攝像頭模組知識介紹

1、 攝像頭（攝像頭（CAMERACAMERA）又稱為電腦相機、電腦眼等，它作為一又稱為電腦相機、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設(shè)備，在過去被廣泛的運用于視頻會議、遠程醫(yī)療及種視頻輸入設(shè)備，在過去被廣泛的運用于視頻會議、遠程醫(yī)療及實時監(jiān)控等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，實時監(jiān)控等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術(shù)的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這再加上感光成像器件技術(shù)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。現(xiàn)在，使得它的價格降到普通人可以承受的水平。現(xiàn)在，CAMERACAMERA被廣泛被廣泛應(yīng)用于應(yīng)用于mobile

2、 phonemobile phone、PDAPDA及及Tablet PCTablet PC，這樣也促進感光成像技，這樣也促進感光成像技術(shù)的進一步提高，例如術(shù)的進一步提高，例如500500萬像素、萬像素、800800萬像素、萬像素、10001000萬等。萬等。全球第一款內(nèi)置攝像頭的手機全球第一款內(nèi)置攝像頭的手機 分辨率分辨率: 90: 90130130像素像素： 10W10WSensorSensor：CCDCCD20002000年年9 9月月 夏普夏普J-SH04J-SH04全球第一款內(nèi)置全球第一款內(nèi)置10001000攝像頭的手機攝像頭的手機 像素像素： 1000W1000WSensorSens

3、or：CCDCCD變焦：變焦：3X3X光學(xué)和光學(xué)和5X5X數(shù)字數(shù)字20062006年年 三星三星SCH-B600SCH-B600公司采用攝像頭模組的產(chǎn)品公司采用攝像頭模組的產(chǎn)品 PDA PDA分辨率分辨率: 2048: 204815361536像素像素： 300W300WSensorSensor：CMOSCMOS1 1、緊湊攝像模組、緊湊攝像模組(Compact Camara Module)(Compact Camara Module)2 2、CMOS CMOS 攝像模組攝像模組(Cmos Camara Module)(Cmos Camara Module)3 3、手機攝像模組、手機攝像模組(

4、Cellphone Camara Module)(Cellphone Camara Module) 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、并口或者通過串、并口或者USBUSB接口連接到接口連接到HOST SYSTEMHOST SYSTEM上?，F(xiàn)在上。現(xiàn)在CAMERACAMERA市場上的市場上的攝像頭基本以數(shù)字攝像頭為主，而數(shù)字攝像頭中又以使用新型數(shù)據(jù)傳輸攝像頭基本以數(shù)字攝像頭為主，而數(shù)字攝像頭中又以使用新型數(shù)據(jù)傳輸接口的接口的USBUSB數(shù)字攝像頭為主（獨立），在手機上主要是直接通過數(shù)字攝像頭為主（獨立），在手機

5、上主要是直接通過IO(BTB, IO(BTB, USB, MINI USB)USB, MINI USB)與與HOST SYSTEMHOST SYSTEM連接，經(jīng)過連接，經(jīng)過HOST SYSTEMHOST SYSTEM的編輯后以數(shù)的編輯后以數(shù)字信號輸出到字信號輸出到DISPLAYDISPLAY上顯示。目前上顯示。目前CAMERACAMERA市場上主流的市場上主流的CAMERACAMERA全部是全部是DIGITAL CAMERADIGITAL CAMERA。 模擬攝像頭是將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號模擬攝像頭是將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進而將其儲存到，進而將

6、其儲存到SYSTEM MEMORY SYSTEM MEMORY 里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必里。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(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到可以轉(zhuǎn)換到HOST SYSTEMHOST SYSTEM上運用，經(jīng)過上運用，經(jīng)過HOST SYSTEMHOST SYSTEM的編輯，通過的編輯，通過DISPLAYDISPLAY顯示和輸出。顯示和輸出。 CCM主要的組成部分由主要的組成部分由: 鏡頭鏡頭(Lens)，紅外濾光片（，紅外濾光片（IR Filter），圖），圖像傳感器（像傳感器

