攝像頭工作原理：
攝像頭的工作原理大致為：景物通過(guò)鏡頭(LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)中加工處理，再通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過(guò)顯示器就可以看到圖像了。
注1：圖像傳感器(SENSOR)是一種半導(dǎo)體芯片，其表面包含有幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)的光電二極管。光電二極管受到光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電荷。
注2：數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通過(guò)一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并把處理后的信號(hào)通過(guò)USB等接口傳到PC等設(shè)備。
DSP結(jié)構(gòu)框架:
1. ISP(image signal processor)(鏡像信號(hào)處理器)
2. JPEG encoder(JPEG圖像解碼器)
3. USB device controller(USB設(shè)備控制器)
攝像頭的構(gòu)成主要包括主控芯片、感光芯片、鏡頭和電源。好的電源也是保證攝像頭工作的一個(gè)方面。
攝像頭鏡頭：五玻鏡頭是主流
這個(gè)問(wèn)題對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)已經(jīng)不算問(wèn)題了，筆者提出來(lái)也只是僅對(duì)小白而言。簡(jiǎn)單的說(shuō)鏡頭是由透鏡組成，攝像頭的鏡頭一般是由玻璃鏡片或者塑料鏡片組成的。玻璃鏡頭能獲得比塑料鏡頭更清晰的影像。這是因?yàn)楣饩€穿過(guò)普通玻璃鏡片通常只有5%～9%的光損失，而塑料鏡片的光損失高達(dá)11%～20%。有些鏡頭還采用了多層光學(xué)鍍膜技術(shù)，有效減少了光的折射并過(guò)濾雜波，提高了通光率，從而獲得更清晰影像。
然而，現(xiàn)在很多小廠，為了節(jié)約成本、追求高利潤(rùn)，往往減少鏡片的數(shù)量，或者使用廉價(jià)的塑料鏡頭。雖然這些產(chǎn)品在價(jià)格上便宜不少，看上去很有吸引力，但實(shí)際的成像效果卻實(shí)在是令人無(wú)法恭維?，F(xiàn)在市面上大多數(shù)攝像頭采用的都是五玻鏡頭，但是不乏少數(shù)商家將塑料鏡頭說(shuō)成五玻鏡頭的。因此消費(fèi)者在選購(gòu)一些雜牌攝像頭時(shí)，一定要詳細(xì)試用一下，謹(jǐn)防上當(dāng)受騙。
另外，鏡頭還有一個(gè)重要的參數(shù)那就是光圈，通過(guò)調(diào)整光圈可以控制通過(guò)鏡頭到達(dá)傳感器的光線的多少，除了控制通光量，光圈還具有控制景深的功能，即光圈越大，則景深越小。
攝像頭感光器件：CCD一定比CMOS好嗎？
在選擇攝像頭時(shí)，鏡頭是很重要的。按感光器件類別來(lái)分，現(xiàn)在市場(chǎng)上攝像頭使用的鏡頭大多為CCD和CMOS兩種，其中CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合組件）因?yàn)閮r(jià)格較高更多是應(yīng)用在攝像、圖象掃描方面的高端技術(shù)組件，CMOS（Complementary Metal－Oxide Semiconductor，附加金屬氧化物半導(dǎo)體組件）則大多應(yīng)用在一些低端視頻產(chǎn)品中。
感光器件是攝像頭主要的技術(shù)核心，它的原理基本上與DC、DV一致。對(duì)于CCD和CMOS兩種鏡頭而言，不少人可能會(huì)因?yàn)镃CD比較昂貴而認(rèn)為用CCD的攝像頭一定比用CMOS的攝像頭好，其實(shí)這樣的想法是不對(duì)的！這只不過(guò)是廠商的賣點(diǎn)罷了，事實(shí)上，二者各有優(yōu)點(diǎn)：
CCD的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。
CMOS的優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。
