,，其余電源,VDD18,，,AVDD25,及數(shù)字參考電源,VREF,管腳在模組內(nèi)部通過電容接地。不需要引出到模組連接器。,電源上加如圖示,C1,、,C2,、,C3,，,C4,濾波電容，容值均為,0.1uF,。,電容擺放時盡量靠近,Pin,腳。,RESET pin,沒有引出，由芯片內(nèi)部控制。,SBCL/SBDA pin,內(nèi)部已有上拉電阻，系統(tǒng)板可以不加上拉電阻。,四、組件與結構,管腳說明,:,管腳號 名稱 管腳類型 功能,/,說明,A1 AVDD25,電源 模擬電路電壓，內(nèi)部產(chǎn)生，通過,0.1F,或,1uF,的電容接地,A2 VREF,電源 數(shù)字參考電源，通過,0.1F,的電容接地,A3 SBDA,輸入,/,出 串行通訊口數(shù)據(jù)線,A4 SBCL,輸入 串行通訊口時鐘線,A5 D7,輸出,YUV/RGB,輸出位,7,B1 GND,電源 模擬,/,數(shù)字地,B2 PWDN,輸入,0,：正常模式,;1,：省電模式,B3 HSYNC,輸出,HREF,輸出,B4 D6,輸出,YUV/RGB,輸出位,6,B5 D5,輸出,YUV/RGB,輸出位,5,C1 VSYNC,輸出,VSYNC,輸出,C2 D0,輸出,YUV/RGB,輸出位,0,C3 D3,輸出,YUV/RGB,輸出位,3,C4 D4,輸出,YUV/RGB,輸出位,4,C5 PCLK,輸出,Pixel,時鐘輸出,D1 DVDD28,電源 主供電電源,2.8V,，通過,0.1F,或,1uF,的電容接地,D2 D1,輸出,YUV/RGB,輸出位,1,D3 D2,輸出,YUV/RGB,輸出位,2,D4 DVDD18,電源 數(shù)字電路電源，,1.8V,，內(nèi)部產(chǎn)生，通過,0.1F,或,1uF,的電容接地,D5 IN_CLK,輸入 系統(tǒng)時鐘輸入,*,D7:0 8,位,YUV,或,RGB,數(shù)據(jù)（,D7MSB,，,D0 LSB,）,*,Reset,內(nèi)部拉高，外部沒有,PIN,腳引出,四、組件與結構,使用技巧,使用攝像頭，尤其是采用,CMOS,芯片的產(chǎn)品時就更應該注重技巧：,A.,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。,B.,環(huán)境光線不要太弱，否則直接影響成像質量?？朔@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(chǎn)品，現(xiàn)在有些攝像頭已經(jīng)可以達到,5lux,。,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。,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(shù)不多，主要原因是采用,CCD,圖像傳感器成本高的影響。在,MOBILE PHONE,、電腦上使用的,CAMREA,還是以,CMOS,為主，不僅是價格而且體積也是影響在,MOBILE PHONE,上使用,CCD CAMERA,的另一原因。,傳感器,(SENSOR),的焊接與拆裝,:,一般焊接后的,SENSOR,要拆卸時,使用高溫風筒,350,度均勻加熱至焊錫熔化。切記,:,風筒不可固定在某一部位對吹,!,四、組件與結構,A/D,轉換器,A/D,轉換器即,ADC(Analog Digital Converter,模擬數(shù)字轉換器,),ADC,的兩個重要指標是轉換速度和量化精度，由于,CAMERA SYSTEM,中高分辨率圖象的象素量龐大，因此對速度轉換器的要求很高。同時量化精度對應的,ADC,轉換器將每一個象素的亮度和色彩值量化為若干的等級，這個等級就是,CAMERA,的色彩深度。由于,CMOS,已經(jīng)具備數(shù)字化傳輸接口，所以不需要,A/D,四、組件與結構,數(shù)字信號處理芯片（,DSP,）,:,數(shù)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(shù)學算法運算，對數(shù)字圖像信號參數(shù)進行優(yōu)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,:,A.ISP,（,image signal processor,）（鏡像信號處理器）,B.JPEG encoder,（,JPEG,圖像解碼器）,C.USB device controller,（,USB,設備控制器）,五、技術指標,1.0,圖像壓縮方式,JPEG,