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摄像头工作原理及简单提高图片清晰度,分辨率.doc

你把我伤的深_
2017-09-28 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《摄像头工作原理及简单提高图片清晰度,分辨率.docdoc》,可适用于综合领域

摄像头工作原理及简单提高图片清晰度,分辨率doc摄像头的工作原理一、摄像头的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AD(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。注:图像传感器(SENSOR)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。注:数字信号处理芯片DSP(DIGITALSIGNALPROCESSING)功能:主要是通过一系列复杂的数学算法运算对数字图像信号参数进行优化处理并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。(DSP结构框架:ISP(imagesignalprocessor)(镜像信号处理器)JPEGencoder(JPEG图像解码器)USBdevicecontroller(USB设备控制器))二、摄像头的主要结构和组件从摄像头的工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件:、主控芯片、感光芯片、镜头、电源(摄像头内部需要两种工作电压:V和V因此好的摄像头内部电源也是保证摄像头稳定工作的一个因素)三、摄像头的一些技术指标、图像解析度分辨率(Resolution):、图像格式(imageFormatColorspace)RGB,I是目前最常用的两种图像格式。RGB:表示R、G、B三种颜色各bit最多可表现级浓淡从而可以再现**种颜色。I:YUV格式之一。其它格式有:RGBRGBYUV::等。、自动白平衡调整(AWB)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。、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。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。、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AD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。、图像噪音指的是图像中的杂点干挠。表现为图像中有固定的彩色杂点。、视角与人的眼睛成像是相成原理简单说就是成像范围。、输出输入接口四、摄像头的一些硬件结构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(LENS)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:P、P、GP、GP、GP、G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。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:P、P、GP、GP等)。、感光芯片(SENSOR)感光芯片也叫图像传感器图像传感器分为两类:CCD(chargecoupledevice):电荷耦合器件CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor):互补金属氧化物半导体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)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。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。目前市场销售的数码摄像头中基本是CCD和CMOS平分秋色。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。、主控芯片(DSP)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。现在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。、图像解析度分辨率(Resolution):摄像头的图像解析度分辨率也就是我们常说的多少像素的摄像头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现在市面上的摄像头基本在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。五、一些提高摄像头清晰度、分辨率方法本次提高摄像象头清晰度、分辨率方法由于考虑条件、成本、技术方面我们主要从改变一些影响SENSOR参数出发初步得到了一些改进及效果CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor):互补金属氧化物半导体。CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。摄像头SENSOR的可调参数有如下一些:BacklightCompenstaion背光补偿Brightness亮度Contrast对比度Gain增益Hue色调Saturation饱和度Sharpness清晰度Gamma伽玛WhiteBalanceTemperature白平衡温度基本解释:、背光补偿背光补偿能提供在非常强的背景光线前面目标的理想的曝光无论主要的目标移到中间、上下左右或者荧幕的任一位置。一个不具有超强动态特色的普通摄像机只有如秒的快门速度和F的光圈的选择然而一个主要目标后面的非常亮的背景或一个点光源是不可避免的摄像机将取得所有近来光线的平均值并决定曝光的等级这并不是一个好的方法因为当快门速度增加的时候光圈会被关闭导致主要目标变得太黑而不被看见。为了克服这个问题一种称为背光补偿的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。影像首先被分割成块或个区域(两个区域是重复的)每个区域都可以独立加权计算曝光等级例如中间部分就可以加到其余区块的倍因此一个在画面中间位置的目标可以被看得非常清晰因为曝光主要是参照中间区域的光线等级进行计算。然而有一个非常大的缺陷如果主要目标从中闲移动到画面的上下左右位置目标会变得非常黑因为现在它不被区别开来已经不被加权。、亮度亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。人眼从一个方向观察光源在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比定义为该光源单位的亮度即单位投影面积上的发光强度。