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常見問題
有關 攝像頭 的 基礎知識
發布時間:2020-08-15    閱覽次數:1490 次  
  一、攝像頭簡介






  攝像頭(CAMERA)  又稱為   電腦相機,電腦眼等,它作為一種視  頻輸入設備,在過去被廣泛的運用于視頻會議,遠程醫療及實時監控等方面。近年以來,隨著互聯網技術的發展、網絡速度的不斷提高、再加上感光成像器件技術的成熟并大量用于攝像頭的制造上,這使得它的價格降到普通人可以承受的水平。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網絡進行有影像、有聲音的交談和溝通。另外,人們還可以將其用于當前各種流行的數碼影像,影音處理。


二、攝像頭的分類


  攝像頭分為數字攝像頭和模擬攝像頭兩大類,模擬攝像頭可以將視頻采集設備產生的模擬視頻信號轉換成數字信號,進而將其儲存在計算機里;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計算機上運用;數字攝像頭可以直接捕捉影  像,然后通過串,并口或者USB接口傳到計算機里?,F在電腦市場上的攝像頭基本以數字攝像頭為主,而數字攝像頭中又以使用新型數據傳輸接口的USB數字攝像頭為主,目前市場上可見的大部分都是這種產品。除此之外還有一種與視頻采集卡配合使用的產品,但目前還不是主流,由于個人電腦的迅速普及,模擬攝像  頭的整體成本較高等原因,USB接口的傳輸速度遠遠高于串口,并口的速度,因此現在市場熱點主要是USB接口的數字攝像頭,以下主要是指USB接口的數字攝像頭。


  根據攝像頭的底座,可以分為桌面底座式、高桿式(有置于桌面和用螺絲固定于液晶背面二種)及液晶掛式(同時也是可以置于桌面的)三大類型;


  根據攝像頭是否需要安裝驅動  ,可以分為有驅型與無驅型攝像頭,有驅型指的是不論在什么系統下,都需要安裝對應的驅動程序;無驅型,是指在Windows xp sp2以上,無需安裝驅動程序,插入電腦即可使用;無驅型由于使用的便捷,已經成為主流。


三、攝像頭的工作原理


  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表面上,然后轉為電信號,經過A/D(模數轉換)轉換后變為數字圖像信號,再送到數字信號處理芯片(DSP)中加工處理,再通過USB接口傳輸到電腦中處理,通過顯示器就可以看到圖像了。


四、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、主控芯片


  2、感光芯片


  3、鏡頭


  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  攝像頭穩定工作的一個因素。


五、攝像頭  的一些技術指標


  1、圖像解析度/分辨率(Resolution)


  ●SXGA(1280x1024)又稱130萬像素


  ●XGA(1024x768)又稱80萬像素


  ●SVGA(800x600)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、圖像格式(imageFormat/Colorspace)


  RGB24,420是目前最常用的兩種圖像格式。


  ●RGB24:表示R、G、B三種顏色各8bit,最多可表現256級濃淡,從而可以再現256*256*256種顏色。


  ●I420:YUV格式之一。


  ●其它格式有:RGB565,RGB444,YUV4:2:2等。


  3、自動白平衡調整(AWB)


  定義:要求在不同色  溫環境下,照白色的物體,屏幕中的圖像應  也是白色的。色溫表示光譜成份,光的顏色。色溫低表示長波光成分多。當色溫改變時,光源中三基色(紅、綠、藍)的比例會發生變化,需要調節三基色的比例來達到彩色的平衡,這就是白平衡調節的實際。


  4、圖像壓縮方式


  JPEG:(jointphotographicexpertgroup)靜態圖像壓縮方式。一種有損圖像的壓縮方式。壓縮比越大,圖像質量也就越差。當圖像精度要求不高存儲空間有限時,可以選擇這種格式。目前大部分數碼相機都使用JPEG格式。


  5、彩色深度(色彩位數)


  反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現能力、實際就是A/D轉換器的量化精度、是指將信  號分成多少個等級。常用色彩位數  (bit)表示,彩色深度越高,獲得的影像色彩就越艷麗動人?,F在市場上的攝像頭均已達到24位,有的甚至是32位


  6、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。


  7、視角


  與人的眼睛成像是相成原理,簡單說就是成像范圍。


  8、輸出/輸入接口


  串行接口(RS23  2/422):傳輸速率慢,為115kbit/s


  并行接口(PP  ):速率可以達到1Mbit/s


  紅外接口(IrDA):速率也是115kbit/s,一般筆記本電腦有此接口


  通用串行總線USB:即插即用的接口標準,支持熱插拔,USB1.1速率可達12Mbit/s,USB2.0可達480Mbit/s


  IEEE1394(火線)接口(亦稱ilink):其傳輸速率可達100M~400Mbit/s


【→攝像頭的進一步分析←】


  從攝像頭的組成來看決定一個攝像  頭的品質從硬件上來說主要是:鏡頭、主控芯片與感光芯片。


  1、鏡頭(LENS)


