攝像頭工作原理及簡單提高圖片清晰度,分辨率

1、攝像頭的工作原理、攝像頭的工作原理攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭(LENS)生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片(DSP)中加工處理，再通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。攝像頭工作涼程圖：鏡頭S皿接口顯示器景物圖像偉辭一數(shù)宇信號殛茜電腦H圖像注1圖像傳感器(SENSOR)是一種半導體芯片，其表面包含有幾十萬到幾百萬的光電二極管。光電二極管受到光照射時，就會產(chǎn)生電荷。注2：數(shù)字信號處理芯片DSP(DIGITALSIGNALPROCESSING)功能：主要是通過一系列復雜的數(shù)學算法

2、運算，對數(shù)字圖像信號參數(shù)進行優(yōu)化處理，并把處理后的信號通過USB等接口傳到PC等設(shè)備。(DSP結(jié)構(gòu)框架：ISP(imagesignalprocessor鏡像信號處理器)JPEGencoder(JPEG圖像解碼器)USBdevicecontroller(USB設(shè)備控制器)二、攝像頭的主要結(jié)構(gòu)和組件從攝像頭的工作原理就可以列出攝像頭的主要結(jié)構(gòu)和組件：1、主控芯片2、感光芯片3、鏡頭4、電源(攝像頭內(nèi)部需要兩種工作電壓：3.3V和2.5V，因此好的攝像頭內(nèi)部電源也是保證攝像頭穩(wěn)定工作的一個因素)三、攝像頭的一些技術(shù)指標1、圖像解析度/分辨率(Resolution)：2、圖像格式(imageForma

3、t/Colorspace)RGB24,I42O是目前最常用的兩種圖像格式。RGB24:表示R、G、B三種顏色各8bit,最多可表現(xiàn)256級濃淡，從而可以再現(xiàn)256*256*256種顏色。I42O：YUV格式之一。其它格式有：RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。3、自動白平衡調(diào)整(AWB)定義：要求在不同色溫環(huán)境下，照白色的物體，屏幕中的圖像應也是白色的。色溫表示光譜成份，光的顏色。色溫低表示長波光成分多。當色溫改變時，光源中三基色(紅、綠、藍)的比例會發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來達到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實際。4、圖像壓縮方式JPEG：(jointphotographi

4、cexpertgroup)靜態(tài)圖像壓縮方式。一種有損圖像的壓縮方式。壓縮比越大，圖像質(zhì)量也就越差。當圖像精度要求不高存儲空間有限時，可以選擇這種格式。目前大部分數(shù)碼相機都使用JPEG格式。5、彩色深度(色彩位數(shù))反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，實際就是A/D轉(zhuǎn)換器的量化精度，是指將信號分成多少個等級。常用色彩位數(shù)(bit)表示。彩色深度越高，獲得的影像色彩就越艷麗動人。6、圖像噪音指的是圖像中的雜點干撓。表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點。7、視角與人的眼睛成像是相成原理，簡單說就是成像范圍。8、輸出/輸入接口四、攝像頭的一些硬件結(jié)構(gòu)從攝像頭的組成來看決定一個攝像頭的品質(zhì)從硬件上來說主要是

5、：鏡頭、主控芯片與感光丄芯片。1、鏡頭(LENS)鏡頭的組成是透鏡結(jié)構(gòu)，由幾片透鏡組成，一般有塑膠透鏡(plastic)或玻璃透鏡(glass)。通常攝像頭用的鏡頭構(gòu)造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透鏡越多，成本越高；玻璃透鏡比塑膠貴。因此一個品質(zhì)好的攝像頭應該是采用玻璃鏡頭，成像效果就相對塑膠鏡頭會好?，F(xiàn)在市場上的大多攝像頭產(chǎn)品為了降低成本，一般會采用塑膠鏡頭或半塑膠半玻璃鏡頭(即：1P、2P、1G1P、1G2P等)。2、感光芯片(SENSOR)感光芯片，也叫圖像傳感器，圖像傳感器分為兩類：CCD(chargecoupledevice)：電荷耦合器件CMOS(comp

