攝像頭模組知識(shí)介紹

1、,攝像頭模組（CCM）知識(shí)介紹,目錄,二、結(jié)構(gòu)及工作原理,一、 攝像頭模組簡介,三、關(guān)鍵組件介紹,四、技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)術(shù)語,五、技術(shù)發(fā)展,一 攝像頭模組簡介,概念,攝像頭（CAMERA）又稱為電腦相機(jī)、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設(shè)備，在過去被廣泛的運(yùn)用于視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術(shù)的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這使得它的價(jià)格降到普通人可以承受的水平。現(xiàn)在，CA

2、MERA被廣泛應(yīng)用于mobile phone、PDA及Tablet PC，這樣也促進(jìn)感光成像技術(shù)的進(jìn)一步提高，例如500萬像素、800萬像素、1000萬等。,發(fā)展及應(yīng)用,全球第一款內(nèi)置攝像頭的手機(jī) —,分辨率: 90×130像素： 10WSensor：CCD,2000年9月 夏普J(rèn)-SH04,發(fā)展及應(yīng)用,全球第一款內(nèi)置1000攝像頭的手機(jī) —,像素： 1000WSensor：CCD變焦：3X光學(xué)和5X數(shù)

3、字,2006年 三星SCH-B600,公司采用攝像頭模組的產(chǎn)品 —PDA,分辨率: 2048×1536像素： 300WSensor：CMOS,發(fā)展及應(yīng)用,1、緊湊攝像模組(Compact Camara Module),2、CMOS 攝像模組(Cmos Camara Module),3、手機(jī)攝像模組(Cellphone Camara Mo

4、dule),CCM 定義,CCM 外觀,分類,Digital camera 數(shù)字式 數(shù)字?jǐn)z像頭是直接將攝像單元和視頻捕捉單元集成在一起，然后通過串、并口或者USB接口連接到HOST SYSTEM上?，F(xiàn)在CAMERA市場上的攝像頭基本以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z像頭中又以使用新型數(shù)據(jù)傳輸接口的USB數(shù)字?jǐn)z像頭為主（獨(dú)立），在手機(jī)上主要是直接通過IO(BTB, USB, MINI USB…)與HOST SYSTEM連接，經(jīng)過

5、HOST SYSTEM的編輯后以數(shù)字信號(hào)輸出到DISPLAY上顯示。目前CAMERA市場上主流的CAMERA全部是DIGITAL CAMERA。,Simulant camera 模擬式 模擬攝像頭是將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而將其儲(chǔ)存到SYSTEM MEMORY 里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號(hào)必須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到HOST SYSTEM上運(yùn)用

6、，經(jīng)過HOST SYSTEM的編輯，通過DISPLAY顯示和輸出。,二 結(jié)構(gòu)及工作原理,CCM主要組成部分,CCM主要的組成部分由: 鏡頭(Lens)，紅外濾光片（IR Filter），圖像傳感器（Sensor IC）、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）及軟板（FPC），其中有些Sensor IC是集成了DSP，有些是沒有集成DSP，沒有集成DSP的module需要外部外掛DSP。,Sensor內(nèi)部工作原理,外部光線穿過Lens后，經(jīng)過IR

7、Filter濾波后照射到Sensor面上， Sensor將從Lens上傳導(dǎo)過來的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。如果Sensor沒有集成DSP，則通過DVP的方式傳輸?shù)絙aseband，此時(shí)的數(shù)據(jù)格式是RAW RGB。,OV3640結(jié)構(gòu)圖,OV3640集成了DSP，則RAW DATA 數(shù)據(jù)經(jīng)過AWB、Color Matrix、Lens Shading、Gamma、Sharpness、AE和De-noise處理，后輸出

