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50万像素最新款奥尼摄像头
●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)
RGB24420是最常用的两种图像格式
●RGB24表示RGB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
●I420YUV格式之一
●其它格式有:RGB565RGB444YUV4:2:2等
3自动白平衡调整(AWB)
多姿多彩摄像头(8张)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市场上的摄像头均已达到24位有的甚至是32位
迷你摄像头(14张)6图像噪音
指的是图像中的杂点干扰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同原理简单说就是成像范围跟使用的镜头有关
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(IrDA)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480Mbit/s
IEEE1394(火线)接口(亦称ilink):其传输速率可达100M~400Mbit/s
结构组件
我们从摄像头的日常工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件
LENS" class="anchor-2">镜头LENS
透镜结构由几片透镜组成,有塑胶透镜Plastic或玻璃透镜Glass
图像传感器
可以分为两类
CCDcharge couple device 电荷耦合器件
CMOScomplementary metal oxide semiconductor互补金属氧化物半导体
DSP厂商介绍
DSP 生产厂商较多市面上较为流行的有 VIMICRO中星微301P/LSONIX松瀚102/120/128ST罗技LOGITECH的DSP提供商SUNPLUSSUN+重点发展单芯片的CIF和VGA但图像质量一般PIXART原相PAC207单芯片CIFSQ倚强SQ930C等
电源
摄像头内部需要两种工作电压3.3V和2.5V最新工艺芯片有用到1.8V
调试方法
在图像处理的嵌入式系统中由于涉及机器视觉的处理分析使得对图像生成工具摄像头的调试变得比较麻烦
视觉简介
机器视觉就是用机器代替人眼来对外部环境进行感知并做出测量和判断通过成像器件即图像摄取装置分CMOS和CCD两种将被摄取目标转换成图像信号传送给专用的图像处理系统根据像素分布和亮度颜色等信息转变成数字化信号图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征进而根据判别的结果来控制现场的设备动作在一些对系统实时动作要求比较高的系统中人的反应速度和信息处理能力是无法满足要求的而机器视觉易于实现信息集成和计算机控制系统相结合可以提高系统的自动化程度
调试目的
在嵌入式系统中摄像头调试的目的是使摄像头的机械和电气参数在满足系统要求下能产生质量最高的图像数据一个涉及硬件和软件的成像系统成像的质量好坏往往受到来自外界干扰和自身限制的很多因素的影响这些影响会产生噪声和成像不均匀来自软件层面的因素往往是算法的问题这个层面的问题可以通过理论分析的数学计算解决来自硬件层面的因素则而要用仪器进行调试通过实验测量分析才能解决由于硬件处理系统底层所以硬件的质量会直接影响软件的质量从而影响最终成像质量对摄像头进行调试就是要从硬件层面上尽量消除干扰
调试方法
由于嵌入式系统是一个比较广的概念所以本文以HCS12作为主控芯片的摄像头组小车调试为例对调试方法进行介绍
一外部搭设电路连线CRT显示器
从模拟摄像头上引出电源地信号三根引线对摄像头供电再将视频信号线接到电视盒视频输入接口电视盒的VGA-OUT接至CRT显示器从而实现CRT对经数字化的摄像头视觉进行显示 此种方法为完全硬件层面显示提供和人眼视觉完全一样的显示效果对摄像头安装和自身物理参数校正具有显著帮助
二片外扩展LCD液晶
HCS12系列MCU中含有串行外设接口SPISerial Peripheral Interface能实现MCU之间的数据传输且其速度比通过串行异步通信SCI方式快SPI模块也支持MCU也外围设备间的双向同步串行通信实现MCU的外设扩展
市场上诺基亚3310液晶价格低廉成像基于二值点阵显示模块为48*84个点列对相关信息显示表现为对相应点写入数据使其呈现不同颜色
1显示字符在系统运行时以字符形式提示系统相关运行参数每个字符占用点列8*6需要6字节数据完成字符显示只需在编程对指定位写入相应数据由于该液晶模块本身不带有字库所以在程序开始时要先定义ASCⅡ表字符的液晶显示点阵数据即一个大小为N*6字节的二维数组
2显示图片模拟摄像头采集的视频信号经过MCU的A/D数字化后信息存储在一个40*70的二维数组中再将数组二值化便能在48*84分辨率的液晶模块中显示使开发者实时对摄像头机器视觉进行观测
此种方法为硬件和软件相结合的显示方法能实时跟踪显示摄像头相关信息显示时不会打断系统运行流程
三自写串口通讯上位机软件
利用MCU的SCI模块发送图片数据至PC机上位机利用MSCOMM控件编程对通讯数据进行读取读取数据后便能利用windows程序强大的数据处理能力和图片显示能力对图片数据处理如根据数据对图片进行重绘对数组滤波分析并显示滤波效果将接收数组以文件形式导出为计算机仿真提供数据来源