目前，市場(chǎng)銷售的數(shù)碼攝像頭中，基本是采用的CMOS的攝像頭。在采用CMOS為感光元器件的產(chǎn)品中，通過(guò)采用影像光源自動(dòng)增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動(dòng)亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對(duì)比度、邊緣增強(qiáng)以及伽馬矯正等先進(jìn)的影像控制技術(shù)，完全可以達(dá)到與CCD攝像頭相媲美的效果。受市場(chǎng)情況及市場(chǎng)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(shù)不多，主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。
所以，大家在購(gòu)買攝像頭時(shí)，不要盲目聽(tīng)信商家的介紹，使用COMS的攝像頭并不比CCD的差，我們沒(méi)必要過(guò)多的在這上面花功夫。
攝像頭芯片：進(jìn)入免驅(qū)時(shí)代
現(xiàn)在主流攝像頭基本上都已采用了免驅(qū)的芯片，好的會(huì)采用中星微等知名廠家推出的免驅(qū)芯片；而一些劣質(zhì)產(chǎn)品可能會(huì)采用一些劣質(zhì)芯片以達(dá)到其低價(jià)的效果，雖然價(jià)格是低了，但是質(zhì)量就難以得到保障了。
攝像頭像素：插值像素是騙子？
攝像頭像素值是區(qū)分一款攝像頭好壞的重要因素，最早期的數(shù)碼攝像頭基本都是10萬(wàn)像素的產(chǎn)品，后來(lái)發(fā)展到了30萬(wàn)左右，現(xiàn)在市面主流產(chǎn)品已在100萬(wàn)像素以上，在這么大像素的支持下，攝像頭拍照時(shí)可以拍取更大分辨率（如1024x768等）的照片，使攝像頭拍照功能更加實(shí)用。
“這是多少萬(wàn)像素的？”，相信絕大多數(shù)朋友選購(gòu)攝像頭時(shí)問(wèn)得最多的一句話就是這個(gè)了。也正因?yàn)槿绱?，有一些廠商和商家抓住消費(fèi)者的這個(gè)心里，在攝像頭像素這方面大做文章！
面對(duì)這些人大吹攝像頭像素如何如何高，畫面如何如何清晰這種情況。你是否能保持冷靜的頭腦？你是否對(duì)像素與圖像清晰度高低的關(guān)系有足夠的認(rèn)識(shí)呢？接下來(lái)筆者就像素和圖像清晰度這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了分析。
在攝像頭參數(shù)里，像素到底扮演了怎么樣的一個(gè)角色呢？是否像素越高圖像就越清晰呢？其實(shí)并非如此，我們知道，影像傳感器上有許多感光單元，每一個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，像素越多，生成的圖像也就越大。
在市場(chǎng)上很多攝像頭像素可能都是硬件本身只支持30萬(wàn)或者35萬(wàn)像素，而有的商家往往會(huì)說(shuō)自己的產(chǎn)品可以插值達(dá)到130萬(wàn)或者500萬(wàn)等像素，這又是怎么一回事呢？30萬(wàn)像素的攝像頭突然通過(guò)插值變成上百萬(wàn)像素的攝像頭，是不是圖像質(zhì)量就上去了呢？
其實(shí)，這些攝像頭像素是通過(guò)軟件插值提高的。舉例的話，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將640X480的圖片拉大到1024X768，然后再利用軟件計(jì)算圖片分辨率點(diǎn)之間的色彩區(qū)別，把中間拉大的部分填入軟件計(jì)算的顏色。這樣做雖然輸出的圖片大了，但是圖像的質(zhì)量并沒(méi)有得到真正有效的提高，甚至還有可能出現(xiàn)嚴(yán)重失真。
所以，大家在選購(gòu)攝像頭時(shí)一定要牢記：攝像頭像素的高低與圖像的清晰度是沒(méi)有絕對(duì)關(guān)系的。特別是對(duì)于那些通過(guò)軟件插值而高達(dá)幾百甚至幾千萬(wàn)像素的攝像頭來(lái)說(shuō)，實(shí)際效果很有可能與幾十萬(wàn)像素的差不多?？偟膩?lái)說(shuō)，圖像是否清晰，光看像素可是不行的，它還與鏡頭材質(zhì)、軟件處理等其它各方面息息相關(guān)。
攝像頭的一些技術(shù)指標(biāo)
1、 圖像解析度/分辨率(Resolution)：
SXGA(1280 x1024)又稱130萬(wàn)像素
XGA(1024 x768)又稱80萬(wàn)像素
SVGA(800 x600)又稱50萬(wàn)像素
VGA(640x480)又稱30萬(wàn)像素(35萬(wàn)是指648X488)
