USB摄像头的工作原理教学提纲.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。USB摄像头的工作原理-USB摄像头的工作原理2010-04-0615:03摄像头的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USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。注1：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。注2：数字信号处理芯片DSP(DI

2、GITALSIGNALPROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。DSP结构框架:1.ISP(imagesignalprocessor)(镜像信号处理器)2.JPEGencoder(JPEG图像解码器)3.USBdevicecontroller(USB设备控制器)四、摄像头的主要结构和组件从摄像头的工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件：1、主控芯片（详情请参阅：影响摄像头的关键元器件是什么？）2、感光芯片（详情请参阅：影响摄像头的关键元器件是什么？）3、镜头（详情请参阅：影响摄像头的关键元器

3、件是什么？）4、电源摄像头内部需要两种工作电压：3.3V和2.5V，因此好的摄像头内部电源也是保证摄像头稳定工作的一个因素。五、摄像头的一些技术指标1、图像解析度/分辨率(Resolution)：SXGA(1280x1024)又称130万像素XGA(1024x768)又称80万像素SVGA(800x600)又称50万像素VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488)CIF(352x288)又称10万像素SIF/QVGA(320x240)QCIF(176x144)QSIF/QQVGA(160x120)2、图像格式(imageFormat/Colorspace)RGB24,I4

4、20是目前最常用的两种图像格式。RGB24：表示R、G、B三种颜色各8bit，最多可表现256级浓淡，从而可以再现256*256*256种颜色。I420：YUV格式之一。其它格式有:RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。3、自动白平衡调整(AWB)定义：要求在不同色温环境下，照白色的物体，屏幕中的图像应也是白色的。色温表示光谱成份，光的颜色。色温低表示长波光成分多。当色温改变时，光源中三基色(红、绿、蓝)的比例会发生变化，需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节的实际。4、图像压缩方式JPEG：(jointphotographicexpertgroup)静态图像压缩方式

5、。一种有损图像的压缩方式。压缩比越大，图像质量也就越差。当图像精度要求不高存储空间有限时，可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。5、彩色深度(色彩位数)反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，实际就是A/D转换器的量化精度，是指将信号分成多少个等级。常用色彩位数(bit)表示。彩色深度越高，获得的影像色彩就越艳丽动人。6、图像噪音指的是图像中的杂点干挠。表现为图像中有固定的彩色杂点。7、视角与人的眼睛成像是相成原理，简单说就是成像范围。8、输出/输入接口串行接口(RS232/422):传输速率慢，为115kbit/s并行接口(PP)：速率可以达到1Mbit/s红外接口(Ir

6、DA)：速率也是115kbit/s，一般笔记本电脑有此接口通用串行总线USB：即插即用的接口标准，支持热插拔。USB1.1速率可达12Mbit/s,USB2.0可达480bit/sIEEE1394(火线)接口(亦称ilink):其传输速率可达100M400Mbit/s【摄像头的进一步认识】从摄像头的组成来看决定一个摄像头的品质从硬件上来说主要是：镜头、主控芯片与感光芯片。1、镜头(LENS)五层“全玻”，也算目前顶级的摄像头镜头了。镜头的组成是透镜结构，由几片透镜组成，一般有塑胶透镜(plastic)或玻璃透镜(glass)。通常摄像头用的镜头构造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、

7、4G等。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶贵。因此一个品质好的摄像头应该是采用玻璃镜头，成像效果就相对塑胶镜头会好。现在市场上的大多摄像头产品为了降低成本，一般会采用塑胶镜头或半塑胶半玻璃镜头(即：1P、2P、1G1P、1G2P等)。2、感光芯片(SENSOR)感光芯片，也叫图像传感器，美光(Micro)MI360CMOS图像传感器图像传感器分为两类：CCD(chargecoupledevice)：电荷耦合器件CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor)：互补金属氧化物半导体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。CM

8、OS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。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。而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。所以我们在使用摄像头，尤其是采用CMOS芯片的产品时就更应该注重技巧：首先不要在逆光环境下使用(这点CCD同)，尤其不要直接指向太阳，否则“放大镜烧蚂蚁”的惨剧就会发生在您的摄像头上。其次环境光线不要太弱，否则直接影响成像质量。克服这种困难有两种办法，一是加强周围亮度，二是选择要求最小照明度小的产品，现在有些摄像头已经可以达到5lux。最后

9、要注意的是合理使用镜头变焦，不要小瞧这点，通过正确的调整，摄像头也同样可以拥有拍摄芯片的功能。目前，市场销售的数码摄像头中，基本是CCD和CMOS平分秋色。在采用CMOS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CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。3、主控芯片(DSP)中星微(VIMICRO)301Plus主控芯片，是目前摄像头中最好的核心IC之一在DSP的选择上，是根据摄

10、像头成本、市场接受程度来进行确定。现在DSP厂商在设计、生产DSP的技术已经逐渐成熟，在各项技术指标上相差不是很大，只是有些DSP在细微的环节及驱动程序要进行进一步改进。4、图像解析度/分辨率(Resolution)：摄像头的图像解析度/分辨率也就是我们常说的多少像素的摄像头，在实际应用中，摄像头的像素越高，拍摄出来的图像品质就越好，但另一方面也并不是像素越高越好，对于同一画面，像素越高的产品它的解析图像的能力也越强，但相对它记录的数据量也会大得多，所以对存储设备的要求也就高得多，因而在选择时宜采用当前的主流产品。由于受到摄像头价格、电脑硬件、成像效果等因素的影响，现在市面上的摄像头基本在30

11、万像素这个档次上进行销售。还有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想，因此统治高像素摄像头的市场仍然是CCD摄像头。值得注意的一点：有些分辨率的标识是指这些产品利用软件所能达到的插值分辨率，虽然说也能适当提高所得图像的精度，但和硬件分辨率相比还是有着一定的差距的。摄像头感光器件：CCD一定比CMOS好吗？在选择摄像头时，镜头是很重要的。按感光器件类别来分，现在市场上摄像头使用的镜头大多为CCD和CMOS两种，其中CCD（ChargeCoupledDevice，电荷耦合组件）因为价格较高更多是应用在摄像、图象扫描方面的高端技术组件，CMOS（ComplementaryMetalOxideSe

12、miconductor，附加金属氧化物半导体组件）则大多应用在一些低端视频产品中。感光器件是摄像头主要的技术核心，它的原理基本上与DC、DV一致。对于CCD和CMOS两种镜头而言，不少人可能会因为CCD比较昂贵而认为用CCD的摄像头一定比用CMOS的摄像头好，其实这样的想法是不对的！这只不过是厂商的卖点罢了，事实上，二者各有优点：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、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。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。而C

13、MOS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。目前，市场销售的数码摄像头中，基本是采用的CMOS的摄像头。在采用CMOS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CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。所以，大家在购买摄像头时，不要盲目听信商家的介绍，使用COMS的摄像头并不比CCD的差，我们没必要过多的在这上面花功夫。摄像头芯片：进入免驱时代现在主流摄像头基本上都已采用了免驱的芯片，好的会采用中星微等知名厂家推出的免驱芯片；而一些劣质产品可能会采用一些劣质芯片以达到其低价的效果，虽然价格是低了，但是质量就难以得到保障了-