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摄像头传感器有什么类型?
95 摄像头 传感器
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传感器类型:我们常说的数码摄像头的传感器相当与传统相机的胶片,传感器是数码摄像头的核心,也是最关键的技术,它是一种用来接收通过镜头的光线,并且将这些光信号转换成为电信号的装置。目前数码摄像头的核心成像部件有两种:一种是 CCD (电荷藕合)元件;另一种是 CMOS (互补金属氧化物导体)器件。



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3 天前   评论 分享淘帖 邀请回答
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CCD 感光器件: CCD 全称为 Charge Coupled Device ,中文翻译为电荷藕合器件。它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,然后通过模数转换器芯片将电信号转换成数字信号,数字信号经过压缩处理经 USB 接口传到电脑上就形成所采集的图像。

CMOS 感光器件: CMOS 全称为 Complementary Metal-Oxide Semiconductor ,中文翻译为互补性氧化金属半导体。 CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在 CMOS 上共存着带 N (带 – 电) 和 P (带 + 电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

CMOS 与 CCD 的区别: CCD 和 CMOS 在制造上的主要区别是 CCD 是集成在半导体单晶材料上,而 CMOS 是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。 CCD 只有少数几个厂商例如索尼、松下等掌握这种技术。而且 CCD 制造工艺较复杂,采用 CCD 的摄像头价格都会相对比较贵。事实上经过技术改造,目前 CCD 和 CMOS 的实际效果的差距已经减小了不少。而且 CMOS 的制造成本和功耗都要低于 CCD 不少,所以很多摄像头生产厂商采用的 CMOS 感光元件。 成像方面:在相同像素下 CCD 的成像通透性、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,由于自身物理特性的原因, CMOS 的成像质量和 CCD 还是有一定距离的。 但由于低廉的价格以及高度的整合性,因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。
目前,市场销售的数码摄像头中以 CMOS 感光器件的为主。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。

合理使用摄相头: 首先不要在逆光环境下使用,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近距离拍摄的功能。

传感器像素:影像传感器上有许多感光单元,它们可以将光线转换成电荷,从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中,每一个感光单元对应一个像素( Pixels ),像素越多,代表着它能够感测到更多的物体细节,从而图像就越清晰。要提高图像的清晰度,除了在影像处理方面做出提高以外,增加传感器的感光单元的数量即提高传感器像素也是一个主要的办法。 现在市面上主流的摄像头大都是采用 30 万像素,即在传感器中一共有大约 30 万个感光单元。与之对应的成像分辨率为 640×480 (即等于 307200 个像素)。最高分辩率:分辨率是用于度量位图图像内数据量多少的一个参数,通常表示成 dpi(dot per inch, 每英寸点 ) 。 摄像头的分辨率是指摄像头解析图象的能力,也即摄像头的影像传感器的像素数。最高分辨率就是指摄像头能最高分辨图像的能力的大小,即摄像头的最高像素数 。现在市面上较多的 30 万像素 CMOS 的最高分辨率一般为 640×480 , 50 万像素 CMOS 的最高分辨率一般为 800×600 。分辨率的两个数字表示的是图片在长和宽上占的点数的单位,一张数码图片的长宽比通常是4︰3。 在实际应用中,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。如果将摄像头用于网络聊天或者视频会议,那么分辨率越高则需要的网络带宽就越大。因此消费者在这方面应该注意,应根据自己的需要选择一款像素适合自己的产品。

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。 最大帧数: 帧数就是在 1 秒钟时间里传输的图片的张数,也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次,通常用 fps ( Frames Per Second )表示。每一帧都是静止的图象,快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅逼真的动画。每秒钟帧数( fps )愈多,所显示的动作就会愈流畅。要避免动作不流畅的最低 fps 是 30 。除了 30fps 外,有些计算机视频格式,例如 AVI ,每秒只能提供 15 帧。我们之所以能够利用摄像头来看到连续不断的影像,是因为影像传感器不断摄取画面并传输到屏幕上来,当传输速度达到一定的水平时,人眼就无法辨别画面之间的时间间隙,所以大家可以看到连续动态的画面。