CIF(352x288) 又稱10萬(wàn)像素
SIF/QVGA(320x240)
QCIF(176x144)
QSIF/QQVGA(160x120)
2、圖像格式(image Format/ Color space)
RGB24,I420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(xiàn)256級(jí)濃淡，從而可以再現(xiàn)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(dòng)白平衡調(diào)整(AWB)
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)也是白色的。色溫表示光譜成份，光的顏色。色溫低表示長(zhǎng)波光成分多。當(dāng)色溫改變時(shí)，光源中三基色(紅、綠、藍(lán))的比例會(huì)發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來(lái)達(dá)到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實(shí)際。
4、圖像壓縮方式
JPEG：(joint photographic expert group)靜態(tài)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(zhì)量也就越差。當(dāng)圖像精度要求不高存儲(chǔ)空間有限時(shí)，可以選擇這種格式。目前大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)都使用JPEG格式。
5、彩色深度(色彩位數(shù))
反映對(duì)色彩的識(shí)別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，實(shí)際就是A/D轉(zhuǎn)換器的量化精度，是指將信號(hào)分成多少個(gè)等級(jí)。常用色彩位數(shù)(bit)表示。彩色深度越高，獲得的影像色彩就越艷麗動(dòng)人。
6、圖像噪音
指的是圖像中的雜點(diǎn)干撓。表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點(diǎn)。
7、視角
與人的眼睛成像是相成原理，簡(jiǎn)單說(shuō)就是成像范圍。
視頻捕獲速度
視頻捕獲能力是用戶最為關(guān)心的功能之一，很多廠家都聲稱能達(dá)到30幀/秒的視頻捕獲能力，但實(shí)際使用時(shí)并不能盡如人意。視頻捕獲對(duì)電腦的要求比較高，如CPU的處理能力要足夠的快等。其次對(duì)畫面要求大小和清晰度的不同，捕獲能力也不盡相同。對(duì)于很多廠商宣傳的視頻捕獲速度，只是一種理論指標(biāo)。用戶應(yīng)根據(jù)自己的切實(shí)需要，選擇合適的產(chǎn)品以達(dá)到預(yù)期的效果。
攝像頭又稱視頻頭。
攝像頭主要有鏡頭、CCD圖像傳感器、預(yù)中放、AGC、A/D、同步信號(hào)發(fā)生器、CCD驅(qū)動(dòng)器、圖像信號(hào)形成電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和電源的電路構(gòu)成。攝像頭的主要圖像傳感部件是CCD（Charge Coupled Device），即電荷耦合器件，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)、抗磁場(chǎng)、體積小、無(wú)殘影等特點(diǎn)，CCD是電耦合器件（Charge Couple Device）的簡(jiǎn)稱，它能夠?qū)⒐饩€變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛?chǔ)存及轉(zhuǎn)移，也可將儲(chǔ)存之電荷取出使電壓發(fā)生變化，因此是理想的攝像元件，是代替攝像管傳感器的新型器件。
