Camera | 1.Camera基礎(chǔ)知識

一口君最近在玩瑞芯微的板子，之前寫了幾篇基于瑞芯微的文章，大家可以學(xué)習(xí)一下。

最近移植了2款ov系列攝像頭,順便把v4l2架構(gòu)捋了一下，計劃更新幾篇基于瑞芯微平臺的Camera相關(guān)文章，Camera相關(guān)知識點較多，個人精力有限，先開始第一篇。

1. Camera簡介

攝像頭，大家已經(jīng)非常熟悉了，遍布在生活的方方面面。

尤其這上段時間炒的非常火的南京醫(yī)生上門打小孩老人事件，由于有視頻有真相，魯醫(yī)生直接被陷入萬劫不復(fù)的境地。

其中的是非對錯本文不討論了，法律和道德自有評判。

但這說明了，攝像頭對我們的日常生活影響實在太大了。

2. 攝像頭分類

根據(jù)不同參數(shù)，攝像頭有多種分類方式：

1. 傳輸信號

1. 模擬攝像機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)畫面分辨率

1. 標(biāo)清攝像機(jī)、高清攝像機(jī)攝像機(jī)外形

1. 球形攝像機(jī)、半球形攝像機(jī)、槍式攝像機(jī)安裝環(huán)境

1. 室內(nèi)攝像機(jī)、室外攝像機(jī)傳感器

CCD攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)

3. 攝像頭組成

一個常見的監(jiān)控用的攝像頭包括：外殼、感光芯片電路、鏡頭座、鏡頭、紅外燈板。

而對于手機(jī)上的攝像頭，很多廠家往往是設(shè)計為一個攝像頭模組(CameraCompact Module)，簡稱CCM。

CCM 包含四大件： 鏡頭(lens)、傳感器（sensor）、軟板（FPC）、圖像處理芯片（DSP）。

決定一個攝像頭好壞的重要部件是：鏡頭（lens）、圖像處理芯片 （DSP）、傳感器（sensor）。

4. 攝像頭原理

景物(SCE)通過鏡頭（LENS）生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器(Sensor)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，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RGB、YUV等格式圖像信號再通過I/O接口傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1552575.html">CPU中處理，通過display就可以看到圖像了

5. 攝像頭相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

5.0 常見縮略語

5.1. ? ?圖像壓縮方式JPEG

(joint photographic expert group)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(dāng)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?jǐn)?shù)碼相機(jī)都使用JPEG格式。

5.2. ? 圖像噪音

指的是圖像中的雜點干擾，表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點。

5.3. ? 白平衡處理技術(shù)(AWB)

白平衡指不管在任何光源下，都能將白色物體還原為白色。

白平衡是描述顯示器或相機(jī)中紅、綠、藍(lán)三基色混合生成后白色精確度的一項指標(biāo)。

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，光源中三基色（紅、綠、藍(lán)）的比例會發(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)的實際。

圖象傳感器的圖象數(shù)據(jù)被讀取后，系統(tǒng)將對其進(jìn)行針對鏡頭的邊緣畸變的運算修正，然后經(jīng)過壞像處理后被系統(tǒng)送進(jìn)去進(jìn)行白平衡處理（在不同的環(huán)境光照下，人類的眼睛可以把一些“白”色的物體都看成白色，是因為人眼進(jìn)行了修正。但是SENSOR沒有這種功能，因此需要對SENSOR輸出的信號進(jìn)行一定的修正，這就是白平衡處理技術(shù)）。

5.4. ? 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，就是用多少位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄三種原色。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。

非專業(yè)的SENSOR一般是24位；專業(yè)型SENSOR至少是36位。24位的SENSOR，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^8=256級，每一種原色用一個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16，77萬種。

36位的SENSOR，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^12=4096級，每一種原色用一個12位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄，最多記錄的色彩是4096×4096×4096約68.7億種。

5.5. ? 圖像格式(image Format/ Color space)

像素格式，比如: RGB24，RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。
RGB24,I420是目前最常用的兩種圖像格式。

1. RGB24

表示R、G、B ，3種基色都用8個二進(jìn)制位表示，那么紅色、綠色、藍(lán)色各有256種，那么由這三種基色構(gòu)成的顏色就是256X256X256=16,777,216種，約等于1677萬。

這就是計算機(jī)表示顏色的原理，同樣也是手機(jī)屏幕和顯示器屏幕等顯示顏色的原理。

• 顏色對應(yīng)RGB值

1. YUV

1. YUV 和我們熟知的 RGB 類似，是一種顏色編碼格式。

1. YUV 包含三個分量，其中 Y 表示明亮度（Luminance 或 Luma），也就是灰度值。

1. 而 U 和 V 則表示色度（Chrominance 或 Chroma），作用是描述圖像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色。

1. 沒有 UV 分量信息，一樣可以顯示完整的圖像，只不過是黑白的灰度圖像。

YUV的采樣方式

4:4:4表示完全取樣（每一個Y對應(yīng)一組UV分量)4:2:2表示2:1的水平取樣，垂直完全采樣(每兩個Y共用一組UV分量)4:2:0表示2:1的水平取樣，垂直2：1采樣(每四個Y共用一組UV分量)4:1:1表示4:1的水平取樣，垂直完全采樣(每四個Y共用一組UV分量)