8、YUV或者RGB格式的數(shù)據(jù)。,DVP傳輸方式介紹,DVP(Digital Video Port)分為三個(gè)部分： 1）輸出總線； 2）輸入總線； 3）電源總線。,Data Path of Images in OMAP ISP,,ISP,三 關(guān)鍵組件介紹,Lens （鏡頭）,一般CAMERA的鏡頭結(jié)構(gòu)是有幾片透鏡組成，分有塑膠透鏡（PLASTIC)和玻璃透鏡(GLASS)，通常CAMERA用的鏡頭結(jié)構(gòu)有：1P。

9、2P，1G1P，1G3P，2G2P，4G等。透鏡越多，成本越高；玻璃透鏡比塑膠透鏡貴，但是玻璃透鏡的成像效果比塑膠透鏡的成像效果要好。目前市場上針對(duì)Mobile Phone配置的CAMERA以1G3P（1片玻璃透鏡和3片塑膠透鏡組成）為主，目的是降低成本。,Lens （鏡頭）,作用：將影像捕捉后呈現(xiàn)在圖像感光器上,焦距：EFL (Effective Focal Length) 一般用 f 表示。定義：在光學(xué)系統(tǒng)中，主平面到焦點(diǎn)的距離

10、。視場角：View Angle (Field Of View) 一般用ω表示半視角。定義：入瞳中心對(duì)物的張角或出瞳中心對(duì)像的張角。光圈（相對(duì)孔徑）定義：焦距與入瞳直徑之比，一般用F或F/NO表示?；儯篋istortion定義：實(shí)際像高與理想像高的差異，分桶形和枕形畸變，在光學(xué)設(shè)計(jì)中，通常用q’來表示，一般采用百分比形式。相對(duì)照度：Relative Illuminance定義：邊緣亮度與中心亮度之比，一般要大于55%，

11、否則容易出現(xiàn)黑角現(xiàn)象。,鏡頭廠家主要集中在臺(tái)灣、日本和韓國，鏡頭這種光學(xué)技術(shù)含量最高的產(chǎn)業(yè)具備非常高的產(chǎn)業(yè)門檻，極少有新企業(yè)進(jìn)入此領(lǐng)域，臺(tái)灣企業(yè)更是成本優(yōu)勢(shì)明顯，市場占有率超過65%。,紅外濾光片（IR Filter）,紅外濾光片：消除投射到Sensor上不必要的光線，防止Sensor產(chǎn)生偽色/波紋，以提高其有效分辨率和彩色還原性。,RGB原色分色法: 就是三原色分色法，幾乎所有的人類眼睛可以識(shí)別的顏色都可以通過R.G.B來組成，RG

12、B就是通過這三個(gè)通道的顏色調(diào)節(jié)而成。 CMYK補(bǔ)色分色法: 由四個(gè)通道的顏色配合而成，分別是青（C）、洋紅（M）、黃（Y）、黑（K），但是調(diào)節(jié)出來的顏色不如RGB的顏色多。,Sensor IC,在攝像頭模組的主要組件中，最重要的個(gè)人認(rèn)為就是圖像傳感器了，因?yàn)楦泄馄骷?duì)成像質(zhì)量的重要性不言而喻。 Sensor將從lens上傳導(dǎo)過來的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過內(nèi)部的DA轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由于Sensor的每個(gè)

13、pixel只能感光R光、B光或G光，因此每個(gè)像素此時(shí)存貯的是單色的，我們稱之為RAW DATA數(shù)據(jù)。要想將每個(gè)像素的RAW DATA數(shù)據(jù)還原成三基色，就需要ISP來處理。,種類： CCD（Charge Couple Device）:電荷耦合器件 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）:互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體,Sensor IC,CCD、CMOS 比較,Sony ICX452：1/1

14、.8英寸、513萬像素,OV3610：1/4英寸、300萬像素,Sensor IC,CCD傳感器模塊日本廠商主導(dǎo)、CMOS傳感器模組美國、韓國廠商主導(dǎo)。,目前國內(nèi)及全球Sensor的使用情況,全球CCD模組市場有超過90％的市場份額由日本廠商壟斷而且多用于數(shù)碼相機(jī)和日本本土的手機(jī)攝像頭，且索尼、松下、夏普為市場龍頭。 CMOS 傳感器模組由美商OmniVision（豪威）、Agilent（安捷倫）、Micron（美光）為龍頭