色彩位数: 色彩位数又称彩色深度,摄像头的彩色深度指标反映了摄像头能正确记录色调有多少,色彩位数的值越高,就越可能更真实地还原亮部及暗部的细节。 色彩位数以二进制的位( bit )为单位,用位的多少表示色彩数的多少。目前所有的摄像头的色彩位数都达到了 24 位(也就是能表达 2 的 24 次方种颜色),可以生成真彩色的图象。色彩位数高,就可以得到更大的色彩动态范围。也就是说,对颜色的区分能够更加细腻。 摄像头最常见的是 24 位, 30 位的摄像头极少见到。具体来说,一般摄像头中每种基色采用 8 位或 10 位表示,三种基色红、绿、蓝总的色彩位数为基色位数乘以 3 ,即 8×3=24 位或者 10×3=30 位。摄像头色彩位数反映了摄像头能正确表示色彩的多少,以 24 位为例,三基色 ( 红、绿、蓝 ) 各占 8 位二进制数,也就是说红色可以分为 2 的 8 次方 =256 个不同的等级,绿色和蓝色也是一样。那么它们的组合为 256×256×256=16777216 ,即大约 1600 万种颜色,而 30 位可以表示 10 亿种。色彩深度值越高,就越能真实地还原色彩。
成像距离: 要了解摄像头的成像距离需要引进一个超焦距的概念。超焦距是指对焦点以后的能清晰成像的距离。摄像头一般都是利用了超焦距的原理,即短焦镜头在一定距离之后的景物都能比较清晰成像的特点,省去对焦功能。当然这个 “ 清晰 ” 不是一个绝对的概念,超焦距范围内的景物并非真正的清晰成像。由于景物不在对焦点上,因此模糊是肯定的,只是模糊的程度一般人能够接受而已。 摄像头成像距离就是指摄像头可以相对清晰成像的最近距离到无限远这一范围。 例如有的摄像头其成像距离是 5cm 到无限远,即表示 5cm 是最近的成像距离,此距离以后的景物都会是相对清晰的。对于一般用户来说,如果只是安装在电脑上进行视频聊天的话,那么一般 5cm 到无限远的 “ 超焦距 ” 模式对焦已经可以满足要求了。

对焦方式与范围: 摄像头的对焦方式一般是指手动对焦以及自动对焦。 手动对焦通常是需要用户对摄像头的对焦距离进行手动选择。而自动对焦则是由摄像头对拍摄物体进行检测,确定物体的位置并驱动镜头的镜片进行对焦。 对焦范围是指摄像头能够完成聚焦的最近点到最远点的这一个范围。 例如有的摄像头的对焦范围是 15cm 到无限远,也就是说它最近的对焦距离是 15cm ,而在 15cm 以内这一范围是无法完成聚焦的,即使能聚焦,所成的图像也不清晰。

镜头: 摄像头的镜头是将拍摄景物在传感器( CCD 或 CMOS )上成像的器件,它通常由由几片透镜组成。 从材质上看,摄像头的镜头可分为塑胶透镜( Plastic )和玻璃透镜( Glass )。 通常摄像头用的镜头构造有: 1P 、 2P 、 1G 1P 、 1G 2P 、 2G 2P 、 4G 等(此处的 P 、 G 分别代表塑胶透镜和玻璃透镜,如 1G 1P 表示这款摄像头的镜头由一片塑胶透镜和一片玻璃透镜组成)。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,玻璃透光性以及成像质量都具有较大优势,比较常使用在较为高端的摄像头上。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 、 1G 1P 、 1G 2P 等)。 镜头通常有两个较为重要的参数。一个是光圈 ,它是安装在镜头上控制通过镜头到达传感器的光线多少的装置,除了控制通光量,光圈还具有控制景深的功能,即光圈越大,则景深越小。

另一个是焦距 ,它基本上就是从镜头的中心点到传感器平面上所形成的清晰影像之间的距离。镜头的焦距决定了该镜头拍摄的物体在传感器上所形成影像的大小。假设以相同的距离面对同一物体进行拍摄,那么镜头的焦距越长,则物体所形成的影像就越大。