存儲方式舉例：

YUV 4:2:0其顏色的一種存放格式如圖所示：

5.6. ? 分辨率（Resolution）

所謂分辨率就是指畫面的解析度，由多少象素構(gòu)成的數(shù)值越大，圖像也就越清晰。

分辨率不僅與顯示尺寸有關(guān)，還會受到顯像管點距、視頻帶寬等因素的影響。

我們通常所看到的分辨率都以乘法形式表現(xiàn)的，比如1024*768，其中的1024表示屏幕上水平方向顯示的點數(shù)，768表示垂直方向的點數(shù)。

5.7. 幀率

幀率指的就是1秒鐘時間里傳輸、顯示圖片的幀數(shù)，每一幀就是一個畫面，快速連續(xù)的多幀就形成了運動的動態(tài)效果。

高的幀率可以得到更加流暢，更加逼真的畫面。

5.8. 碼流

碼流就是指視頻數(shù)據(jù)在單位時間內(nèi)的數(shù)量大小，也叫碼率，是視頻編碼畫面質(zhì)量控制中最重要的部分，同樣的分辨率和幀率下，視頻碼流越大，畫面質(zhì)量越高，對應(yīng)的存儲容量也就越大。

5.9. 曝光

曝光就是圖像的明暗程度 ，照片太暗稱為曝光不足 ，照片太亮稱為曝光過度。曝光由光圈、曝光時間、ISO三者共同決定。

• 光圈：

• 控制進(jìn)光量。曝光時間：

• 光到達(dá)的時間長度。ISO：

增益，或稱為感光度。

6. ?攝像頭接口

攝像頭常用接口包括：USB、DVP、MIPI

USB

我們常用的電腦攝像頭接口是USB接口，這種攝像頭比較常見，需要支持UVC（USB Video Class）協(xié)議。

DVP

還有一部分的攝像頭（比如說某些支持DVP接口的硬件）是DVP(Digital Video Port)攝像頭數(shù)據(jù)并口傳輸協(xié)議，

DVP是并口，提供8-bit或10-bit并行傳輸數(shù)據(jù)線、HSYNC(Horizontal sync)行同步線、VSYNC(Vertical sync)幀同步線和PCLK(Pixel Clock)時鐘同步線。

DVP總線PCLK極限約在96M左右，而且走線長度不能過長，所有DVP最大速率最好控制在72M以下，PCB layout較容易畫

以O(shè)V3640攝像頭為例：
DVP分為三個部分：

輸出總線輸入總線電源總線

mipi（CSI）

移動產(chǎn)業(yè)處理器接口(Mobile Industry Processorinterface，MIPI)

常見的智能手機(jī)上的攝像頭是MIPI接口，

CSI是相機(jī)串行接口（CMOS Sensor Interface）的簡稱。

MIPI總線速率lvds接口耦合，走線必須差分等長，并且需要保護(hù)，故對PCB走線以及阻抗控制要求高一點（一般來講差分阻抗要求在85歐姆~125歐姆之間）

MIPI是LVDS低壓差分串口，只需要要CLKP/N、DATAP/N——最大支持4-lane，一般2-lane即可。

MIPI接口比DVP的接口信號線少，由于是低壓差分信號，產(chǎn)生的干擾小，抗干擾能力也強(qiáng)。

DVP接口在信號完整性方面受限制，速率也受限制。

500W還可以勉強(qiáng)用DVP，800W及以上都采用MIPI接口。

所以高清攝像頭我們都選用MIPI接口 。

7. 手機(jī)攝像頭模組出貨量排行榜

最后看一下攝像頭模組今年7月出貨量排行榜：

2022年7月手機(jī)攝像頭模組出貨量排行榜 TOP20

1. 1. 丘鈦
   2. 舜宇
   3. 歐菲光科技
   4. 三贏科技
   5. 信利
   6. 三贏興
   7. 盛泰
   8. 合力泰
   9. 成像通
   10. 瑞聲科技
   11. 同興達(dá)
   12. 立景創(chuàng)新
   13. 聯(lián)創(chuàng)
   14. 鑫晨光
   15. 聯(lián)合影像
   16. 天實精工
   17. 金康
   18. 信豐世嘉
   19. 東聚
   20. 群暉科技

8. 監(jiān)控公司

攝像頭最主要的應(yīng)用市場就是安防監(jiān)控，

目前國內(nèi)監(jiān)控市場前10的公司如下：

• 1. ?？低?/li>
  2. 大華股份
  3. 天地偉業(yè)
  4. Hanwha Techwin
  5. 英飛拓
  6. PELCO派爾高
  7. 松下
  8. 宇視
  9. 景陽
  10. 美電貝爾

隨著美麗國的制裁，像?？颠@樣大廠市場營收幾乎腰斬。

衷心祝愿咱們的高端芯片產(chǎn)業(yè)鏈早日完善，成熟，

百花發(fā)時我不發(fā)，我若發(fā)時都嚇殺！

誓與老美戰(zhàn)一場，芯片傾銷歐美亞。