摄像头基础知识培训

深圳市银之杰科技股份有限公司摄像头基础知识培训一.摄像头种类 (3)二.USB摄像头工作原理 (3)三.摄像头零件解构 (4)1、图像传感器SENSOR (4)2、数字信号处理芯片DSP (5)3、镜头（LENS） (5)4、USB线 (7)四.摄像头驱动 (9)五.摄像头的一些名词分辩率 (9)1、分辨率 (9)2、感光面积 (10)3、灯光条纹（属于软件问题） (10)4、景深 (12)5、清晰度 (13)6、坏点（属于硬件问题） (13)7、色彩还原 (14)8、FOV (14)9、帧率 (15)10、视频格式 (16)11、失真（畸变） (17)12、白平衡 (18)13、曝光 (19)14、带宽 (20)15、DPI (21)16、拍照方式 (22)17、错误码 (23)一.摄像头种类摄像头是一种光电转换设备，种类主要包括USB 摄像头(USB 接口)，手机摄像头(DVP&MIPI 接口)，模拟摄像头(AV 接口，主要用于监控，车载等)，网络摄像头(RJ45&无线接口，主要用于监控)等。

USB 摄像头手机摄像头模拟摄像头网络摄像头二.USB 摄像头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（SENSOR）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。

三.摄像头零件解构1、图像传感器SENSOR在摄像头的三大结构组件中，我认为最重要的就是图像传感器了，因为感光器对成像质量起着决定性的作用，如果图像传感器效果不怎么好，无论后端的DSP和电脑端应用软件再强大，也不可能让图像效果有大的提升，而一个效果好的图像传感器采集到的图像甚至可以不需要后端处理。

感光芯片可以分为两类：CCD（charge couple device）：电荷耦合器件CMOS(complementary metal oxide semiconductor)：互补金属氧化物半导体CCD的价格比较高，多用在网络摄像头，车载摄像头等监控设备上，还有就是数码相机，而CMOS摄像头则是非常主流（性能，包括价格）的大众级产品，从理论上说，CCD 传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。

简单地讲，就是CCD摄像头成像质量会更好，图像明锐通透、细节丰富，色彩还原度好，曝光准确。

之前的CMOS都是属于前照式，但随着科技的发展，现在的CMOS也发展出了背照式CMOS，背照式CMOS的制作工艺和前照式不同，能增大感光量，提高拍摄灵敏度，显著提高低光照条件下的拍摄效果，像现在我们的手机和数码相机800万及以上的摄像头，都已经采用了背照式。

目前市场上5M及5M以上的CMOS芯片，主要厂家有OV，索尼，镁光，松下，三星，东芝等，其中OV和镁光占据了5M的绝大部分市场，5M以上OV和索尼的占有率较高。

而5M以下的CMOS芯片厂家有格科微，思比科，比亚迪，OV等，其中格科微占据了国内80%的出货量，格科微最主要的特色就是价格便宜，性价比高，而OV则主打效果。

2、数字信号处理芯片DSPDSP最主要的功能是：初始化感光芯片，并将感光芯片获取的数据通过USB接口及时快速地传到电脑，DSP直接决定感光芯片输出画面的品质（比如色彩饱和度、清晰度）与流畅度，如果DSP控制的好，那么感光芯片将会输出它所能输出的最高画质，反之，感光芯片的画质就要打折了。

目前市场上功能强大，型号众多，效果软好，品质稳定的DSP有中星微(北京)，松瀚(台湾)，凌阳(台湾)，Realtek(台湾)，安国(台湾)的产品，同时，他们的价格也会较高。

另外国内和台湾还有十多家DSP厂家，这些DSP的特点是价格便宜，但他们的DSP可能存在测试不够严格，稳定性相对低，研发实力低，BUG多的弊端。

3、镜头（LENS）镜头对画质的影响仅次于CMOS芯片，它由几片透镜组成，一般可分为塑胶镜片（plastic）或玻璃镜片（glass）。

塑胶镜片的透光率要低于玻璃镜片的，它的优点是价格便宜，并且尺寸可以做的很小，像手机和平板电脑里的镜头都是塑胶镜片，而玻璃镜片的价格和体积通常会高出同规格塑胶镜片好多倍，但同时也会带来更好的清晰度和低照度。

通常摄像头用的镜头构造有：1P、2P、3P、4P、5P、1G1P、1G2P、2G2P、2G3P、4G、5G等。

G代表玻璃材质，效果很好，价格较高，P代表塑料材质，效果一般，价格便宜。

镜片越多，相对成像效果会更出色，成本也会越高。

因此一个品质好的摄像头应该是采用多层玻璃镜头。

现在市场上的多数摄像头产品为了降低成本，一般会采用廉价的塑胶镜头或一玻一塑镜头（即：1P、2P、1G1P、1G2P等）。

5M的镜头，如果要追求效果好，一般应该采用的结果是4P或者5G。

而3P镜头一般用于2M摄像头，2P和1P一般用于0.3M的摄像头。

好些的镜头都会镀两种膜，一种是AR膜，一种是IR膜.如果镜头不镀AR膜，图像亮度会下降，因为AR膜的主要作用是增加光的透过率.太阳光中红外波长部分携带有很大的能量，这部分光线我们肉眼是看不到的。

当镜头没有IR膜时，红外波段的能量就会通过镜头被感光芯片的红色像素吸收，并换化为信号，因此影像的红色分量就比较大，影像整体会偏红，所以需要IR膜来滤除这部分能量。