6、lementarymetaloxidesemiconductor)：互補金屬氧化物半導體CCD的優(yōu)點是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復雜、成本高、功耗高。CMOS的優(yōu)點是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。目前，市場銷售的數(shù)碼攝像頭中，基本是CCD和CMOS平分秋色。在采用CMOS為感光元器件的產(chǎn)品中，通過采用影像光源自動增益補強技術(shù)，自動亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對比度

7、、邊緣增強以及伽馬矯正等先進的影像控制技術(shù)，完全可以達到與CCD攝像頭相媲美的效果。受市場情況及市場發(fā)展等情況的限制，攝像頭采用CCD圖像傳感器的廠商為數(shù)不多，主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。3、主控芯片(DSP)在DSP的選擇上，是根據(jù)攝像頭成本、市場接受程度來進行確定?，F(xiàn)在DSP廠商在設(shè)計、生產(chǎn)DSP的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，在各項技術(shù)指標上相差不是很大，只是有些DSP在細微的環(huán)節(jié)及驅(qū)動程序要進行進一步改進。4、圖像解析度/分辨率(Resolution):攝像頭的圖像解析度/分辨率也就是我們常說的多少像素的攝像頭，在實際應用中，攝像頭的像素越高，拍攝出來的圖像品質(zhì)就越好，但另一方面也

8、并不是像素越高越好，對于同一畫面，像素越高的產(chǎn)品它的解析圖像的能力也越強，但相對它記錄的數(shù)據(jù)量也會大得多，所以對存儲設(shè)備的要求也就高得多，因而在選擇時宜采用當前的主流產(chǎn)品。由于受到攝像頭價格、電腦硬件、成像效果等因素的影響，現(xiàn)在市面上的攝像頭基本在30萬像素這個檔次上進行銷售。還有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想，因此統(tǒng)治高像素攝像頭的市場仍然是CCD攝像頭。五、一些提高攝像頭清晰度、分辨率方法本次提高攝像象頭清晰度、分辨率方法由于考慮條件、成本、技術(shù)方面我們主要從改變一些影響SENSOR參數(shù)出發(fā)，初步得到了一些改進及效果CMOS(complementarymetaloxidesem

9、iconductor)：互補金屬氧化物半導體。CMOS的優(yōu)點是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對光源要求高。背光補償亮度對比度增益色調(diào)飽和度清晰度伽瑪白平衡溫度攝像頭SENSOR的可調(diào)參數(shù)有如下一些：BacklightCompenstaionBrightness3.ContrastGainHue6.Saturation7.SharpnessGammaWhiteBalanceTemperature基本解釋：1、背光補償背光補償能提供在非常強的背景光線前面目標的理想的曝光，無論主要的目標移到中間、上下左右或者熒幕的任一位置。一個不具有超強動態(tài)特色的普通攝

10、像機只有如1/60秒的快門速度和F2.0的光圈的選擇，然而一個主要目標后面的非常亮的背景或一個點光源是不可避免的，攝像機將取得所有近來光線的平均值并決定曝光的等級，這并不是一個好的方法，因為當快門速度增加的時候，光圈會被關(guān)閉導致主要目標變得太黑而不被看見。為了克服這個問題，一種稱為背光補償?shù)姆椒ㄍㄟ^加權(quán)的區(qū)域理論被廣泛使用在多數(shù)攝像機上。影像首先被分割成7塊或6個區(qū)域（兩個區(qū)域是重復的），每個區(qū)域都可以獨立加權(quán)計算曝光等級，例如中間部分就可以加到其余區(qū)塊的9倍，因此一個在畫面中間位置的目標可以被看得非常清晰，因為曝光主要是參照中間區(qū)域的光線等級進行計算。然而有一個非常大的缺陷，如果主要目標從中

