摄像头说明

    前段时间的图像采集工作做的差不多了，这期间一直和摄像头打交道，但仔细想想却搞不清摄像头的原理，实在说不过去，查了很多资料，下面写一下总结。

    首先对摄像头分个类，一般我们接触的摄像头可以分为这样两类：USB数字摄像头（输出的是YUV,RGB的数据），模拟摄像头（输出是标准的复合视频信号，为模拟信号，接口为AV端子）。

    一、USB数字摄像头

    这种摄像头的工作原理大致为——光线照射景物，景物上的光线反射通过镜头（LENS）聚焦生成的光学图像投射到图像传感器表面上，产生光电反应然后转为电信号，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，再通过数据线由USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。

    这种摄像头的输出格式很多，关键要看它采用的是哪种数字信号处理芯片。现在市面上的USB摄像头常用的感光芯片有OmniVision的ov511或中星微的zc301。

    这句是ov511的datasheet里的原话：Camera Input: 16-bit YUV 4:2:2/RGB raw data formats (two channels) or 8-bit Y 4:0:0/RGB raw data formats (one channel only)。那就是说支持YUV422，16位的RGB格式，8位的RGB格式。但这个“8-bit Y 4:0:0”不太清楚，可能是只有Y分量的灰度信号@_@。

    zc301是不公布datasheet的，所以没找到它的输出数据的说明。（怎么会有公司不公布datasheet？真晕）。

    二、模拟摄像头

    摄像头的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过预中放电路放大、AGC自动增益控制，于由图像处理芯片处理的是数字信号，所以经模数转换到图像数字信号处理IC（DSP）。同步信号发生器主要产生同步时钟信号（由晶体振荡电路来完成），即产生垂直和水平的扫描驱动信号，到图像处理IC。然后，经数模转换电路通过输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。

因此模拟摄像头和USB数字摄像头的区别应该是在于最后有没有加上数模转换。

三、图像传感器

图像传感器是一种半导体芯片，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。主要有两种：CCD,CMOS。它们的作用相当于传统相机中的底片。CCD的分辨率高，色彩还原逼真，已经成为百万像素级的数码摄影器材里的主角，但是其价格昂贵；与CCD相比，CMOS具有节能及成本低等特点。而且在百万像素内CMOS的感光效果完全可以和CCD媲美，因而摄像头几乎全都采用CMOS作为感光元件。

我所用的达芬奇开发板配送了一个摄像头，SUNSPO SP-913II。这个摄像头就是输出复合视频信号的，因此在摄像头和达芬奇芯片中间需要一块视频解码芯片TVP5146。这个摄像头用的是CCD来感光的。

下面将找到的SUNSPO SP-913II摄像头的参数存在这里（不是做广告）。

功能简介：

摄像机使用SHARP 1/4"高灵敏度CCD图象传感器，金属外壳 
 图象控制采用数字信号处理器（DSP）集成芯片 
 高灵敏度、图象清晰、抗图象发晕、高信噪比 
 自动电子快门（AES）\自动亮度控制功能（AI）\自动增益控制（AGC）功能

 自动跟踪白平衡（AWB）\自动背光补偿（BLC）\全部开关控制（选择）功能
 支持视频及电源驱动两种自动光圈镜头，兼容C和CS两种镜头安装方式 
 内置抗混淆IR-CUT水晶滤光片 

参数：

摄像元件	1/4″SHARP CCD	同步方式	内同步
电视系统	PAL制式	镜头安装	C或CS系统调整
象素	512（H）×582（V）	自动白平衡	自动
扫描系统	2：1隔行扫描	镜像功能	180°倒后镜
扫描频率	水平：15625KHz；垂直：50Hz	增益控制	AGC接通(预置)
清晰度	420电视线	自动光圈控制	视频驱动
最低照度	0.8Lux@F1.2	电源输入	DC12V 大于300mA
视频输出	1.0Vp-p 75Ω(BNC)	消耗功率	1W
信噪比	大于48dB	工作温度	-10℃～+50℃(14°F～122°F)
逆光补偿	开/关	机身尺寸	109(长)×58(宽)×52mm(高)
自动电子快门	开/关（1/50～1/100000秒）	机身重量	240g
自动增益控制	自动(开/关)

四、水平分辨率

水平分辨率，也可叫做水平清晰度，是用电视线（简称线TV lines）来表示的，它是评估摄像机分辨率的指标，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。

　　水平分辨率的大小与CCD（即电子耦合器件）和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。频带越宽，图像越清晰，线数值相对约大。

　　常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。

　　一般的监视场合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。

水平清晰度是用与画面高度相等宽度的黑白相间的垂直平行线作被摄物时，在水平方向上屏幕中间所能够再现的线数。而黑白条图形都是一定频率的方波信号，所以根据行扫描速度和传送带宽也可确定水平清晰度的值。
　　水平清晰度用RH表示，如果一条扫描线上能够再现m个象素，则可用下式来表示水平清晰度：
　　
　　式中，m为水平方向的象素数，V是画面的垂直高度，H为水平长度，V / H也叫做光栅高宽比。一般V/H=3/4=0.75，所以（7）式可写成
　　RH = 0.75m （8）
　　因此，对象素数为500（H）×582（V）的摄像机来说，其水平清晰度RH = 0.75×500 = 375TVL，所以对分辩率无特殊优化处理等功能的一般摄像机来说，不可能有420TVL（当前市场没有规范，应统一）。

	水平清晰度定义为图像上可以分辨的垂直线条数。比如水平清晰度为500线，其含义就是，在水平方向,在图像的中心区域，可以分辨的最高能力是相邻距离为屏幕高度的500分之1的垂直黑白线条。水平清晰度与图像传感器的像素数和视频系统的频带宽度有直接关系。垂直清晰度也可以理解为图像可以分解出的水平线的条数，最大垂直清晰度由垂直扫描总行数所决定。

	看了很多资料，至今没完全理解，上面列了查到的资料，至少能让你有一个大概的认识。

文中有说的不对的地方，请不吝赐教，谢谢！

参考文章：