攝像頭模組知識介紹

關(guān)于攝像頭模組知識介紹目錄二、結(jié)構(gòu)及工作原理一、攝像頭模組簡介三、關(guān)鍵組件介紹四、技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)術(shù)語五、技術(shù)發(fā)展第2頁,共36頁，2024年2月25日，星期天一攝像頭模組簡介第3頁,共36頁，2024年2月25日，星期天概念

攝像頭（CAMERA）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(yuǎn)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，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，CAMERA被廣泛應(yīng)用于mobilephone、PDA及TabletPC，這樣也促進(jìn)感光成像技術(shù)的進(jìn)一步提高，例如500萬像素、800萬像素、1000萬等。第4頁,共36頁，2024年2月25日，星期天發(fā)展及應(yīng)用全球第一款內(nèi)置攝像頭的手機—分辨率:90×130像素：10WSensor：CCD2000年9月

夏普J(rèn)-SH04第5頁,共36頁，2024年2月25日，星期天發(fā)展及應(yīng)用全球第一款內(nèi)置1000攝像頭的手機—像素：1000WSensor：CCD變焦：3X光學(xué)和5X數(shù)字2006年三星SCH-B600第6頁,共36頁，2024年2月25日，星期天公司采用攝像頭模組的產(chǎn)品—PDA分辨率:2048×1536像素：300WSensor：CMOS發(fā)展及應(yīng)用第7頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1、緊湊攝像模組(CompactCamaraModule)2、CMOS攝像模組(CmosCamaraModule)3、手機攝像模組(CellphoneCamaraModule)CCM定義第8頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

CCM外觀第9頁,共36頁，2024年2月25日，星期天分類Digitalcamera數(shù)字式

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，然后通過串、并口或者USB接口連接到HOSTSYSTEM上。現(xiàn)在CAMERA市場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)傳輸接口的USB數(shù)字?jǐn)z像頭為主（獨立），在手機上主要是直接通過IO(BTB,USB,MINIUSB…)與HOSTSYSTEM連接，經(jīng)過HOSTSYSTEM的編輯后以數(shù)字信號輸出到DISPLAY上顯示。目前CAMERA市場上主流的CAMERA全部是DIGITALCAMERA。Simulantcamera模擬式

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(jìn)而將其儲存到SYSTEMMEMORY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，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到HOSTSYSTEM上運用，經(jīng)過HOSTSYSTEM的編輯，通過DISPLAY顯示和輸出。第10頁,共36頁，2024年2月25日，星期天二結(jié)構(gòu)及工作原理第11頁,共36頁，2024年2月25日，星期天CCM主要組成部分

CCM主要的組成部分由:鏡頭(Lens)，紅外濾光片（IRFilter），圖像傳感器（SensorIC）、數(shù)字信號處理（DSP）及軟板（FPC），其中有些SensorIC是集成了DSP，有些是沒有集成DSP，沒有集成DSP的module需要外部外掛DSP。第12頁,共36頁，2024年2月25日，星期天Sensor內(nèi)部工作原理

外部光線穿過Lens后，經(jīng)過IRFilter濾波后照射到Sensor面上，Sensor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A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。如果Sensor沒有集成DSP，則通過DVP的方式傳輸?shù)絙aseband，此時的數(shù)據(jù)格式是RAWRGB。第13頁,共36頁，2024年2月25日，星期天OV3640結(jié)構(gòu)圖

OV3640集成了DSP，則RAWDATA數(shù)據(jù)經(jīng)過AWB、ColorMatrix、LensShading、Gamma、Sharpness、AE和De-noise處理，后輸出YUV或者RGB格式的數(shù)據(jù)。第14頁,共36頁，2024年2月25日，星期天DVP傳輸方式介紹DVP(DigitalVideoPort)分為三個部分：1）輸出總線；2）輸入總線；3）電源總線。第15頁,共36頁，2024年2月25日，星期天DataPathofImagesinOMAPISPISP第16頁,共36頁，2024年2月25日，星期天三關(guān)鍵組件介紹第17頁,共36頁，2024年2月25日，星期天Lens（鏡頭）

一般CAMERA的鏡頭結(jié)構(gòu)是有幾片透鏡組成，分有塑膠透鏡（PLASTIC)和玻璃透鏡(GLASS)，通常CAMERA用的鏡頭結(jié)構(gòu)有：1P。2P，1G1P，1G3P，2G2P，4G等。透鏡越多，成本越高；玻璃透鏡比塑膠透鏡貴，但是玻璃透鏡的成像效果比塑膠透鏡的成像效果要好。目前市場上針對MobilePhone配置的CAMERA以1G3P（1片玻璃透鏡和3片塑膠透鏡組成）為主，目的是降低成本。第18頁,共36頁，2024年2月25日，星期天Lens（鏡頭）作用：將影像捕捉后呈現(xiàn)在圖像感光器上焦距：EFL(EffectiveFocalLength)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：ViewAngle(FieldOfView)一般用ω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）定義：焦距與入瞳直徑之比，一般用F或F/NO表示?；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：RelativeIlluminance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(jìn)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65%。第19頁,共36頁，2024年2月25日，星期天紅外濾光片（IRFilter）紅外濾光片：消除投射到Sensor上不必要的光線，防止Sensor產(chǎn)生偽色/波紋，以提高其有效分辨率和彩色還原性。

