物联网外设学习笔记-摄像头（一）

物联网外设学习笔记-摄像头（一）

1. Camera 简介
   摄像头（CAMERA）又称为电脑相机、电脑眼等，它作为一种视频输入设备，在过去被广泛的运用于视频会议、远程医疗及实时监控等方面。近年以来，随着互联网技术的发展，网络速度的不断提高，再加上感光成像器件技术的成熟并大量用于摄像头的制造上，这使得它的价格降到普通人可以承受的水平。同时这两年于mobile phone ，这样也促进感光成像技术的进一步提高，例如30万象素， 万象素，130 万象素，200万象素等。

2. Camera 分类
   数字式
   数字摄像头是直接将摄像单元和视频捕捉单元集成在一起，然后通过串、并口或者USB接口连接到HOST SYSTEM 上。现在CAMERA市场上的摄像头基本以数字摄像头为主，而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的USB数字摄像头为主（独立），在手机上主要是直接通过IO (BTB,USB,MINI USB…) 与HOST SYSTEM 连接，经过HOST SYSTEM的编辑后以数字信号输出到DISPLAY 上显示。目前CAMERA 市场上主流的CAMERA 全部是DIGITAL CAMERA。
   模拟式
   模拟摄像头是将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存到SYSTEM MEMORY里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到HOST SYSTEM上运用，经过HOST SYSTEM 的编辑，通过DISPLAY显示和输出。
   CAMERA工作流程图

3. Camera 工作原理
   摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器
   表面上，然后转为电信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片（DSP ）中加工处理，再通过IO 接口传输到电脑中处理，通过DISPLAY就可以看到图像了。
   工作流程图
   

4. Camera 结构和组件
CCD结构
CCD结构一般分为三层：
结构一般分为三层：
第一层“LENS”
CAMERA 的成像关键在于SENSOR ，为了扩大CCD的采光率必须扩大单一象素的受光面积，在提高采光率的同时会导致画面质量下降。LENS 就是相当于在SENSOR 前面增加一副眼镜，SENSOR的采光率就不是由的采光率就不是由SENSOR 的开口面积决定而是由LENS的表面积决定。
第二层“ 分色滤色片”
目前分色滤色片有两种分色方法：
A. RGB 原色分色法，就是三原色分色法，几乎所有的人类眼睛可以识别的颜色都可以通过R.G.B来组成， RGB就是通过这三个通道的颜色调节而成。 B. CMYK 补色分色法，由四个通道的颜色配合而成，分别是青（C ）、洋红（M ）、黄（Y ）、黑（K），但是调节出来的颜色不如RGB的颜色多。
第三层“ 感光层（SENSOR ）
CCD 的第三层是SENSOR ，SENSOR主要是将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片（DSP），将影像还原。
名词解析：
LENS（镜头）
一般CAMERA 的镜头结构是有几片透镜组成，分有塑胶透镜（PLASTIC) 和玻璃透镜(GLASS)，通常CAMERA 用的镜头结构有：1P,2P,1G1P,1G3P,2G2P,4G等。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶透镜贵，但是玻璃透镜的成像效果比塑胶透镜的成像效果要好。
目前市场上针对MOBILE PHONE配置的CAMERA 以1G3P （1 片玻璃透镜和3片塑胶透镜组成）为主，目的是降低成本。
SENSOR（图象传感器）
图像传感器（SENSOR）是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。
前的SENSOR类型有两种： 类型有两种：
CCD （Charge Couple Device)，电荷耦合器件 ，电荷耦合器件
CMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体

5. CCD/CMOS的差异
   A. 总体比较 总体比较
   CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。
   CMOS 的优点是集成度高（将AADC与讯号处理器整合，可以大幅缩小体积）、功耗低、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。
   B. 成像效果
   在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。
   CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好。
   在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用 为感光元器件的产品中，通过采用 影像光源自动增益补强技术 ， 自动亮度、白平衡控制技术， 色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正 等先进的影像控制技术，完全可以达到与 等先进的影像控制技术，完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。
   C. 功耗比较 功耗比较
   CCD 功耗比较高，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需要高压差改善传输效果；另外由于CCD 无法ADC和讯号处理器，导致需要使用 和讯号处理器，导致需要使用3 ～4组电源。
   CMOS 功耗比较低，不到CCD 的1/3 ，CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前就将其放大，利用影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前就将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，只需要一组电源。