11、閑移動到畫面的上下左右位置，目標會變得非常黑，因為現(xiàn)在它不被區(qū)別開來已經(jīng)不被加權(quán)。2、亮度亮度是指發(fā)光體（反光體）表面發(fā)光（反光）強弱的物理量。人眼從一個方向觀察光源，在這個方向上的光強與人眼所“見到”的光源面積之比，定義為該光源單位的亮度，即單位投影面積上的發(fā)光強度。亮度的單位是坎德拉/平方米（cd/m2）亮度是人對光的強度的感受。它是一個主觀的量。與亮度不同的，由物理定義的客觀的相應的量是光強。這兩個量在一般的日常用語中往往被混淆亮度（lightness）是顏色的一種性質(zhì)，或與顏色多明亮有關(guān)系的色彩空間的一個維度。在Lab色彩空間中，亮度被定義來反映人類的主觀明亮感覺。亮度是指畫面的明亮程

12、度，單位是堪德拉每平米（cd/m2）或稱nits，也就是每平方公尺分之燭光。目前提高顯示屏亮度的方法有兩種，一種是提高LCD面板的光通過率；另一種就是增加背景燈光的亮度，即增加燈管數(shù)量。需要注意的是，較亮的產(chǎn)品不見得就是較好的產(chǎn)品，顯示器畫面過亮常常會令人感覺不適，一方面容易引起視覺疲勞，同時也使純黑與純白的對比降低，影響色階和灰階的表現(xiàn)。因此提高顯示器亮度的同時，也要提高其對比度，否則就會出現(xiàn)整個顯示屏發(fā)白的現(xiàn)象。此外亮度的均勻性也非常重要，但在液晶顯示器產(chǎn)品規(guī)格說明書里通常不做標注。亮度均勻與否，和背光源與反光鏡的數(shù)量與配置方式息息相關(guān)，品質(zhì)較佳的顯示器，畫面亮度均勻，柔和不刺目，無明顯的

13、暗區(qū)?，F(xiàn)在在LCD亮度的技術(shù)研究方面，目前已經(jīng)達到800甚至更高，已經(jīng)接近CRT顯示器水準。此外液晶顯示器的亮度有不同標稱方式，例如典型亮度為350，最大亮度可能是400，具體是那種，廠商一般不做說明。因此會出現(xiàn)在一定范圍內(nèi)不能僅通過參數(shù)區(qū)分顯示器好壞的情況，購買液晶顯示器時還要綜合考慮對比度等因素，最好實際觀看顯示效果。3、對比度（Contrast）對比度指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級的測量，差異范圍越大代表對比越大，差異范圍越小代表對比越小，好的對比率120:1就可容易地顯示生動、豐富的色彩，當對比率高達300:1時，便可支持各階的顏色。但對比率遭受和亮度相同的

14、困境，現(xiàn)今尚無一套有效又公正的標準來衡量對比率，所以最好的辨識方式還是依靠使用者眼睛。對比度是畫面黑與白的比值，也就是從黑到白的漸變層次。比值越大，從黑到白的漸變層次就越多，從而色彩表現(xiàn)越豐富。在投影機行業(yè)有2種對比度測試方法，一種是全開/全關(guān)對比度測試方式，即測試投影機輸出的全白屏幕與全黑屏幕亮度比值。另一種是對比度，它采用標準測試方法測試對比度，對比度測試方法采用點黑白相間色塊，個白色區(qū)域亮度平均值和個黑色區(qū)域亮度平均值之間的比值即為對比度。這兩種測量方法得到的對比度值差異非常大，這也是不同廠商的產(chǎn)品在標稱對比度上差異大的一個重要原因。對比度對視覺效果的影響非常關(guān)鍵，一般來說對比度越大，圖

