攝像頭的工作原理

攝像頭的工作原理

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(huà)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(mǎi)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(zhuān)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(chē)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(lèi)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(mǎi)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12.7mm*高9.6mm，對(duì)角線16mm。 2/3英寸--靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對(duì)角線11mm。 1/2英寸--靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對(duì)角線8mm。 1/3英寸--靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對(duì)角線6mm。 1/4英寸--靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對(duì)角線4mm。
??? 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(zhuān)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?，F(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)。