攝像頭的工作原理是：被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)中放電路放大、AGC自動(dòng)增益控制，于由圖像處理芯片處理的是數(shù)字信號(hào)，所以經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換到圖像數(shù)字信號(hào)處理IC（DSP）。同步信號(hào)發(fā)生器主要產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)（由晶體振蕩電路來(lái)完成），即產(chǎn)生垂直和水平的掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)，到圖像處理IC。然后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過(guò)輸出端子輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號(hào)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)同家用的錄像機(jī)、VCD機(jī)、家用攝像機(jī)的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機(jī)上觀看。圖像數(shù)字信號(hào)處理主是有SONIX(松翰)和VIMICRO（中星微）等。
圖像傳感器(SENSOR)：是一種半導(dǎo)體芯片，其表面包含有幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)的光電二極管。光電二極管受到光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電荷。目前市場(chǎng)上主流攝像頭使用的感光元件主要是CCD和CMOS兩種。它們的作用相當(dāng)于傳統(tǒng)相機(jī)中的底片。CCD的分辨率高，色彩還原逼真，已經(jīng)成為百萬(wàn)像素級(jí)的數(shù)碼攝影器材里的主角，但是其價(jià)格昂貴；與CCD相比，CMOS具有節(jié)能及成本低等特點(diǎn)。而且在百萬(wàn)像素內(nèi)CMOS的感光效果完全可以和CCD媲美，因而攝像頭幾乎全都采用CMOS作為感光元件。目前市場(chǎng)上的攝像頭產(chǎn)品采用的CMOS品牌較多，主要有MICRON，HYNIX， CISENSOR， TASC等等前四家的市場(chǎng)占有率接近100%。
CCD可分為線陣CCD、三線CCD、面陣CCD和交織傳輸CCD。攝像頭采用是面陣CCD圖像傳感器。CCD芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。目前我國(guó)尚無(wú)能力制造，市場(chǎng)上大部分?jǐn)z像頭采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生產(chǎn)的芯片，現(xiàn)在韓國(guó)也有能力生產(chǎn)，但質(zhì)量就要稍遜一籌。因?yàn)樾酒a(chǎn)時(shí)產(chǎn)生不同等級(jí)，各廠家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在購(gòu)買時(shí)，可以采取如下方法檢測(cè)：接通電源，連接視頻電纜到監(jiān)視器，關(guān)閉鏡頭光圈，看圖像全黑時(shí)是否有亮點(diǎn)，屏幕上雪花大不大，這些是檢測(cè)CCD芯片最簡(jiǎn)單直接的方法，而且不需要其它專用儀器。然后可以打開(kāi)光圈，看一個(gè)靜物，如果是彩色攝像頭，最好攝取一個(gè)色彩鮮艷的物體，查看監(jiān)視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來(lái)清晰自然；而殘次品的圖像就會(huì)有偏色現(xiàn)象，即使面對(duì)一張白紙，圖像也會(huì)顯示藍(lán)色或紅色。個(gè)別CCD由于生產(chǎn)車間的灰塵，CCD靶面上會(huì)有雜質(zhì)，在一般情況下，雜質(zhì)不會(huì)影響圖像，但在弱光或顯微攝像時(shí)，細(xì)小的灰塵也會(huì)造成不良的后果。攝像頭的分類如下：
1、依成像色彩劃分 彩色攝像機(jī)：適用于景物細(xì)部辨別，如辨別衣著或景物的顏色。黑白攝像機(jī)：適用于光線不充足地區(qū)及夜間無(wú)法安裝照明設(shè)備的地區(qū)，在僅監(jiān)視景物的位置或移動(dòng)時(shí)，可選用黑白攝像機(jī)。
2、依分辨率靈敏度等劃分 影像像素在38萬(wàn)以下的為一般型，其中尤以25萬(wàn)像素（512*492）、分辨率為400線的產(chǎn)品最普遍。 影像像素在38萬(wàn)以上的高分辨率型。