15、像越清晰醒目，色彩也越鮮明艷麗；而對比度小，則會讓整個畫面都灰蒙蒙的。高對比度對于圖像的清晰度、細節(jié)表現(xiàn)、灰度層次表現(xiàn)都有很大幫助。在一些黑白反差較大的文本顯示、顯示和黑白照片顯示等方面，高對比度產(chǎn)品在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有優(yōu)勢。相對而言，在色彩層次方面，高對比度對圖像的影響并不明顯。對比度對于動態(tài)視頻顯示效果影響要更大一些，由于動態(tài)圖像中明暗轉(zhuǎn)換比較快，對比度越高，人的眼睛越容易分辨出這樣的轉(zhuǎn)換過程。4、增益（gain）增益對元器件、電路、設(shè)備或系統(tǒng)，其電流、電壓或功率增加的程度。通常以分貝（dB）數(shù)來規(guī)定5、色調(diào)（Hue）色調(diào)指的是一幅畫中畫面色彩的總體傾向，是大的色彩效果。

16、在大自然中，我們經(jīng)常見到這樣一種現(xiàn)象：不同顏色的物體或被籠罩在一片金色的陽光之中，或被籠罩在一片輕紗薄霧似的、淡藍色的月色之中；或被秋天迷人的金黃色所籠罩；或被統(tǒng)一在冬季銀白色的世界之中。這種在不同顏色的物體上，籠罩著某一種色彩，使不同顏色的物體都帶有同一色彩傾向，這樣的色彩現(xiàn)象就是色調(diào)。色調(diào)是指物體反射的光線中以哪種波長占優(yōu)勢來決定的，不同波長產(chǎn)生不同顏色的感覺，色調(diào)是顏色的重要的特征，它決定了顏色本質(zhì)的根本特征色調(diào)不是指顏色的性質(zhì)，而是對一幅繪畫作品的整體顏色的概括評價。色調(diào)是指一幅作品色彩外觀的基本傾向。在明度、純度、色相這三個要素中，某種因素起主導作用，我們就稱之為某種色調(diào)。一幅繪畫作

17、品雖然用了多種顏色，但總體有一種傾向，是偏蘭或偏紅，是偏暖或偏冷等等。這種顏色上的傾向就是一副繪畫的色調(diào)。通常可以從色相、明度、冷暖、純度四個方面來定義一幅作品的色調(diào)。色調(diào)在冷暖方面分為暖色調(diào)與冷色調(diào)：紅色、橙色、黃色-為暖色調(diào)，象征著：太陽、火焰。綠色、蘭色、黑色-為冷色調(diào)，象征著：森林、大海、藍天?；疑?、紫色、白色-為中間色調(diào)；冷色調(diào)的亮度越高，其整體感覺越偏暖，暖色調(diào)的亮度越高，其整體感覺越偏冷。冷暖色調(diào)也只是相對而言，譬如說，紅色系當中，大紅與玫紅在一起的時候，大紅就是暖色，而玫紅就被看作是冷色，又如，玫紅與紫羅藍同時出現(xiàn)時，玫紅就是暖色。6、飽和度飽和度是指色彩的鮮艷程度，也稱色彩的

18、純度。飽和度取決于該色中含色成分和消色成分（灰色）的比例。含色成分越大，飽和度越大；消色成分越大，飽和度越小飽和度(Saturation)是色彩的構(gòu)成要素之一，亦是攝影者相當重視的項目，以下，我們便針對飽和度的問題做一綜合的探討。飽和度其實是色彩的純度，純度越高，表現(xiàn)越鮮明，純度較低，表現(xiàn)則較黯淡。7、清晰度清晰度指影像上各細部影紋及其邊界的清晰程度。清晰度，一般是從錄像機角度出發(fā)，通過看重放圖像的清晰程度來比較圖像質(zhì)量，所以常用清晰度一詞。而攝像機一般使用分解力一詞來衡量它分解被攝景物細節(jié)的能力。單位是電視行(Tin)也稱線意思是從水平方向上看，相當于將每行掃描線豎立起來，然后乘上4/3()，構(gòu)成水平方向的總線，稱水平分解力。7、伽瑪伽瑪值(Gamma)，表示圖象輸出值與輸入值關(guān)系的斜線。(有時也用于描述屏幕的反差)Gamma可能源于CRT(顯示器/電視機)的響應曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)系。歸