7、（Sensor IC）、數(shù)字信號處理（）、數(shù)字信號處理（DSP）及軟板（）及軟板（FPC），其中有），其中有些些Sensor IC是集成了是集成了DSP，有些是沒有集成，有些是沒有集成DSP，沒有集成，沒有集成DSP的的module需要外部外掛需要外部外掛DSP。 外部光線穿過外部光線穿過Lens后，經(jīng)過后，經(jīng)過IR Filter濾波后照射到濾波后照射到Sensor面上，面上， Sensor將從將從Lens上傳導(dǎo)過來的光線轉(zhuǎn)換為電信號，再通過內(nèi)部的上傳導(dǎo)過來的光線轉(zhuǎn)換為電信號，再通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。如果換為數(shù)字信號。如果Sensor沒有集成沒有集成DSP，則通過，則通過DVP的方

8、式傳輸?shù)降姆绞絺鬏數(shù)絙aseband，此時的數(shù)據(jù)格式是，此時的數(shù)據(jù)格式是RAW RGB。 OV3640集成了集成了DSP，則，則RAW DATA 數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)經(jīng)過AWB、Color Matrix、Lens Shading、Gamma、Sharpness、AE和和De-noise處理，后處理，后輸出輸出YUV或者或者RGB格式的數(shù)據(jù)。格式的數(shù)據(jù)。ISPISP作用：將影像捕捉后呈現(xiàn)在圖像感光器上作用：將影像捕捉后呈現(xiàn)在圖像感光器上EFL (Effective Focal Length) 一般用 f 表示。定義：在光學(xué)系統(tǒng)中，主平面到焦點的距離。視場角：視場角：View Angle (Field O

9、f View) 一般用表示半視角。定義：入瞳中心對物的張角或出瞳中心對像的張角。光圈（相對孔徑）光圈（相對孔徑）定義：焦距與入瞳直徑之比，一般用F或F/NO表示?；儯夯儯篋istortion定義：實際像高與理想像高的差異，分桶形和枕形畸變，在光學(xué)設(shè)計中，通常用q來表示，一般采用百分比形式。相對照度：相對照度：Relative Illuminance定義：邊緣亮度與中心亮度之比，一般要大于55%，否則容易出現(xiàn)黑角現(xiàn)象。 鏡鏡頭廠家主要集中在臺灣、日本和韓國，鏡頭這種光學(xué)技術(shù)含量最頭廠家主要集中在臺灣、日本和韓國，鏡頭這種光學(xué)技術(shù)含量最高的產(chǎn)業(yè)具備非常高的產(chǎn)業(yè)門檻，極少有新企業(yè)進入此領(lǐng)域，臺灣

10、企業(yè)更是高的產(chǎn)業(yè)具備非常高的產(chǎn)業(yè)門檻，極少有新企業(yè)進入此領(lǐng)域，臺灣企業(yè)更是成本優(yōu)勢明顯，市場占有率超過成本優(yōu)勢明顯，市場占有率超過65%65%。種類：種類： CCDCCD、CMOS CMOS 比較比較 Sony ICX452 Sony ICX452：1/1.81/1.8英寸、英寸、513513萬像素萬像素OV3610OV3610：1/41/4英寸、英寸、300300萬像素萬像素 目前國內(nèi)及全球目前國內(nèi)及全球SensorSensor的使用情況的使用情況金手指金手指(ZIF)(ZIF)連接連接連接器連接器(Connector)(Connector)連接連接插座插座(S(Socketocket) )

11、連接連接 分辨率是用于度量位圖圖像內(nèi)數(shù)據(jù)量多少的一個參數(shù)，通常用像素來分辨率是用于度量位圖圖像內(nèi)數(shù)據(jù)量多少的一個參數(shù)，通常用像素來表示。簡單地說，攝像頭的分辨率是指攝像頭解析圖象的能力，也即攝像表示。簡單地說，攝像頭的分辨率是指攝像頭解析圖象的能力，也即攝像頭的影像傳感器的像素數(shù)。最高分辨率就是指攝像頭能最高分辨圖像能力頭的影像傳感器的像素數(shù)。最高分辨率就是指攝像頭能最高分辨圖像能力的大小，即攝像頭的最高像素數(shù)。的大小，即攝像頭的最高像素數(shù)。500W500W像素：像素：QSXGAQSXGA（2592 x19442592 x1944）300W300W像素：像素：QXGAQXGA（2048 x15