RGB原色分色法:就是三原色分色法，幾乎所有的人類眼睛可以識別的顏色都可以通過R.G.B來組成，RGB就是通過這三個通道的顏色調(diào)節(jié)而成。

CMYK補色分色法:由四個通道的顏色配合而成，分別是青（C）、洋紅（M）、黃（Y）、黑（K），但是調(diào)節(jié)出來的顏色不如RGB的顏色多。第20頁,共36頁，2024年2月25日，星期天SensorIC在攝像頭模組的主要組件中，最重要的個人認(rèn)為就是圖像傳感器了，因為感光器件對成像質(zhì)量的重要性不言而喻。Sensor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DA轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由于Sensor的每個pixel只能感光R光、B光或G光，因此每個像素此時存貯的是單色的，我們稱之為RAWDATA數(shù)據(jù)。要想將每個像素的RAWDATA數(shù)據(jù)還原成三基色，就需要ISP來處理。種類：CCD（ChargeCoupleDevice）:電荷耦合器件CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）:互補金屬氧化物半導(dǎo)體第21頁,共36頁，2024年2月25日，星期天SensorICCCD、CMOS比較SonyICX452：1/1.8英寸、513萬像素OV3610：1/4英寸、300萬像素第22頁,共36頁，2024年2月25日，星期天SensorICCCD傳感器模塊日本廠商主導(dǎo)、CMOS傳感器模組美國、韓國廠商主導(dǎo)。目前國內(nèi)及全球Sensor的使用情況

全球CCD模組市場有超過90％的市場份額由日本廠商壟斷而且多用于數(shù)碼相機和日本本土的手機攝像頭，且索尼、松下、夏普為市場龍頭。CMOS

傳感器模組由美商OmniVision（豪威）、Agilent（安捷倫）、Micron（美光）為龍頭，韓國三星、現(xiàn)代、臺灣原相、銳相為中堅，掌握著全球CMOS傳感器模組市場。目前在國內(nèi)還是OmniVision（簡稱OV）一統(tǒng)天下，其余Sensor相互并存的局面，OV目前占了國內(nèi)整個市場的85%以上。第23頁,共36頁，2024年2月25日，星期天數(shù)字信號處理芯片DSPDSP（DigitalSignalProcessing）通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運算，對數(shù)字圖像信號參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理（RGB/YUV→JPEG），并把處理后的信號傳到存儲或顯示部件。DSP結(jié)構(gòu)框架:(1).ISP（imagesignalprocessor）（鏡像信號處理器）(2).JPEGencoder（JPEG圖像解碼器）第24頁,共36頁，2024年2月25日，星期天常見的連接方式金手指(ZIF)連接連接器(Connector)連接插座(Socket)連接第25頁,共36頁，2024年2月25日，星期天四技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)術(shù)語第26頁,共36頁，2024年2月25日，星期天分辨率（Resolution）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)。500W像素：QSXGA（2592x1944）300W像素：QXGA（2048x1536）130W像素：SXGA(1280x1024)80W像素：XGA(1024x768)50W像素：SVGA(800x600)30W像素：VGA(640x480)10W像素：CIF(352x288)分辨率以乘法形式表示，如1024x768，“1024”表示屏幕上水平方向顯示的點數(shù)，“768”表示垂直方向的點數(shù)。第27頁,共36頁，2024年2月25日，星期天像素（Pixels）

“像素”是相機感光器件上的感光最小單位。就像是光學(xué)相機的感光膠片的銀粒一樣，記憶在數(shù)碼相機的“膠片”（存儲卡）上的感光點就是像素；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“點密度”（就是圖片的分辨率）（用ppi表示，單位是“像素/英寸”），“像素數(shù)”和“點密度”是兩個概念，“像素數(shù)”（點數(shù)）是感光點的總量，而“點密度”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(xì)膩。所以，反映照片清晰程度的參數(shù)是“點密度”（圖片分辨率），而非總的點數(shù)。第28頁,共36頁，2024年2月25日，星期天圖像格式(imageFormat/Colorspace)RGB格式:

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(lán)色的強度。每一個像素有三原色R紅色、G綠色、B藍(lán)色組成。常用格式：RGB24，RGB444，RGB565等。YUV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PAL。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，就是灰階值；而“U”和“V”表示色度(Chrominance或Chroma)，是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。常用格式：YUV422，YUV420等。RAWDATA格式:

是CCD或CMOS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(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進(jìn)行數(shù)字化處理而得到的。第29頁,共36頁，2024年2月25日，星期天白平衡處理技術(shù)（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。色溫低表示長波光成分多。當(dāng)色溫改變時，光源中三基色（紅、綠、藍(lán)）的比例會發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來達(dá)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，其他的顏色也要求準(zhǔn)確的還原。應(yīng)用：場景模式第30頁,共36頁，2024年2月25日，星期天變焦（ZOOM）變焦分兩種，一種是數(shù)字變焦（DigitalZoom）；一種是光學(xué)變焦（OpticalZoom）。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sensor上的一部份像素使用“插值”處理手段將畫面放大到整個畫面，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

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(dāng)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(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺像物體遞進(jìn)的感覺。第31頁,共36頁，2024年2月25日，星期天彩色深度（色彩位數(shù)，BitDepth）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(jìn)制數(shù)字來記錄三種原色；非專業(yè)相機的Sensor一般是24位，專業(yè)型相機的Sensor至少是36位的；

24位的Sensor，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^8=256級，每一種原色用一個8位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是256×256×256約1677萬種；