Camera | 1.Camera基础知识

一口君最近在玩瑞芯微的板子，之前写了几篇基于瑞芯微的文章，大家可以学习一下。

最近移植了2款ov系列摄像头,顺便把v4l2架构捋了一下，计划更新几篇基于瑞芯微平台的Camera相关文章，Camera相关知识点较多，个人精力有限，先开始第一篇。

1. Camera简介

摄像头，大家已经非常熟悉了，遍布在生活的方方面面。

尤其这上段时间炒的非常火的南京医生上门打小孩老人事件，由于有视频有真相，鲁医生直接被陷入万劫不复的境地。

其中的是非对错本文不讨论了，法律和道德自有评判。

但这说明了，摄像头对我们的日常生活影响实在太大了。

2. 摄像头分类

根据不同参数，摄像头有多种分类方式：

1. 传输信号

1. 模拟摄像机和数字摄像机画面分辨率

1. 标清摄像机、高清摄像机摄像机外形

1. 球形摄像机、半球形摄像机、枪式摄像机安装环境

1. 室内摄像机、室外摄像机传感器

CCD摄像机、CMOS摄像机

监控常用的摄像头外观：

3. 摄像头组成

一个常见的监控用的摄像头包括：外壳、感光芯片电路、镜头座、镜头、红外灯板。

而对于手机上的摄像头，很多厂家往往是设计为一个摄像头模组(CameraCompact Module)，简称CCM。

CCM 包含四大件： 镜头(lens)、传感器（sensor）、软板（FPC）、图像处理芯片（DSP）。

决定一个摄像头好坏的重要部件是：镜头（lens）、图像处理芯片 （DSP）、传感器（sensor）。

4. 摄像头原理

景物(SCE)通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器(Sensor)表面上然后转为电信号，经过A/D（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，转换成标准的RGB、YUV等格式图像信号再通过I/O接口传输到CPU中处理，通过display就可以看到图像了

5. 摄像头相关技术指标

5.0 常见缩略语

5.1.    图像压缩方式JPEG

(joint photographic expert group)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。

5.2.   图像噪音

指的是图像中的杂点干扰，表现为图像中有固定的彩色杂点。

5.3.   白平衡处理技术(AWB)

白平衡指不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色。

白平衡是描述显示器或相机中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。

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。

图象传感器的图象数据被读取后，系统将对其进行针对镜头的边缘畸变的运算修正，然后经过坏像处理后被系统送进去进行白平衡处理（在不同的环境光照下，人类的眼睛可以把一些“白”色的物体都看成白色，是因为人眼进行了修正。但是SENSOR没有这种功能，因此需要对SENSOR输出的信号进行一定的修正，这就是白平衡处理技术）。

5.4.   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，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。实际就是A/D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。

非专业的SENSOR一般是24位；专业型SENSOR至少是36位。24位的SENSOR，感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是256×256×256约16，77万种。

36位的SENSOR，感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是4096×4096×4096约68.7亿种。

5.5.   图像格式(image Format/ Color space)

像素格式，比如: RGB24，RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。
RGB24,I420是目前最常用的两种图像格式。

1. RGB24

表示R、G、B ，3种基色都用8个二进制位表示，那么红色、绿色、蓝色各有256种，那么由这三种基色构成的颜色就是256X256X256=16,777,216种，约等于1677万。

这就是计算机表示颜色的原理，同样也是手机屏幕和显示器屏幕等显示颜色的原理。

• 颜色对应RGB值

1. YUV

1. YUV 和我们熟知的 RGB 类似，是一种颜色编码格式。

1. YUV 包含三个分量，其中 Y 表示明亮度（Luminance 或 Luma），也就是灰度值。

1. 而 U 和 V 则表示色度（Chrominance 或 Chroma），作用是描述图像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

1. 没有 UV 分量信息，一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的灰度图像。

YUV的采样方式

4:4:4表示完全取样（每一个Y对应一组UV分量)4:2:2表示2:1的水平取样，垂直完全采样(每两个Y共用一组UV分量)4:2:0表示2:1的水平取样，垂直2：1采样(每四个Y共用一组UV分量)4:1:1表示4:1的水平取样，垂直完全采样(每四个Y共用一组UV分量)

存储方式举例：

YUV 4:2:0其颜色的一种存放格式如图所示：

5.6.   分辨率（Resolution）

所谓分辨率就是指画面的解析度，由多少象素构成的数值越大，图像也就越清晰。

分辨率不仅与显示尺寸有关，还会受到显像管点距、视频带宽等因素的影响。

我们通常所看到的分辨率都以乘法形式表现的，比如1024*768，其中的1024表示屏幕上水平方向显示的点数，768表示垂直方向的点数。

5.7. 帧率

帧率指的就是1秒钟时间里传输、显示图片的帧数，每一帧就是一个画面，快速连续的多帧就形成了运动的动态效果。

高的帧率可以得到更加流畅，更加逼真的画面。

5.8. 码流

码流就是指视频数据在单位时间内的数量大小，也叫码率，是视频编码画面质量控制中最重要的部分，同样的分辨率和帧率下，视频码流越大，画面质量越高，对应的存储容量也就越大。

5.9. 曝光

曝光就是图像的明暗程度 ，照片太暗称为曝光不足 ，照片太亮称为曝光过度。曝光由光圈、曝光时间、ISO三者共同决定。

• 光圈：

• 控制进光量。曝光时间：

• 光到达的时间长度。ISO：

增益，或称为感光度。

6.  摄像头接口

摄像头常用接口包括：USB、DVP、MIPI

USB

我们常用的电脑摄像头接口是USB接口，这种摄像头比较常见，需要支持UVC（USB Video Class）协议。

DVP

还有一部分的摄像头（比如说某些支持DVP接口的硬件）是DVP(Digital Video Port)摄像头数据并口传输协议，

DVP是并口，提供8-bit或10-bit并行传输数据线、HSYNC(Horizontal sync)行同步线、VSYNC(Vertical sync)帧同步线和PCLK(Pixel Clock)时钟同步线。

DVP总线PCLK极限约在96M左右，而且走线长度不能过长，所有DVP最大速率最好控制在72M以下，PCB layout较容易画

以OV3640摄像头为例：
DVP分为三个部分：

输出总线输入总线电源总线

mipi（CSI）

移动产业处理器接口(Mobile Industry Processorinterface，MIPI)

常见的智能手机上的摄像头是MIPI接口，

CSI是相机串行接口（CMOS Sensor Interface）的简称。

MIPI总线速率lvds接口耦合，走线必须差分等长，并且需要保护，故对PCB走线以及阻抗控制要求高一点（一般来讲差分阻抗要求在85欧姆~125欧姆之间）

MIPI是LVDS低压差分串口，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的接口信号线少，由于是低压差分信号，产生的干扰小，抗干扰能力也强。

DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也受限制。

500W还可以勉强用DVP，800W及以上都采用MIPI接口。

所以高清摄像头我们都选用MIPI接口 。

7. 手机摄像头模组出货量排行榜

最后看一下摄像头模组今年7月出货量排行榜：

8. 监控公司

摄像头最主要的应用市场就是安防监控，

目前国内监控市场前10的公司如下：

随着美丽国的制裁，像海康这样大厂市场营收几乎腰斩。

衷心祝愿咱们的高端芯片产业链早日完善，成熟，

百花发时我不发，我若发时都吓杀！

誓与老美战一场，芯片倾销欧美亚。