攝像頭模組基本構造及基本工作原理

來源 : www.heliyangsheng.com   發布時間 : 2019/12/24 16:38:00

  攝像頭模組基本構造

  一、攝像頭結構和工作原理.

  拍攝景物通過鏡頭,將生成的光學圖像投射到傳感器上,然后光學圖像被轉換成電信號,電信號再經過模數轉換變為數字信號,數字信號經過DSP加工處理,再被送到電腦中進行處理,最終轉換成手機屏幕上能夠看到的圖像。

  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)

  常見的攝像頭傳感器類型主要有兩種,

  一種是CCD傳感器(Chagre Couled Device),即電荷耦合器。

  一種是CMOS傳感器(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)即互補性金屬氧化物半導體。

  CCD的優勢在于成像質量好,但是制造工藝復雜,成本高昂,且耗電高。在相同分辨率下,CMOS價格比CCD便宜,但圖像質量相比CCD來說要低一些。CMOS影像傳感器相對CCD具有耗電低的優勢,加上隨著工藝技術的進步,CMOS的畫質水平也不斷地在提高,所以目前市面上的手機攝像頭都采用CMOS傳感器。

  手機攝像頭的簡單結構

  鏡頭:聚集光線,把景物投射到成像介質表面。

  圖像傳感器:即成像介質,將鏡頭投射到表面的圖像(光信號)轉換為電信號。

  馬達:帶動鏡頭的移動,使鏡頭投射清晰的圖像到成像介質表面。

  濾色片:人眼看到的景物是可見光波段,而圖像傳感器可辨識的光波段多大于人眼,因此增加了濾色片將多余的光波段過濾掉,使圖像傳感器能拍攝多人眼所見到的實際景物。

  馬達驅動芯片:用于控制馬達移動,從而推動鏡頭實現自動對焦。

  線路板基板:將圖像傳感器的電信號傳輸到后端。

  二、相關參數和名詞

  1、常見圖像格式

  1.1 RGB格式:

  傳統的紅綠藍格式,比如RGB565,RGB888,其16-bit數據格式為5-bit R + 6-bit G + 5-bit B。G多一位,原因是人眼對綠色比較敏銳。

  1.2 YUV格式:

  luma (Y) + chroma (UV) 格式。YUV是指亮度參量和色度參量分開表示的像素格式,而這樣分開的好處就是不但可以避免相互干擾,還可以降低色度的采樣率而不會對圖像質量影響太大。YUV是一個比較籠統地說法,針對它的具體排列方式,可以分為很多種具體的格式。

  色度(UV)定義了顏色的兩個方面─色調與飽和度,分別用CB和CR表示。其中,Cr反映了RGB輸入信號紅色部分與RGB信號亮度值之間的差異。而Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之間的差異。

  主要的采樣格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。

  1.3 RAW data格式:

  RAW圖像就是CMOS或者CCD圖像感應器將捕捉到的光源信號轉化為數字信號的原始數據。RAW文件是一種記錄了數碼相機傳感器的原始信息,同時記錄了由相機拍攝所產生的一些元數據(Metadata,如ISO的設置、快門速度、光圈值、白平衡等)的文件。RAW是未經處理、也未經壓縮的格式,可以把RAW概念化為“原始圖像編碼數據”或更形象的稱為“數字底片”。sensor的每一像素對應一個彩色濾光片,濾光片按Bayer pattern分布。將每一個像素的數據直接輸出,即RAW RGB data

  Raw data(Raw RGB)經過彩色插值就變成RGB.

  RAW格式圖像示例

  2. 相關技術指標

  2.1 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

  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)

  2.2 彩色深度(色彩位數):

  256色灰階,有256種灰色(包括黑白)。

  15或16位彩色(高彩色):65,536種顏色。

  24位彩色(真彩色):每種原色都有256個層次,它們的組合便有256*256*256種顏色。

  32位彩色:除了24位彩色的顏色外,額外的8位是儲存重疊圖層的圖形資料(alpha頻道)。

  2.3 光學變焦和數碼變焦:

  光學變焦: 通過鏡頭的調整,拉近拉遠所要拍攝的對象,保持像素不變和畫質基本不變,卻可以拍到自己 理想的物像。 數碼變焦:其實沒有什么變焦,只是從原圖片中截取出來放大,你從液晶屏幕上看到變大了,實際上畫質并沒有本質提高,而像素比你相機能拍攝的最大像素降低了。 畫質上說基本是雞肋把,但是可以提供一些方便。

  2.4 圖像壓縮方式:

  JPEG/M-JPEG

  H.261/H.263

  MPEG

  H.264

  2.5 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。

  2.6 自動白平衡處理技術(auto White Balance):

  簡單來說就是:攝像機對白色物體的還原。相關概念:色溫。

  2.7 視角:

  與人的眼睛成像是相成原理,簡單說就是成像范圍。

  2.8 自動對焦:

  自動對焦可以分成兩大類:一類是基于鏡頭與被拍攝目標之間距離測量的測距自動對焦,另一類是基于對焦屏上成像清晰的聚焦檢測自動對焦(清晰度算法)。

  注:變焦就是把遠處的物體拉近。對焦是讓圖像清晰。

  2.9 自動曝光和Gamma:

  就是光圈和快門的組合。光圈,快門速度,ISO。Gamma即人眼對亮度的響應曲線。

  三、其他攝像頭結構

  3.1定焦攝像頭結構

  3.2 光學防抖攝像頭結構

  3.3 MEMS攝像頭

 

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