不过像夜间监控这种摄像机，恰恰相反是不能有IR的，因为夜间光线很暗，如果采用白光照明，那么照明灯将会很刺眼，会影响车辆和行人，所以夜间监控摄像机都是采用人眼看不到的红外光进行照明，然后用不带IR的镜头收集红外线，然后经感光芯片出来红色的图像，为了得到较好的视觉效果，再把红色图像转为黑白图像，这就是为什么我们看到的晚上的监控录像黑白的比较多。

下图中，之所以能看到镜片是红色，就是因为镜头上镀了一层AR膜。

镜头的镜片不能直接用手去摸，不然手上的油渍粘在镜头上，会造成图像模糊。

4、USB线USB线对摄像头的正常工作影响很大，一个做工好的USB线，即使有5M的长度，使用依然不会有任何问题，而一条做式很差的USB线，可能1M的长度就会使摄像头出现无法识别，掉设备，黑屏等问题。

目前我们公司的摄像头都是USB2.0的，对线材的要求，简单地说有以下几点：1.线材材质为铜2.有铝箔屏蔽3.至少32编的编织网4.DM,DP最小线径不小于28AWG5.电源线线径尽量大于26AWG符合USB2.0标准的USB线如下图：而USB1.1里就没有纺织网的要求，并且对线材线径和屏蔽也比USB2.0低很多，比如USB鼠标就是用的USB1.1的线材，符合USB1.1标准的线材如下图：四.摄像头驱动摄像头的驱动叫UVC驱动，从XP SP3开始集成在操作系统中，对于版本低于XP SP3的系统，需要手动安装驱动（驱动见附件）。

另外，有些银行的终端机，操作系统做了较大的精简，可能会删除UVC驱动，这种系统就识别不到摄像头，需要安装驱动。

五.摄像头的一些名词分辩率1、分辨率摄像头的分辨率完全由感光芯片来决定，现在摄像头的主要的分辩率如下：QCIF：176x144QVGA：320x240CIF：352:288VGA：640x4800.3M，30W像素HD(720P):1280x720高清SXGA：1280x1024 1.3M，130W像素UXGA：1600x12002M，200W像素FHD(1080P):1920x1080全高清QXGA：2048x15363M，300W像素QSXGA：2592x19445M，500W像素QUXGA：3264x24488M，800W像素2、感光面积感光面积指的是感光芯片感应光线的区域的大小，感光面积越大，得到的光就越多，单个像素点分到的光就越强，效果就会越好，一般情况下，1/4"的感光芯片效果会比1/5"的好一些，1/2.5"会比1/3.2"的好一些。

3、灯光条纹（属于软件问题）灯光条纹是因为受到50Hz市电的影响，办公室灯光的强度不是均匀的，它随交流电（AC）频率变化。

例如：如果交流电频率是50Hz，灯光强度变化的频率就是100Hz，如下图：因为CMOS是逐行扫描的，所以就导致每一帧里前面行和后面行曝光时日光灯的亮度不一样，从而图像上会看到明暗条纹。

目前CMOS针对灯光条纹有两种解决方法，一种是定死当前市电是50Hz，然后软件消除，一种是自动识别当前市电是50Hz还是60Hz，当识别正确后，再做消除动作。

当然并不是所有的灯光条纹都是可以消除的，当环境光比较复杂时，比如同时存在日光灯和太阳光时，灯光条纹就可能会消除不了。

4、景深在镜头的焦点前后各有一个容许模糊圈(弥散圈)，这两个模糊圆之间的距离就叫景深，即：在被摄主体(对焦点)前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。

景深大，远近都能看清景深小，近处清晰远处模糊因为我们的摄像机都是定焦的，所以要求景深是越大越好，这样远近都能看清。

5、清晰度清晰度一般用专门的清晰度测试图纸来测试，500万用EIA Resolution chart，500及以上用ISO12233，两种图纸见下图。

EIA Resolution char ISO12233清晰度好的情况下，中心会很清晰，四周略差，但是四周的清晰度应该是相同的，如果有半边清晰，半边模糊的图像，就有可能是镜头装歪导致的。

6、坏点（属于硬件问题）摄像头和LCD一样会存在坏点，但是CMOS芯片像素的大小都是um级的，像素密度更是LCD的几万甚至几十万倍，所以CMOS的坏点会更多，但CMOS芯片本身一般都有补坏点的功能，单个像素的坏点直接用四周像素的亮度和色彩平均值填充，肉眼基本上看不出来，但如果很多坏点堆在一起，比如4*4，那么补点功能就做不好了，这样的一般都要做不良品来处理，如下图：7、色彩还原色彩还原使用国际标准的24色卡来测试，一般要求拍出来的色彩尽量接近色卡的颜色。

8、FOVFOV分为对角FOV，水平FOV和垂直FOV，一般我们说的FOV都是对角FOV。

FOV越大，视野就越广，同时细节就越少，而当FOV超过80度时，光学畸变就会比较明显；FOV越小，视野就越小，但细节就会被放大，就像望远镜和显微镜一样。

FOV需要经过测试计算得出，不能认为镜头FOV是多少就是多少，需要根据三角函数公式来计算。

上图中方框是我们的摄像头拍到的实物，a是摄像头到实物的距离，b是被拍摄物体的对角线的长度，摄像头位于β处那么FOV=β=2arctg(b/2a)。

FOV决定了我们的平台和印控机的摄像头安装高度，我们平台和印控机的摄像机一般拍照幅面都是比A4大一点，所以，FOV越大，摄像头就要装的越低，FOV越小，摄像头就要装的越高。