此种方法为完全软件显示法只而要从MCU收到数据便能在PC机上实现一系列处理对检验图形变换效果滤波分析优劣以及数据仿真思想都有着其它方法无法比拟的优势
优劣比较
1CRT调视法通过接入摄像头视频信号CRT能高保真显示机器视觉但只能局限于对摄像头参数测试和摄像头机械位置调整对高级点的数字信号就无能为力了
2LCD调试法直接接在单片机SPI口上进行数据传输能实时刷新显示图片此模块可以直接搭载在系统上实时显示系统相关信息但由于模块分辨率限制只能显示黑白二值造成数字图片失真
3串口调试法能充分利用PC机强大的数据处理和图片显示功能能实现数字图片高精度像素点显示并导出灰度数值表为VCMATLAB仿真提供现场数据但PC和MCU间数据传输速度太慢缺乏实时性缺乏动态跟踪的优点
分辨率
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)简单地说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640×48050万像素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43
在实际应用中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
保养技巧
1尽量避免将摄像头直接指向阳光以免损害摄像头的图像感应器件
2避免摄像头和油蒸气水气湿气和灰尘等物质接触避免和水直接接触
3不要使用刺激的清洁剂或有机溶剂擦拭摄像头
4不要拉扯和扭转连接线类摄像头保养有以下6条小秘诀包括电脑摄像头和监控摄像头
5非必要情况下自己不要随意拆卸摄像头试图碰触其内部零件这容易对摄像头造成损伤一旦损坏经销商估计也不会给予保修
6仓储时应当将摄像头存放在干净干燥的地方似动作可能会对摄像头造成损伤
远程控制
普通版
1远程监控摄像头是远程监控摄像头主分普通版加强版和户外版三类可以左右320度上下60度旋转监视对画面进行拍照录相并可将照片录相发到邮箱或者FTP服务器上摄像机具有移动侦测功能, 可设定发送电子邮件示警等网络人远程监控摄像机与传统摄像头最根本的地方在于无须布线无须大面积硬件辅助只要一根网线您便可以在世界任意一角落远程监视到您想要监控的地方
2网络人远程监控摄像机普通版是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机只要将网络人摄像机插在网线上无需电脑它即可将影像透过网络传至地球另一端可以遥控摄像机左右320度,上下60度旋转进行监视,并将监视画面录制下来发到邮箱或者FTP服务器上…在你的公司或者仓库铺面家庭安装一个网络人摄像机那么你即使到了他方异地只要能上网也可以远程进行监视普通公司打造一个视频控制平台没有几万或者几十万是办不到的并且只能在固定的监视平台实施控制你不可能在家中或者在外地进行控制而购买网络人摄像机安装简单插在网线上即可无需做端口映射部署成本低廉便可实现在异地监控
加强版
2网络人远程监控摄像机加强版 相较于普通版网络人远程监控摄像机加强版性能更加强悍能轻松实现高清晰图像的低网络带宽传输图像较普通版的摄像机更清晰并且实现夜视音频传输等新功能动态报警可设置报警时间区域异常自动恢复网络中断后自动连接等新功能
3户外版网络人远程监控摄像机户外版相比于前两者其性能优越的地方在于强悍的户外视频监控功能与加强版不同的是它使用的是专业的CCD感光芯片420线半球防护罩防水并且耐高温抑制强光红外夜视可以适应较恶劣的室外环境支持无线路由等普遍应用于荒野地带禁忌涉足区域危险地带诸如建筑工地小区别墅工厂施工重地等用其来实时监视怀孕妇女生活动向为其人身安全保驾护航最是适合不过了
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
分类
摄像头可分为数字摄像头和模拟摄像头两大类数字摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号进而将其储存在计算机里模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式并加以压缩后才可以转换到计算机上运用数字摄像头可以直接捕捉影像然后通过串并口或者USB接口传到计算机里电脑市场上的摄像头基本以数字摄像头为主而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的USB数字摄像头为主市场上可见的大部分都是这种产品除此之外还有一种与视频采集卡配合使用的产品但还不是主流由于个人电脑的迅速普及模拟摄像头的整体成本较高而且不能满足BSV液晶拼接屏接口等原因USB接口的传输速度远远高于串口并口的速度因此市场USB接口的数字摄像头模拟摄像头可和视频采集卡或者USB视频采集卡配套使用很方便的跟电脑连接使用典型应用是一般的录像监控
摄像头webcam一般具有视频摄像/传播和静态图像捕捉等基本功能它是借由镜头采集图像后由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号然后借由并行端口或USB连接输入到电脑后由软件再进行图像还原
汽车应用
汽车效果
a. 客货车倒车后视
b. 客车车内安全车门行李仓车载摄像头
监控c. 特种车辆图像安全记录和监控银行运钞车城管车辆工程车辆等
d. 轿车倒车后视
e. 轿车行车前视
