攝像頭模組知識(shí)介紹

1、 攝像頭（攝像頭（CAMERACAMERA）又稱為電腦相機(jī)、電腦眼等，它作為一又稱為電腦相機(jī)、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設(shè)備，在過(guò)去被廣泛的運(yùn)用于視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療及種視頻輸入設(shè)備，在過(guò)去被廣泛的運(yùn)用于視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jià)格降到普通人可以承受的水平。現(xiàn)在，使得它的價(jià)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(jìn)感光成像技，這樣也促進(jìn)感光成像技術(shù)的進(jìn)一步提高，例如術(shù)的進(jìn)一步提高，例如500500萬(wàn)像素、萬(wàn)像素、800800萬(wàn)像素、萬(wàn)像素、10001000萬(wàn)等。萬(wàn)等。全球第一款內(nèi)置攝像頭的手機(jī)全球第一款內(nèi)置攝像頭的手機(jī) 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(rèn)-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(jī)攝像頭的手機(jī) 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?jǐn)?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(jī)攝像模組、手機(jī)攝像模組(

4、Cellphone Camara Module)(Cellphone Camara Module) 數(shù)字?jǐn)z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?jǐn)z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(guò)串、并口或者通過(guò)串、并口或者USBUSB接口連接到接口連接到HOST SYSTEMHOST SYSTEM上。現(xiàn)在上?，F(xiàn)在CAMERACAMERA市場(chǎng)上的市場(chǎng)上的攝像頭基本以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z像頭中又以使用新型數(shù)據(jù)傳輸攝像頭基本以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z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?jǐn)z像頭為主（獨(dú)立），在手機(jī)上主要是直接通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像頭為主（獨(dú)立），在手機(jī)

5、上主要是直接通過(guò)IO(BTB, IO(BTB, USB, MINI USB)USB, MINI USB)與與HOST SYSTEMHOST SYSTEM連接，經(jīng)過(guò)連接，經(jīng)過(guò)HOST SYSTEMHOST SYSTEM的編輯后以數(shù)的編輯后以數(shù)字信號(hào)輸出到字信號(hào)輸出到DISPLAYDISPLAY上顯示。目前上顯示。目前CAMERACAMERA市場(chǎng)上主流的市場(chǎng)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)模擬攝像頭是將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而將其儲(chǔ)存到，進(jìn)而將

6、其儲(chǔ)存到SYSTEM MEMORY SYSTEM MEMORY 里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號(hào)必里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號(hào)必須經(jīng)過(guò)特定的視頻捕捉卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才須經(jīng)過(guò)特定的視頻捕捉卡將模擬信號(hào)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(yùn)用，經(jīng)過(guò)上運(yùn)用，經(jīng)過(guò)HOST SYSTEMHOST SYSTEM的編輯，通過(guò)的編輯，通過(guò)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(hào)處理（）、數(shù)字信號(hào)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(méi)有集成，有些是沒(méi)有集成DSP，沒(méi)有集成，沒(méi)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(guò)外部光線穿過(guò)Lens后，經(jīng)過(guò)后，經(jīng)過(guò)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(guò)來(lái)的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)內(nèi)部的上傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。如果換為數(shù)字信號(hào)。如果Sensor沒(méi)有集成沒(méi)有集成DSP，則通過(guò)，則通過(guò)DVP的方

8、式傳輸?shù)降姆绞絺鬏數(shù)絙aseband，此時(shí)的數(shù)據(jù)格式是，此時(shí)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(guò)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(diǎn)的距離。視場(chǎng)角：視場(chǎng)角：View Angle (Field O