12、362048 x1536）130W130W像素：像素：SXGA (1280 x1024) SXGA (1280 x1024) 80W80W像素：像素： XGA (1024 x768) XGA (1024 x768) 50W50W像素：像素： SVGA (800 x600) SVGA (800 x600) 30W30W像素：像素： VGA (640 x480) VGA (640 x480) 10W10W像素：像素： CIF(352x288) CIF(352x288) 分辨率以乘法形式表示，如分辨率以乘法形式表示，如1024x7681024x768，“1024”1024”表示屏幕上水平方向顯示的表

13、示屏幕上水平方向顯示的點數(shù)，點數(shù)，“768”768”表示垂直方向的點數(shù)。表示垂直方向的點數(shù)。 “像素像素”是相機感光器件上的感光最小單位。就像是光學(xué)相機的感光膠片的是相機感光器件上的感光最小單位。就像是光學(xué)相機的感光膠片的銀粒一樣，記憶在數(shù)碼相機的銀粒一樣，記憶在數(shù)碼相機的“膠片膠片”（存儲卡）上的感光點就是像素；要想得（存儲卡）上的感光點就是像素；要想得到分辨率高（也就是細膩的照片），就必須保證有一定的像素數(shù)；到分辨率高（也就是細膩的照片），就必須保證有一定的像素數(shù)； 照片的清晰度不是取決于像素數(shù)，而是取決于像素的照片的清晰度不是取決于像素數(shù)，而是取決于像素的“點密度點密度”（就是圖片（就是

14、圖片的分辨率）（用的分辨率）（用ppippi表示，單位是表示，單位是“像素像素/ /英寸英寸”），），“像素數(shù)像素數(shù)”和和“點密度點密度”是是兩個概念，兩個概念，“像素數(shù)像素數(shù)”（點數(shù)）是感光點的總量，而（點數(shù)）是感光點的總量，而“點密度點密度”是單位面積上的是單位面積上的點數(shù)（像素點），只有單位面積上的感光點數(shù)越多，拍出的照片才越細膩。所以點數(shù)（像素點），只有單位面積上的感光點數(shù)越多，拍出的照片才越細膩。所以，反映照片清晰程度的參數(shù)是，反映照片清晰程度的參數(shù)是“點密度點密度”（圖片分辨率），而非總的點數(shù)。（圖片分辨率），而非總的點數(shù)。RGBRGB格式格式: : 采用這種編碼方法，每種顏色都可

15、用三個變量來表示紅色、綠色采用這種編碼方法，每種顏色都可用三個變量來表示紅色、綠色以及藍色的強度。每一個像素有三原色以及藍色的強度。每一個像素有三原色R R紅色、紅色、G G綠色、綠色、B B藍色組成。常用格式：藍色組成。常用格式：RGB24RGB24，RGB444RGB444，RGB565RGB565等等。YUVYUV格式格式: : 是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法，屬于是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法，屬于PALPAL。其中。其中“Y”Y”表示明亮度表示明亮度(Luminance(Luminance或或Luma)Luma)，就是灰階值；而，就是灰階值；而“U”U”和和“V”

16、V”表示色表示色度度(Chrominance(Chrominance或或Chroma)Chroma)，是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。，是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。常用格式：常用格式：YUV422YUV422，YUV420YUV420等。等。RAW DATARAW DATA格式格式: : 是是CCDCCD或或CMOSCMOS在將光信號轉(zhuǎn)換為電信號時的電平高低的原始在將光信號轉(zhuǎn)換為電信號時的電平高低的原始記錄，單純地將沒有進行任何處理的圖像數(shù)據(jù)，即攝像元件直接得到的電信記錄，單純地將沒有進行任何處理的圖像數(shù)據(jù)，即攝像元件直接得到的電信號進行數(shù)字化處理而得到的。號進行數(shù)

