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，隨著互聯網技術的發(fā)展，網絡速度的不斷提高，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，數碼相機,二,.,分類,計算機組裝、維護與維修,模擬攝像頭,數字攝像頭,二、分類,1.0DIGITAL CAMERA,數字式,數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，現在,CAMERA,市場上的攝像頭基本以數字式為主，而數字攝像頭中又以新型數據傳輸接口的,USB,數字攝像頭為主,(,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，經過系統(tǒng)的編輯后以數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生的模擬視頻信號轉換成數字信號，進而將其存儲到系統(tǒng)內存里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉換成數字模式，并加以壓縮后才可以轉換到主系統(tǒng)上運用，經過系統(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，經過,A/D(,模,/,數,),轉換后變成數字圖像信號，再送到數字處理芯片,(DSP),中加工處理，再通過,I/O,接口傳輸到電腦中進行處理后，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。,攝像頭內部需要兩種工作電壓：,3.3V,和,2.5V,，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,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,及數字參考電源,VREF,管腳在模組內部通過電容接地。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，由芯片內部控制。,SBCL/SBDA pin,內部已有上拉電阻，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，內部產生，通過,0.1F,或,1uF,的電容接地,A2 VREF,電源 數字參考電源，通過,0.1F,的電容接地,A3 SBDA,輸入,/,出 串行通訊口數據線,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 數字電路電源，,1.8V,，內部產生，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,數據（,D7MSB,，,D0 LSB,）,*,Reset,內部拉高，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。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,。,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,已經具備數字化傳輸接口，所以不需要,A/D,四、組件與結構,數字信號處理芯片（,DSP,）,:,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)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,