  五層“全?!?,也算目前頂級的攝像頭鏡頭了。鏡頭的組成是透鏡結構,由幾片透鏡組成,一般有塑膠透鏡(plastic)或玻璃透鏡(glass)。通常攝像頭用的鏡頭構造有:1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透鏡越多,成本越高;玻璃透鏡比塑膠貴。因此一個品質好的攝像頭應該是采用玻璃鏡頭,成像效果就相對塑膠鏡頭會好?,F在市場上的大多攝像頭產品為了降低成本,一般會采用塑膠鏡頭或  半塑膠半玻璃鏡頭(即:1P、2P、1G1P、1G2P等)。


  2、感光芯片(SENSOR)


  是組成數碼攝像頭的重要組成部分,根據元件不同分為


  CCD(Charge Coupled Device,電荷耦合元件)應用在攝影攝像方面的高端技術元件。


  CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導體元件)應用于較低影像品質的產品中。


  目前CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸,在相同的分辨率下,宜選擇元件尺寸較大的為好。


  CCD的優點是靈敏度高,噪音小,信噪比大。但是生產工藝復雜、成本高、功耗高。


  CMOS的優點是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對光源要求高。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。而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。


  所以我們在使用攝像頭,尤其是采用CMOS芯  片的產品時就更應該注重技巧:


  首先不要在逆光環境下使用(這點CCD同),尤其不要直接指向太陽,否則“放大鏡燒螞蟻”的慘劇就會發生在您的攝像頭上。其次環境光線不要太弱,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品,現在有些攝像頭已經可以達到5lux。


  最后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。目前,市場銷售的數碼攝像頭中,基本是CCD和CMOS平分秋色。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。受市場情況及市場發展等情況的限制,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。


  3、主控芯片(DSP)


  在DSP的選擇上,是根據攝像頭成本、市場接受程度來進行確定?,F在DSP廠商在設計、生產DSP的技術已經逐漸成熟,在各項技術指標上相差不是很大,只是有些DSP在細微的環節及驅動程序要進行進一步改進。


  由于操作系統的不斷升級,自從Windows xp sp2集成UVC模塊以后,免驅攝像頭因為無需安裝驅動而逐步代替了有驅攝像頭。


  4、圖像解析度/分辨率(Resolution)


  即傳感器像素,也就是我們常說的多少像素的攝像頭, 是衡量攝像頭的一個重要指標之一,一些產品都會在包裝盒標著30萬像素或35萬像素。在實際應用中,攝像頭的像素越高,拍攝出來的圖像品質就越好,但另一方面也并不是像素越高越好,對于同一畫面,像素越高的產品它的解析圖像  的能力也越強,但相對它記錄的數據量也會大得多,所以對存儲設備的要求也就高得多,因而在選擇時宜采用當前的主流產品。由于受到攝像頭價格、電腦硬件、成像效果等因素的影響,現在市面上的攝像頭基本在30萬像素這個檔次上進行銷售。還有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想,因 此統治高像素攝像  頭的市場仍然是CC  D攝像頭。值得注意的一點:有些分辨率的標識是指這些產品利用軟件所能達到的插值分辨率,雖然說也能適當提高所得圖像的精度,但和硬件分辨率相比還是有著一定的差距的。


  5、視頻捕 獲速度


  視頻捕獲能力是用戶最為關心的功能之一,很多廠家都聲稱最大30幀/秒的視頻捕獲能力,但實際使用時并不能盡如人意。目前攝像頭的視頻捕獲都是通過軟件來實現的,因而對電腦的要求非常高,即CPU的處理能力要足夠的快,其次對畫面要求的不同,捕獲能力也不盡相同?,F在攝像頭捕獲畫面的最大分辨率為640×480,在這種分辨下沒有任何數字攝像頭能達到30幀/秒的捕獲效果,因而畫面會產生跳動現象。比較現實的是在320×240分辨率下依靠硬件與軟件的結合有可能達到標準速率的捕獲指標,所以對于完全的視頻捕獲速度,只是一種理論指標。用戶應 根據自己的切實需要,選擇合適的產品以達到預期的效果。


  6.內置麥克風


  現在有種攝像頭是內 置麥克風的,這在視頻交談時可以與音頻同步。分為內置麥和外置麥二種,主控DSP附有麥功能的稱為內置,如果主控不具有麥功能而是通過另外的元器件加上去的則稱之為外置麥,通常內置的效果更好。
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