17、字化處理而得到的。 定義：定義：要求在不同色溫環(huán)境下，照白色的物體，屏幕中的圖像應(yīng)也是白要求在不同色溫環(huán)境下，照白色的物體，屏幕中的圖像應(yīng)也是白色的。色的。色溫色溫表示光譜成份，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(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的變時，光源中三基色（紅、綠、藍）的比例會發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來達到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實際。比例來達到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實際。 如中午時分拍照，到了夕陽時候拍照的兩種色調(diào)是不一樣的，此時便需如中午時分拍照，到了夕陽時候拍照的兩

18、種色調(diào)是不一樣的，此時便需要利用白平衡功能來做修正要利用白平衡功能來做修正 使得在任何光源下拍攝一塊白色物體都是白色，使得在任何光源下拍攝一塊白色物體都是白色，其他的顏色也要求準確的還原。其他的顏色也要求準確的還原。應(yīng)用：應(yīng)用：場景模式場景模式 變焦分兩種，一種是變焦分兩種，一種是數(shù)字變焦（數(shù)字變焦（ Digital Zoom ）；一種是；一種是光學(xué)變焦光學(xué)變焦（ Optical Zoom）。手機上，多數(shù)都采用數(shù)碼變焦。手機上，多數(shù)都采用數(shù)碼變焦。 數(shù)碼變焦是通過攝像頭模組內(nèi)部的處理器，原來數(shù)碼變焦是通過攝像頭模組內(nèi)部的處理器，原來sensor上的一部份上的一部份像素使用像素使用“插值插值”處

19、理手段將畫面放大到整個畫面，從而達到放大目的。這種處理手段將畫面放大到整個畫面，從而達到放大目的。這種手法如同用圖像處理軟件把圖片的面積改大。由于焦距沒有變化，圖像質(zhì)量手法如同用圖像處理軟件把圖片的面積改大。由于焦距沒有變化，圖像質(zhì)量是相對于正常情況下較差。因此，數(shù)字變焦并沒有太大的實際意義是相對于正常情況下較差。因此，數(shù)字變焦并沒有太大的實際意義 光學(xué)變焦是通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。光學(xué)變焦是通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當成像面在水平方向運動的時候，視角和焦距就會發(fā)生變化，更遠的景物變當成像面在水平方向運動的時候，視角和焦距就會發(fā)生變化，更遠的景物變

20、得更清晰，讓人感覺像物體遞進的感覺。得更清晰，讓人感覺像物體遞進的感覺。 反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，即用多少位的二進制數(shù)反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，即用多少位的二進制數(shù)字來記錄三種原色；字來記錄三種原色； 非專業(yè)相機的非專業(yè)相機的Sensor一般是一般是24位，專業(yè)型相機的位，專業(yè)型相機的Sensor至少是至少是36位的；位的； 24位的位的Sensor，感光單元能記錄的光亮度值最多有感光單元能記錄的光亮度值最多有28=256級，每一種原級，每一種原色用一個色用一個8位的二進制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是位的二進制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是256256256約約

21、1677萬種；萬種； 36 位的位的Sensor，感光單元能記錄的光亮度值最多有感光單元能記錄的光亮度值最多有212=4096級，每一種級，每一種原色用一個原色用一個12 位的二進制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是位的二進制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是4096 4096 4096約約68.7億種。億種。 鏡頭均勻性也就是畫面中心的影像的明亮度到四周邊的明亮度的比值，用鏡頭均勻性也就是畫面中心的影像的明亮度到四周邊的明亮度的比值，用來描述拍照（特別是白色畫面）的均勻性，行業(yè)內(nèi)稱為：來描述拍照（特別是白色畫面）的均勻性，行業(yè)內(nèi)稱為：Lens ShadingLens Shading OFFLens Shading ON對于對于2M2M以上一般要求鏡頭的均勻性要大于以上一般要求鏡頭的均勻性要大于85%85%優(yōu)勢：優(yōu)勢： 1）在傳統(tǒng)）在傳統(tǒng)CMOS感光元件中，感光二極管位于電路晶體管后方，進光量會感光元件中，感光二極管位于電路晶體管后方，進光量會因遮擋受到影響；而背照式因遮擋受到影響；而背照式CMOS將它掉轉(zhuǎn)方向，讓光線首先進入感光二極將它掉轉(zhuǎn)方向，讓光線首先進入感光二