15、，韓國三星、現(xiàn)代、臺(tái)灣原相、銳相為中堅(jiān)，掌握著全球CMOS傳感器模組市場。,目前在國內(nèi)還是OmniVision（簡稱OV）一統(tǒng)天下，其余Sensor相互并存的局面，OV目前占了國內(nèi)整個(gè)市場的85%以上。,數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP,DSP（Digital Signal Processing）通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理（RGB/YUV→JPEG），并把處理后的信號(hào)傳到存儲(chǔ)或顯示部件。,DSP結(jié)構(gòu)框架:(1

16、). ISP（image signal processor）（鏡像信號(hào)處理器）(2). JPEG encoder（JPEG圖像解碼器）,常見的連接方式,金手指(ZIF)連接,連接器(Connector)連接,插座(Socket)連接,四 技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)術(shù)語,分辨率（Resolution）,分辨率是用于度量位圖圖像內(nèi)數(shù)據(jù)量多少的一個(gè)參數(shù)，通常用像素來表示。簡單地說，攝像頭的分辨率是指攝像頭解析圖象的能力，也即攝像頭的影像傳感器

17、的像素?cái)?shù)。最高分辨率就是指攝像頭能最高分辨圖像能力的大小，即攝像頭的最高像素?cái)?shù)。,500W像素：QSXGA（2592 x1944）300W像素：QXGA（2048 x1536）130W像素：SXGA (1280 x1024) 80W像素： XGA (1024 x768) 50W像素： SVGA (800 x600) 30W像素： VGA (640x480) 10W像素： CIF(352x288),分辨率以乘法形式表示，如1

18、024x768，“1024”表示屏幕上水平方向顯示的點(diǎn)數(shù)，“768”表示垂直方向的點(diǎn)數(shù)。,像素（Pixels）,“像素”是相機(jī)感光器件上的感光最小單位。就像是光學(xué)相機(jī)的感光膠片的銀粒一樣，記憶在數(shù)碼相機(jī)的“膠片”（存儲(chǔ)卡）上的感光點(diǎn)就是像素；要想得到分辨率高（也就是細(xì)膩的照片），就必須保證有一定的像素?cái)?shù)； 照片的清晰度不是取決于像素?cái)?shù)，而是取決于像素的“點(diǎn)密度”（就是圖片的分辨率）（用ppi表示，單位是“像素/英寸”），

19、“像素?cái)?shù)”和“點(diǎn)密度”是兩個(gè)概念，“像素?cái)?shù)”（點(diǎn)數(shù)）是感光點(diǎn)的總量，而“點(diǎn)密度”是單位面積上的點(diǎn)數(shù)（像素點(diǎn)），只有單位面積上的感光點(diǎn)數(shù)越多，拍出的照片才越細(xì)膩。所以，反映照片清晰程度的參數(shù)是“點(diǎn)密度”（圖片分辨率），而非總的點(diǎn)數(shù)。,圖像格式(image Format/ Color space),RGB格式: 采用這種編碼方法，每種顏色都可用三個(gè)變量來表示紅色、綠色以及藍(lán)色的強(qiáng)度。每一個(gè)像素有三原色R紅色、G綠色、B藍(lán)色組成。常用格式：

20、RGB24，RGB444，RGB565等。YUV格式: 是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法，屬于PAL。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，就是灰階值；而“U”和“V”表示色度(Chrominance或Chroma)，是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。常用格式：YUV422，YUV420等。RAW DATA格式: 是CCD或CMOS在將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)的電平高低的原始記錄，單純地將沒有進(jìn)