亮度的单位是坎德拉平方米(cdm)亮度是人对光的强度的感受。它是一个主观的量。与亮度不同的由物理定义的客观的相应的量是光强。这两个量在一般的日常用语中往往被混淆亮度(lightness)是颜色的一种性质或与颜色多明亮有关系的色彩空间的一个维度。在Lab色彩空间中亮度被定义来反映人类的主观明亮感觉。亮度是指画面的明亮程度单位是堪德拉每平米(cdm)或称nits也就是每平方公尺分之烛光。目前提高显示屏亮度的方法有两种一种是提高LCD面板的光通过率另一种就是增加背景灯光的亮度即增加灯管数量。需要注意的是较亮的产品不见得就是较好的产品显示器画面过亮常常会令人感觉不适一方面容易引起视觉疲劳同时也使纯黑与纯白的对比降低影响色阶和灰阶的表现。因此提高显示器亮度的同时也要提高其对比度否则就会出现整个显示屏发白的现象。此外亮度的均匀性也非常重要但在液晶显示器产品规格说明书里通常不做标注。亮度均匀与否和背光源与反光镜的数量与配置方式息息相关品质较佳的显示器画面亮度均匀柔和不刺目无明显的暗区。现在在LCD亮度的技术研究方面目前已经达到甚至更高已经接近CRT显示器水准。此外液晶显示器的亮度有不同标称方式例如典型亮度为最大亮度可能是具体是那种厂商一般不做说明。因此会出现在一定范围内不能仅通过参数区分显示器好坏的情况购买液晶显示器时还要综合考虑对比度等因素最好实际观看显示效果。、对比度(Contrast)对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量差异范围越大代表对比越大差异范围越小代表对比越小好的对比率:就可容易地显示生动、丰富的色彩当对比率高达:时便可支持各阶的颜色。但对比率遭受和亮度相同的困境现今尚无一套有效又公正的标准来衡量对比率所以最好的辨识方式还是依靠使用者眼睛。对比度是画面黑与白的比值也就是从黑到白的渐变层次。比值越大从黑到白的渐变层次就越多从而色彩表现越丰富。在投影机行业有种对比度测试方法一种是全开全关对比度测试方式即测试投影机输出的全白屏幕与全黑屏幕亮度比值。另一种是ANSI对比度它采用ANSI标准测试方法测试对比度ANSI对比度测试方法采用点黑白相间色块个白色区域亮度平均值和个黑色区域亮度平均值之间的比值即为ANSI对比度。这两种测量方法得到的对比度值差异非常大这也是不同厂商的产品在标称对比度上差异大的一个重要原因。对比度对视觉效果的影响非常关键一般来说对比度越大图像越清晰醒目色彩也越鲜明艳丽而对比度小则会让整个画面都灰蒙蒙的。高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大帮助。在一些黑白反差较大的文本显示、CAD显示和黑白照片显示等方面高对比度产品在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有优势。相对而言在色彩层次方面高对比度对图像的影响并不明显。对比度对于动态视频显示效果影响要更大一些由于动态图像中明暗转换比较快对比度越高人的眼睛越容易分辨出这样的转换过程。、增益(gain)增益对元器件、电路、设备或系统其电流、电压或功率增加的程度。通常以分贝(dB)数来规定、色调(Hue)色调指的是一幅画中画面色彩的总体倾向是大的色彩效果。在大自然中我们经常见到这样一种现象:不同颜色的物体或被笼罩在一片金色的阳光之中或被笼罩在一片轻纱薄雾似的、淡蓝色的月色之中或被秋天迷人的金黄色所笼罩或被统一在冬季银白色的世界之中。这种在不同颜色的物体上笼罩着某一种色彩使不同颜色的物体都带有同一色彩倾向这样的色彩现象就是色调。色调是指物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的不同波长产生不同颜色的感觉色调是颜色的重要的特征它决定了颜色本质的根本特征色调不是指颜色的性质而是对一幅绘画作品的整体颜色的概括评价。色调是指一幅作品色彩外观的基本倾向。在明度、纯度、色相这三个要素中某种因素起主导作用我们就称之为某种色调。一幅绘画作品虽然用了多种颜色但总体有一种倾向是偏兰或偏红是偏暖或偏冷等等。这种颜色上的倾向就是一副绘画的色调。通常可以从色相、明度、冷暖、纯度四个方面来定义一幅作品的色调。色调在冷暖方面分为暖色调与冷色调:红色、橙色、黄色为暖色调象征着:太阳、火焰。绿色、兰色、黑色为冷色调象征着:森林、大海、蓝天。灰色、紫色、白色为中间色调冷色调的亮度越高其整体感觉越偏暖暖色调的亮度越高其整体感觉越偏冷。冷暖色调也只是相对而言譬如说红色系当中大红与玫红在一起的时候大红就是暖色而玫红就被看作是冷色又如玫红与紫罗蓝同时出现时玫红就是暖色。、饱和度饱和度是指色彩的鲜艳程度也称色彩的纯度。饱和度取决于该色中含色成分和消色成分(灰色)的比例。含色成分越大饱和度越大消色成分越大饱和度越小饱和度(Saturation)是色彩的构成要素之一亦是摄影者相当重视的项目以下我们便针对饱和度的问题做一综合的探讨。饱和度其实是色彩的纯度纯度越高表现越鲜明纯度较低表现则较黯淡。、清晰度清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度。清晰度一般是从录像机角度出发通过看重放图像的清晰程度来比较图像质量所以常用清晰度一词。而摄像机一般使用分解力一词来衡量它“分解被摄景物细节”的能力。单位是“电视行(TVLine)”也称线意思是从水平方向上看相当于将每行扫描线竖立起来然后乘上()构成水平方向的总线称水平分解力。、伽玛伽玛值(Gamma),表示图象输出值与输入值关系的斜线。(有时也用于描述屏幕的反差)Gamma可能源于CRT(显示器电视机)的响应曲线即其亮度与输入电压的非线性关系。归一化后我们通常可以用一简单的函数来表示:output=input^gammagamma就是指数函数中的幂、白平衡温度白平衡字面上的理解是白色的平衡。白平衡是描述显示器中红、绿、兰三基色混合生成后白色精确度的一项指标。白平衡是电视摄像领域一个非常重要的概念通过它可以解白平衡调节决色彩还原和色调处理的一系列问题。白平衡字面上的理解是白色的平衡。那什么是白色,这就涉及到一些色彩学的知识白色是指反射到人眼中的光线由于蓝、绿、红三种色光比例相同且具有一定的亮度所形成的视觉反应。我们都知道白色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的而这七种色光又是有红、绿、蓝三原色按不同比例混合形成当一种光线中的三原色成分比例相同的时候习惯上人们称之为消色黑、白、灰、金和银所反射的光都是消色。通俗的理解白色是不含有色彩成份的亮度。人眼所见到的白色或其他颜色同物体本身的固有色、照相机光源的色温、物体的反射或透射特性、人眼的视觉感应等诸多因素有关(请参阅《色彩学原理》)举个简单的例子当有色光照射到消色物体时物体反射光颜色与入射光颜色相同既红光照射下白色物体呈红色两种以上有色光同时照射到消色物体上时物体颜色呈加色法效应如红光和绿光同时照射白色物体该物体就呈黄色。当有色光照射到有色物体上时物体的颜色呈减色法效应。如黄色物体在品红光照射下呈现红色在青色光照射下呈现绿色在蓝色光照射下呈现灰色或黑色。

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