Camera的基础理论和工作原理

时间:2024-03-26 14:21:15

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Camera工作原理
光线→镜头Lens→IR Filter过滤红外光→sensor将光信号转化为电信号(材质有CMOS和CCD两种)→ADC转为数字信号→DSP处理→RGB/YUV格数输出

镜头:
  常用的镜头结构有1P、2P、1G1P、1G2P、。。5G等,透镜越多,成本越高,相对成像效果越好。
Camera的基础理论和工作原理

红外滤光片IR Filter
  人眼无法看到红外光,但是sensor能感受到,所以需过滤掉红外光,使得图像更接近人眼所看到的效果。

传感器Sensor
  CCD(电荷耦合)原件:将光线转化为电荷,模数转换成电信号;
CCD的优点是灵敏度高,噪声小,信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高,像素提升难度大。
  CMOS(金属氧化物)原件:使得CMOS上共存N(-)和P(+),互补产生电流;
  CMOS的优点是集成度高(将ADC与讯号处理器整合,具备了数字化传输接口,不需要进行AD转换,可以大幅缩小体积)、功耗低、成本低,结构便于进行高速的并行读取。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。
 (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GAMMA校正等技术进行影像控制技术,完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。 )

ISP是独立还是内置,对最终拍照效果并没有决定性影响,并不像PC上的独立显卡与集成显卡有那么大差异,最终效果还是要看ISP的调试。
ISP.Image Singal Processor 图像信号处理器:
  AEC(Automatic Exposure Control)自动曝光;当外界光线较弱时, CMOS成像芯片工作电流较小,所成图像偏暗,这时要适当增加曝光时间进行背光补偿;光线充足或较强时,要适当减少曝光时间,防止曝光过度,图像发白。
  AWB(Automatic White Balance) 自动白平衡;对色温环境所造成的颜色偏差和拍摄一起本身所固有的色彩通道增益的偏差进行统一补偿,从而让获得的图像能正确反映物体的真实色彩。
  AGC(Automatic Gain Control)自动增益控制;使放大电路的增益自动地随信号强度而增强的自动控制方法;当弱信号输入,线性放大电路工作;反之启动压缩放大电路。
  色彩校正(Color Correction);颜色饱和度(Saturation)、亮度(Brightness)的调整;
  Gamma校正(Dark Level Contrast 暗级对比);
  ABL、AWL(Auto Black Level、Auto White Leve)自动黑、白电平;向上调节黑电平,图片将变暗;低于黑电平的像素会全部显示成黑色以遮盖暗场噪点;一般来说黑电平数组越低说明屏幕再暗场的显示效果越好。

DSP.Digital Singal Processor 数字信号处理
  可以做些拍照以及回显(JPEG的解码)、录像以及回放(Video 的编解码)、H.264(MPEG 视频编码层的标准格式)的编解码等。
JPEG是静态图像压缩方式,压缩比越大,图像质量也就越差,是一种有损的压缩方式,常用于图像精度要求不高存储空间有限的状况下。

DVP.Digital video prot 数字视频端口
  DVP结构主要包括三个部分:输出总线、输入总线、电源总线
Camera的基础理论和工作原理

输入总线:
  PWDN(power down)是Camera的使能引脚,有两种配置,一种是standby模式(一切对Camera的操作都无效,包括复位)。所以在reset之前一定要将PWDN设为normal模式。
  RESET是Camera的复位引脚,恢复到出厂默认状态,只有当 XCLK开启状态下,复位才有效。
  XCLK是Camera工作时钟总线,此引脚为BB ISP为Camera提供的。
  IIC是Camera于BB ISP的总线通道。(数据的读写 应答)主要由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成同步串行总线。
  
IIC半双工通信总线时序
  初始化:SDA和SCL均为高
  开始信号:SCL保持高电平,SDA拉低(由高到低)
  结束信号:SCL保持高电平,SDA拉高(由低到高)
  数据传输:先传送最高位MSB,SDA上的数据必须在SCL高电平周期时保持稳定,数据的高低电平翻转变化发生在SCL低电平时期。
以传输Byte:1010 1010 (0xAAh)为例,SDA SCL传输时序如下所示:
  SCL由低到高的期间,将数据传输给SDA。在一个字节发送完成后,将SCL=0;SDA=1,预先准备对应答信号的判断;(跟图有点出入)
应答信号:低电平为ACK,高电平为NACK(由从机发送),在SCL为高电平进行判断。将SCL拉高,判断SDA是否由高电平变为低电平。接受到NACK,则表示从机忙或其他原因无法响应,从而结束总线。
Camera的基础理论和工作原理
Camera的基础理论和工作原理

IIC通信过程

首先发送起始信号,后面必须传送7位从机地址(每个接到IIC总线上的器件都有唯一的地址,最多位2^7-1=127个,0x00位广播地址不用)+ 一位读写位;接受应答后,开始读写操作,每次读写都要判断应答,最后是结束信号。

输出总线:
  Data是Camera的数据引脚,可以输出YUV、RGB、JPEG等格式。
  VSYNC是Camera的帧同步信号引脚,一个VSYNC信号结束表示一帧(即一个画面)的数据输出完毕。(vertical)
  HSYNC是Camera的行同步引脚。一个HSYNC信号结束表示一行的数据已经输出完毕。(horizontal)
(垂直同步和行同步 保证一个画面的传输?)
  PCLK是像素同步引脚。一个PCLK信号结束表示一个像素点的数据已经输出完毕。(pixel)

电源总线:
  AVDD是Camera的模拟(Analog)电压(给芯片中的模拟器件)
  DOVDD是Camera的GPIO数字电压(是芯片引脚出来的电压)
  DVDD是Camera的数字电压(给芯片中的数字信号供电)
Camera的基础理论和工作原理

一般得按照DOVDD、AVDD、DVDD的顺序提供电压。