21、行任何處理的圖像數(shù)據(jù)，即攝像元件直接得到的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理而得到的。,白平衡處理技術(shù)（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(yīng)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(dāng)色溫改變時(shí)，光源中三基色（紅、綠、藍(lán)）的比例會(huì)發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)三基色的比例來達(dá)到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實(shí)際。 如中午時(shí)分拍照，到了夕陽時(shí)候拍照的兩種色調(diào)是不一樣的，此時(shí)便需要利用白

22、平衡功能來做修正 使得在任何光源下拍攝一塊白色物體都是白色，其他的顏色也要求準(zhǔn)確的還原。,應(yīng)用：場景模式,變焦（ZOOM）,變焦分兩種，一種是數(shù)字變焦（ Digital Zoom ）；一種是光學(xué)變焦（ Optical Zoom）。手機(jī)上，多數(shù)都采用數(shù)碼變焦。,數(shù)碼變焦是通過攝像頭模組內(nèi)部的處理器，原來sensor上的一部份像素使用“插值”處理手段將畫面放大到整個(gè)畫面，從而達(dá)到放大目的。這種手法如同用圖像處理軟件把圖片的面積改大。由于焦

23、距沒有變化，圖像質(zhì)量是相對(duì)于正常情況下較差。因此，數(shù)字變焦并沒有太大的實(shí)際意義,光學(xué)變焦是通過鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，視角和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺像物體遞進(jìn)的感覺。,彩色深度（色彩位數(shù)，Bit Depth）,反映對(duì)色彩的識(shí)別能力和成像的色彩表現(xiàn)能力，即用多少位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄三種原色； 非專業(yè)相機(jī)的Sensor一般是24位，專業(yè)型相

24、機(jī)的Sensor至少是36位的； 24位的Sensor，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^8=256級(jí)，每一種原色用一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是256×256×256約1677萬種； 36 位的Sensor，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^12=4096級(jí)，每一種原色用一個(gè)12 位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是4096 × 40

25、96 × 4096約68.7億種。,鏡頭均勻性也就是畫面中心的影像的明亮度到四周邊的明亮度的比值，用來描述拍照（特別是白色畫面）的均勻性，行業(yè)內(nèi)稱為：Lens Shading,鏡頭均勻性（ Lens Shading ）,Lens Shading OFF,Lens Shading ON,對(duì)于2M以上一般要求鏡頭的均勻性要大于85%,四 技術(shù)發(fā)展,背照式CMOS（BSI）,優(yōu)勢(shì)： ? 1）在傳統(tǒng)CMOS感光元件中，感光二極

26、管位于電路晶體管后方，進(jìn)光量會(huì)因遮擋受到影響；而背照式CMOS將它掉轉(zhuǎn)方向，讓光線首先進(jìn)入感光二極管，從而增大感光量； ? 2）顯著提高低光照條件下的拍攝效果，同時(shí)也降低了像素之間的干擾，消除了早期正面照射CMOS傳感器存在的噪聲問題。,典型機(jī)型：iphone4S，魅族mx，HTC Sensation XL，索尼 LT26i,背照式CMOS圖像傳感器是相機(jī)領(lǐng)域的熱門，在未來將會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)爆發(fā)式的增長，也會(huì)對(duì)CCD市場形成有力的沖擊。,P

27、ureView,2012世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC 2012)”主題展會(huì)上，諾基亞發(fā)布了首款使用PureView技術(shù)的手機(jī)諾基亞808 PureView，搭載了令世界震驚的4100萬像素傳感器。,核心部件和技術(shù)：感光元件、卡爾蔡司光學(xué)鏡頭和諾基亞圖像算法專利技術(shù) ；過采樣技術(shù)：將4100萬像素的圖像“濃縮”到500萬像素的圖像，每8個(gè)像素點(diǎn)會(huì)被整合成一個(gè)“超級(jí)像素點(diǎn)”。（噪點(diǎn)少，成像質(zhì)量高） ；無損數(shù)碼變焦：在拍攝時(shí)，手機(jī)會(huì)以500萬