f. 大巴车摄像头
车载趋势
a. 车载电子由音频应用已过渡到音视频多功能应用阶段摄像头是车载视频的重要组成部分
b. 随着车载显示屏的后装及前装普及化摄像头被带动普及应用
c. 汽车家庭普及的全球化及行车停车的拥挤为摄像头辅助倒车提供了大量需求空间
d. 汽车的人性化设计及客户需求带动该技术和产品的发展应用部分车型出厂时已开始配置摄像头产品
e. 摄像头技术本身的成熟度和车用环境的适应性消除了技术瓶颈
应用时期
a. 前装与汽车同步设计部分车型已推出在一段时间内比例不大
b. 4S安装专车专用型摄像头与汽车销售同步需要根据车型推出不同产品以达到安装美观应用方便的目的
c. 后市场改装一般采用通用型摄像头价格较低国内后市场渠道销售和外贸销售以此类产品和应用为主
配车销售
a. 与后视镜全自动屏等显示屏捆绑销售
b. 与可视倒车雷达捆绑销售
c. 作为独立产品销售
选购指南
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
镜头
摄像头
五层全玻也算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1P2P1G1P1G2P2G2P4G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1P2P1G1P1G2P等)
感光芯片
SENSOR是组成数码摄像头的重要组成部分根据元件不同分为
CCDCharge Coupled Device电荷耦合元件一般是用于摄影摄像方面的高端技术元件应用技术成熟成像效果较好但是价格相对而言较贵
CMOSComplementary Metal-Oxide Semiconductor金属氧化物半导体元件应用于较低影像品质的产品中它相对于CCD来说价格低功耗小
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较早期的CMOS对光源的要求比较高在采用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可以接近CCD摄像头的效果
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
高端摄像头比如Logitech,Creative的产品基本都采用的是CCD感光元器件主流产品则基本是CCD和CMOS平分秋色总的来说还是CCD的效果好一点CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸在相同的分辨率下宜选择元件尺寸较大的为好用户可以根据自己的喜好来选购
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拍摄芯片的功能市场销售的数码摄像头中基本是CCD和CMOS平分秋色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
主控芯片
DSP中星微VIMICRO301Plus主控芯片是摄像头中最好的核心IC之一
在DSP的选择上是根据摄像头成本市场接受程度来进行确定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
像素
Resolution即传感器像素也就是我们常说的多少像素的摄像头是衡量摄像头的一个重要指标之一一些产品都会在包装盒标着30万像素或35万像素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市面上的摄像头基本在30万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
捕获速度
视频捕获能力是用户最为关心的功能之一很多厂家都声称最大30帧/秒的视频捕获能力但实际使用时并不能尽如人意摄像头的视频捕获都是通过软件来实现的因而对电脑的要求非常高即CPU的处理能力要足够的快其次对画面要求的不同捕获能力也不尽相同现在摄像头捕获画面的最大分辨率为640×480在这种分辨下没有任何数字摄像头能达到30帧/秒的捕获效果因而画面会产生跳动现象比较现实的是在320×240分辨率下依靠硬件与软件的结合有可能达到标准速率的捕获指标所以对于完全的视频捕获速度只是一种理论指标用户应根据自己的切实需要选择合适的产品以达到预期的效果
除了上述说的这些之外用户购买时还可以考虑的因素包括附带软件摄像头外型镜头的灵敏性是否内置麦克风等等另外比如Logitech和网站合作可以使用户设置网上摄像机或进行网络实况转播这些售后的服务也可以在考虑范围之内
制约发展原因
据IT行业硬件发展的摩尔定律来看数字摄像头也同样遵循其发展规律的相信在未来几年内会发展的很快从市场情况来看制约摄像头发展的因素主要有以下几个方面的原因
1 摄像头市场起步较晚消费者认知度接受度较低所以普及率较低市场容量增大速度不够快需要加以一定引导来推动市场消费
2 摄像头的实际应用不够广泛有一定的局限性还是作为一种消费类产品在销售消费者只是把它作为视频聊天制作简单的个人影像集简单的监视系统等的工具
3 电脑硬件的限制如电脑显示卡显示器的分辨率USB1.1接口速度就影响高像素摄像的真正普及
现实应用
广泛应用于农业 军事 交通 等等方方面面应用相当广泛地位也非常重要尤其是交通和治安方面都占有非常重要的
1.交通管理拥有摄像头让交通管理更加方便高效
2.警方破案摄像头在警方破案中地位非常重要可以通过马路上摄像头 小区摄像头破案