9、f View) 一般用表示半視角。定義：入瞳中心對(duì)物的張角或出瞳中心對(duì)像的張角。光圈（相對(duì)孔徑）光圈（相對(duì)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(shí)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(jì)中，通常用q來(lái)表示，一般采用百分比形式。相對(duì)照度：相對(duì)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(tái)灣、日本和韓國(guó)，鏡頭這種光學(xué)技術(shù)含量最頭廠家主要集中在臺(tái)灣、日本和韓國(guó)，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(jìn)入此領(lǐng)域，臺(tái)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(jìn)入此領(lǐng)域，臺(tái)灣企業(yè)更是成本優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)占有率超過(guò)成本優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)占有率超過(guò)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(wàn)像素萬(wàn)像素OV3610OV3610：1/41/4英寸、英寸、300300萬(wàn)像素萬(wàn)像素 目前國(guó)內(nèi)及全球目前國(guó)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(gè)參數(shù)，通常用像素來(lái)分辨率是用于度量位圖圖像內(nèi)數(shù)據(jù)量多少的一個(gè)參數(shù)，通常用像素來(lái)表示。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(jiǎn)單地說(shuō)，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?cái)?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?cái)?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?cái)?shù)。的大小，即攝像頭的最高像素?cái)?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(diǎn)數(shù)，點(diǎn)數(shù)，“768”768”表示垂直方向的點(diǎn)數(shù)。表示垂直方向的點(diǎn)數(shù)。 “像素像素”是相機(jī)感光器件上的感光最小單位。就像是光學(xué)相機(jī)的感光膠片的是相機(jī)感光器件上的感光最小單位。就像是光學(xué)相機(jī)的感光膠片的銀粒一樣，記憶在數(shù)碼相機(jī)的銀粒一樣，記憶在數(shù)碼相機(jī)的“膠片膠片”（存儲(chǔ)卡）上的感光點(diǎn)就是像素；要想得（存儲(chǔ)卡）上的感光點(diǎn)就是像素；要想得到分辨率高（也就是細(xì)膩的照片），就必須保證有一定的像素?cái)?shù)；到分辨率高（也就是細(xì)膩的照片），就必須保證有一定的像素?cái)?shù)； 照片的清晰度不是取決于像素?cái)?shù)，而是取決于像素的照片的清晰度不是取決于像素?cái)?shù)，而是取決于像素的“點(diǎn)密度點(diǎn)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?cái)?shù)像素?cái)?shù)”和和“點(diǎn)密度點(diǎn)密度”是是兩個(gè)概念，兩個(gè)概念，“像素?cái)?shù)像素?cái)?shù)”（點(diǎn)數(shù)）是感光點(diǎn)的總量，而（點(diǎn)數(shù)）是感光點(diǎn)的總量，而“點(diǎn)密度點(diǎn)密度”是單位面積上的是單位面積上的點(diǎn)數(shù)（像素點(diǎn)），只有單位面積上的感光點(diǎn)數(shù)越多，拍出的照片才越細(xì)膩。所以點(diǎn)數(shù)（像素點(diǎn)），只有單位面積上的感光點(diǎn)數(shù)越多，拍出的照片才越細(xì)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(diǎn)密度點(diǎn)密度”（圖片分辨率），而非總的點(diǎn)數(shù)。（圖片分辨率），而非總的點(diǎn)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(gè)變量來(lái)表示紅色、綠色采用這種編碼方法，每種顏色都可用三個(gè)變量來(lái)表示紅色、綠色以及藍(lán)色的強(qiáng)度。每一個(gè)像素有三原色以及藍(lán)色的強(qiáng)度。每一個(gè)像素有三原色R R紅色、紅色、G G綠色、綠色、B B藍(lán)色組成。常用格式：藍(lán)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)的電平高低的原始在將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)的電平高低的原始記錄，單純地將沒(méi)有進(jìn)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(méi)有進(jìn)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(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理而得到的。號(hào)進(jìn)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(zhǎng)波光成分多。當(dāng)色溫改表示光譜成份，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。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。 如中午時(shí)分拍照，到了夕陽(yáng)時(shí)候拍照的兩種色調(diào)是不一樣的，此時(shí)便需如中午時(shí)分拍照，到了夕陽(yáng)時(shí)候拍照的兩

18、種色調(diào)是不一樣的，此時(shí)便需要利用白平衡功能來(lái)做修正要利用白平衡功能來(lái)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(zhǔn)確的還原。其他的顏色也要求準(zhǔn)確的還原。應(yīng)用：應(yīng)用：場(chǎng)景模式場(chǎng)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(jī)上，多數(shù)都采用數(shù)碼變焦。手機(jī)上，多數(shù)都采用數(shù)碼變焦。 數(shù)碼變焦是通過(guò)攝像頭模組內(nèi)部的處理器，原來(lái)數(shù)碼變焦是通過(guò)攝像頭模組內(nèi)部的處理器，原來(lái)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(gè)畫面，從而達(dá)到放大目的。這種處理手段將畫面放大到整個(gè)畫面，從而達(dá)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(méi)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(méi)有變化，圖像質(zhì)量是相對(duì)于正常情況下較差。因此，數(shù)字變焦并沒(méi)有太大的實(shí)際意義是相對(duì)于正常情況下較差。因此，數(shù)字變焦并沒(méi)有太大的實(shí)際意義 光學(xué)變焦是通過(guò)鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。光學(xué)變焦是通過(guò)鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，視角和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，視角和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變

20、得更清晰，讓人感覺(jué)像物體遞進(jìn)的感覺(jué)。得更清晰，讓人感覺(jué)像物體遞進(jìn)的感覺(jué)。 反映對(duì)色彩的識(shí)別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，即用多少位的二進(jìn)制數(shù)反映對(duì)色彩的識(shí)別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，即用多少位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)記錄三種原色；字來(lái)記錄三種原色； 非專業(yè)相機(jī)的非專業(yè)相機(jī)的Sensor一般是一般是24位，專業(yè)型相機(jī)的位，專業(yè)型相機(jī)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(jí)，每一種原級(jí)，每一種原色用一個(gè)色用一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)記錄，最多記錄的色彩是位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)記錄，最多記錄的色彩是256256256約約

21、1677萬(wàn)種；萬(wàn)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(jí)，每一種級(jí)，每一種原色用一個(gè)原色用一個(gè)12 位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)記錄，最多記錄的色彩是位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)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(lái)描述拍照（特別是白色畫面）的均勻性，行業(yè)內(nèi)稱為：來(lái)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(duì)于對(duì)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(shì)：優(yōu)勢(shì)： 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(jìn)光量會(huì)感光元件中，感光二極管位于電路晶體管后方，進(jìn)光量會(huì)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(jìn)入感光二極將它掉轉(zhuǎn)方向，讓光線首先進(jìn)入感光二