摄相头压缩比: 压缩比是指图像文件原始大小和经压缩后之间的比例。 一般来说,图像的原始文件是很大的,必须经过图像压缩才能够进行快速的传输以及顺畅的播放。而压缩比正是来衡量影像压缩大小的参数。一般来说,摄像头的压缩比率大都是5︰1。也就是说,如果在未压缩之前 30 秒的图像的容量是 30MB ,那么按照5︰1的压缩比率来对图像进行压缩以后,它的大小就成了 6MB 。压缩比越大,图像质量就越差,压缩比大可以使得生成的图像占用更小的空间,有利于进行网络传输以及备档。

视场: 视场代表着摄像头能够观察到的最大范围,通常以角度来表示,视场越大 , 观测范圉越大。 例如有些摄像头的视场是 50 度,而有些是 58 度,后者相比前者在同等距离的情况下就能拍摄到更大的景物范围。目前一般的摄像头的视解均在 52 度左右,更有甚者可达 180 度、 360 度(摄像头底座固定,镜头可以作一周旋转)。

功能特点: 网络视频 :连接电脑并安装相应的驱动软件以后,摄像头可以结合相应的网络聊天工具例如腾讯 QQ 、 MSN 等用于网络聊天。 静态照片拍摄 :连接电脑并安装相应的驱动软件以后,摄像头可以拍摄数码照片。由于摄像头并没有 LCD 显示屏,所以在拍摄是一般是将电脑的显示器作为取景器。摄像头拍摄数码照片也有一定的局限性,分辨率低是一个方面,拍摄范围的局限也是很明显的 —— 很多摄像头必须连着电脑才能拍摄静态照片。

监控 :也就是通过摄像头实时对现场进行拍摄,然后通过电缆(现在已经出现了无线传输的摄像头)连接到电视机或者电脑上,从而可以对现场进行实时监控。 组成部分: 外壳壳头、外壳底座、主控芯片、镜头、图像传感器、 PCB 主机板及外围电路、 USB 连接线、红外线二级管;外包装、内卡或者吸塑、驱动盘、说明书、质保卡及合格证等; 主控芯片 (DSP) : 中央处理器,摄相头的分辩率 ( 像素 ) 以及频帧速率取决于它的用料; 像素和频数是判断摄像头性能的重要指标 . 现在的主流产品像素值一般为 10W~30W 。频数一般为 15~30 帧。 常用的有: 中星微 301P 、SOIXN(松翰)凌越 TP6800 、 Sunplus 561A 。目前中星微 301P 芯片由于性能出众,在该领域的认同度很高,如今已占摄相头 DSP 市场份额 70% 以上;SOIXN(松翰)芯片性价比高也逐步得到广大消费者的认可,S unplus 561A 芯片主要用于低成本造价的 10W 像素的摄相头制造;而凌越 TP6800 由于产品自身定位以及兼容性问题,则处于生存时期;

图像传感器 ( sensor ) + 镜头: 镜头和传感器是判断摄相头成像效果的重要指标,摄相头的图像成像效果取决于这两个重要组成部分的用料。在摄影摄像方面 , 由于要求较高,因此多采用 CCD 设计,而摄相头对图像要求没这么高,应用于较低影像的 CMOS 已经可以满足需要。而且 CMOS 很大一个优点造价相对 CCD 来说比较低,功耗也小很多。 镜头一般分为 塑料镜片、玻璃镜头两种,在造价与性能方面,玻璃镜头价高质优。 有的镜头在玻璃的基础上加镀了一层虹膜,以增强滤光性,判断镜头优劣的重要指标就是通光量,通光量 f 值越小,通光量就越大,光线透度越高,色彩越饱和,成像效果就越好 ; 图像传感器常用的有: 现代 7131R 、美光 360 ,OV7630,OV7660。目前现代 7131E 已经停产,市场上主要由现代 7131R 与美光 360 两个型号平分天下,在成像效果方面美光 360 要优于现代 7131R ,而价格要略比现代7131R高.OV7630成像效果方面稍差但价格低, OV7660成像效果方面跟现代 7131R 、美光 360差不多(但在低照度的情景下比前者好)价格也不相上下。

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