摄像头模组基本构造及基本工作原理

来源 : www.cammodule.com.cn   发布时间 : 2019/12/24 16:38:00

  摄像头模组基本构造

  一、摄像头结构和工作原理.

  拍摄景物通过镜头,将生成的光学图像投射到传感器上,然后光学图像被转换成电信号,电信号再经过模数转换变为数字信号,数字信号经过DSP加工处理,再被送到电脑中进行处理,最终转换成手机屏幕上能够看到的图像。

  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。DSP结构框架:

  1、 ISP(image signal processor)(镜像信号处理器)

  2、JPEG encoder(JPEG图像解码器)

  3、 USB device controller(USB设备控制器)

  常见的摄像头传感器类型主要有两种,

  一种是CCD传感器(Chagre Couled Device),即电荷耦合器。

  一种是CMOS传感器(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)即互补性金属氧化物半导体。

  CCD的优势在于成像质量好,但是制造工艺复杂,成本高昂,且耗电高。在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但图像质量相比CCD来说要低一些。CMOS影像传感器相对CCD具有耗电低的优势,加上随着工艺技术的进步,CMOS的画质水平也不断地在提高,所以目前市面上的手机摄像头都采用CMOS传感器。

  手机摄像头的简单结构

  镜头:聚集光线,把景物投射到成像介质表面。

  图像传感器:即成像介质,将镜头投射到表面的图像(光信号)转换为电信号。

  马达:带动镜头的移动,使镜头投射清晰的图像到成像介质表面。

  滤色片:人眼看到的景物是可见光波段,而图像传感器可辨识的光波段多大于人眼,因此增加了滤色片将多余的光波段过滤掉,使图像传感器能拍摄多人眼所见到的实际景物。

  马达驱动芯片:用于控制马达移动,从而推动镜头实现自动对焦。

  线路板基板:将图像传感器的电信号传输到后端。

  二、相关参数和名词

  1、常见图像格式

  1.1 RGB格式:

  传统的红绿蓝格式,比如RGB565,RGB888,其16-bit数据格式为5-bit R + 6-bit G + 5-bit B。G多一位,原因是人眼对绿色比较敏锐。

  1.2 YUV格式:

  luma (Y) + chroma (UV) 格式。YUV是指亮度参量和色度参量分开表示的像素格式,而这样分开的好处就是不但可以避免相互干扰,还可以降低色度的采样率而不会对图像质量影响太大。YUV是一个比较笼统地说法,针对它的具体排列方式,可以分为很多种具体的格式。

  色度(UV)定义了颜色的两个方面─色调与饱和度,分别用CB和CR表示。其中,Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。

  主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。

  1.3 RAW data格式:

  RAW图像就是CMOS或者CCD图像感应器将捕捉到的光源信号转化为数字信号的原始数据。RAW文件是一种记录了数码相机传感器的原始信息,同时记录了由相机拍摄所产生的一些元数据(Metadata,如ISO的设置、快门速度、光圈值、白平衡等)的文件。RAW是未经处理、也未经压缩的格式,可以把RAW概念化为“原始图像编码数据”或更形象的称为“数字底片”。sensor的每一像素对应一个彩色滤光片,滤光片按Bayer pattern分布。将每一个像素的数据直接输出,即RAW RGB data

  Raw data(Raw RGB)经过彩色插值就变成RGB.

  RAW格式图像示例

  2. 相关技术指标

  2.1 图像解析度/分辨率(Resolution):

  SXGA(1280 x1024)又称130万像素

  XGA(1024 x768)又称80万像素

  SVGA(800 x600)又称50万像素

  VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488)

  CIF(352x288) 又称10万像素

  SIF/QVGA(320x240)

  QCIF(176x144)

  QSIF/QQVGA(160x120)

  2.2 彩色深度(色彩位数):

  256色灰阶,有256种灰色(包括黑白)。

  15或16位彩色(高彩色):65,536种颜色。

  24位彩色(真彩色):每种原色都有256个层次,它们的组合便有256*256*256种颜色。

  32位彩色:除了24位彩色的颜色外,额外的8位是储存重叠图层的图形资料(alpha频道)。

  2.3 光学变焦和数码变焦:

  光学变焦: 通过镜头的调整,拉近拉远所要拍摄的对象,保持像素不变和画质基本不变,却可以拍到自己 理想的物像。 数码变焦:其实没有什么变焦,只是从原图片中截取出来放大,你从液晶屏幕上看到变大了,实际上画质并没有本质提高,而像素比你相机能拍摄的最大像素降低了。 画质上说基本是鸡肋把,但是可以提供一些方便。

  2.4 图像压缩方式:

  JPEG/M-JPEG

  H.261/H.263

  MPEG

  H.264

  2.5 图像噪音:

  指的是图像中的杂点干挠。表现为图像中有固定的彩色杂点。

  2.6 自动白平衡处理技术(auto White Balance):

  简单来说就是:摄像机对白色物体的还原。相关概念:色温。

  2.7 视角:

  与人的眼睛成像是相成原理,简单说就是成像范围。

  2.8 自动对焦:

  自动对焦可以分成两大类:一类是基于镜头与被拍摄目标之间距离测量的测距自动对焦,另一类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦(清晰度算法)。

  注:变焦就是把远处的物体拉近。对焦是让图像清晰。

  2.9 自动曝光和Gamma:

  就是光圈和快门的组合。光圈,快门速度,ISO。Gamma即人眼对亮度的响应曲线。

  三、其他摄像头结构

  3.1定焦摄像头结构

  3.2 光学防抖摄像头结构

  3.3 MEMS摄像头

 

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