3、按CCD靶面大小劃分 CCD芯片已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種尺寸： 目前采用的芯片大多數(shù)為1/3"和1/4"。在購(gòu)買攝像頭時(shí)，特別是對(duì)攝像角度有比較嚴(yán)格要求的時(shí)候，CCD靶面的大小，CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場(chǎng)角的大小和圖像的清晰度。1英寸--靶面尺寸為寬
4、按掃描制式劃分 PAL制。 NTSC制。 中國(guó)采用隔行掃描（PAL）制式（黑白為CCIR），標(biāo)準(zhǔn)為625行，50場(chǎng)，只有醫(yī)療或其它專業(yè)領(lǐng)域才用到一些非標(biāo)準(zhǔn)制式。另外，日本為NTSC制式，525行，60場(chǎng)（黑白為EIA）。
5、按照度劃分，CCD又分為：
普通型 正常工作所需照度1~3LUX
月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下
紅外型 采用紅外燈照明，在沒(méi)有光線的情況下也可以成像
6、按外觀分：有機(jī)板型、針孔型、半球型。
CCD彩色攝像頭的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）CCD尺寸，亦即攝像機(jī)靶面。原多為1/2英寸，現(xiàn)在1/3英寸的已
普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
（2）CCD像素，是CCD的主要性能指標(biāo)，它決定了顯示圖像的清晰程度，
分辨率越高，圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)越好。CCD是由面陣感光元素組成，每一個(gè)元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰。現(xiàn)在市場(chǎng)上大多以25萬(wàn)和38萬(wàn)像素為劃界，38萬(wàn)像素以上者為高清晰度攝像機(jī)。
（3）水平分辨率。彩色攝像機(jī)的典型分辨率是在320到500電視線之間，主要有330線、380線、420線、460線、500線等不同檔次。 分辨率是用電視線（簡(jiǎn)稱線TV LINES）來(lái)表示的，彩色攝像頭的分辨率在330~500線之間。分辨率與CCD和鏡頭有關(guān)，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通常規(guī)律是1MHz的頻帶寬度相當(dāng)于清晰度為80線。 頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對(duì)越大。
（4）最小照度，也稱為靈敏度。是CCD對(duì)環(huán)境光線的敏感程度，或者說(shuō)是CCD正常成像時(shí)所需要的最暗光線。照度的單位是勒克斯（LUX），數(shù)值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。月光級(jí)和星光級(jí)等高增感度攝像機(jī)可工作在很暗條件，2~3lux屬一般照度，現(xiàn)在也有低于1lux的普通攝像機(jī)問(wèn)世。
（5）掃描制式。有PAL制和NTSC制之分。
（6）信噪比。典型值為46db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。
（7）視頻輸出。多為1Vp-p、75Ω。
（8）鏡頭安裝方式。有C和CS方式，二者間不同之處在于感光距離不同。
（9）攝像頭的像素：SXGA (1280 x1024)又稱130萬(wàn)像素，XGA(1024 x768)又稱80萬(wàn)像素，SVGA(800 x600)又稱50萬(wàn)像素，VGA(640x480)又稱30萬(wàn)像素(35萬(wàn)是指648X488)，CIF(352x288) 又稱10萬(wàn)像素，SIF/QVGA(320x240)。
總結(jié)：總的來(lái)說(shuō)，攝像頭像素就如同現(xiàn)在的國(guó)足，基本上讓人不可信。我們到處可以看到高達(dá)幾百萬(wàn)像素的攝像頭產(chǎn)品，但是用起來(lái)的時(shí)候就是覺(jué)得效果不怎么樣。面對(duì)現(xiàn)在的攝像頭市場(chǎng)，我們暫時(shí)無(wú)能為力。最后還是回到國(guó)足與攝像頭上：國(guó)足，不可信，有時(shí)候卻不得不看；攝像頭像素，更不可信，有時(shí)候卻又不得不買！總之，睜大自己的眼睛，認(rèn)真理性選購(gòu)才是目前最好的選擇。
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