Camera | 1.Camera基礎(chǔ)知識(shí)

一口君最近在玩瑞芯微的板子，之前寫(xiě)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(jì)劃更新幾篇基于瑞芯微平臺(tái)的Camera相關(guān)文章，Camera相關(guān)知識(shí)點(diǎn)較多，個(gè)人精力有限，先開(kāi)始第一篇。

1. Camera簡(jiǎn)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(shí)間炒的非常火的南京醫(yī)生上門(mén)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(wàn)劫不復(fù)的境地。

其中的是非對(duì)錯(cuò)本文不討論了，法律和道德自有評(píng)判。

但這說(shuō)明了，攝像頭對(duì)我們的日常生活影響實(shí)在太大了。

2. 攝像頭分類(lèi)

根據(jù)不同參數(shù)，攝像頭有多種分類(lèi)方式：

1. 傳輸信號(hào)

1. 模擬攝像機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)畫(huà)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(gè)常見(jiàn)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(duì)于手機(jī)上的攝像頭，很多廠家往往是設(shè)計(jì)為一個(gè)攝像頭模組(CameraCompact Module)，簡(jiǎn)稱(chēng)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(gè)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(guò)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(hào)，經(jīng)過(guò)A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)再送到數(shù)字信號(hào)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(hào)再通過(guò)I/O接口傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1552575.html">CPU中處理，通過(guò)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(jiàn)縮略語(yǔ)

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(chǔ)空間有限時(shí)，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(diǎn)干擾，表現(xiàn)為圖像中有固定的彩色雜點(diǎn)。

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(xiàng)指標(biāo)。

色溫表示光譜成份，光的顏色。色溫低表示長(zhǎng)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(lái)達(dá)到彩色的平衡，這就是白平衡調(diào)節(jié)的實(shí)際。

圖象傳感器的圖象數(shù)據(jù)被讀取后，系統(tǒng)將對(duì)其進(jìn)行針對(duì)鏡頭的邊緣畸變的運(yùn)算修正，然后經(jīng)過(guò)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(lèi)的眼睛可以把一些“白”色的物體都看成白色，是因?yàn)槿搜圻M(jìn)行了修正。但是SENSOR沒(méi)有這種功能，因此需要對(duì)SENSOR輸出的信號(hào)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(duì)色彩的識(shí)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(lái)記錄三種原色。實(shí)際就是A/D轉(zhuǎn)換器的量化精度，是指將信號(hào)分成多少個(gè)等級(jí)，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(dòng)人。

非專(zhuān)業(yè)的SENSOR一般是24位；專(zhuān)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(jí)，每一種原色用一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)記錄，最多記錄的色彩是256×256×256約16，77萬(wàn)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(lái)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(gè)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(wàn)。

這就是計(jì)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(duì)應(yīng)RGB值

1. YUV

1. YUV 和我們熟知的 RGB 類(lèi)似，是一種顏色編碼格式。

1. YUV 包含三個(gè)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(méi)有 UV 分量信息，一樣可以顯示完整的圖像，只不過(guò)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(gè)Y對(duì)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?jī)蓚€(gè)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(gè)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(gè)Y共用一組UV分量)

存儲(chǔ)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(huà)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(huì)受到顯像管點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，768表示垂直方向的點(diǎn)數(shù)。

5.7. 幀率

幀率指的就是1秒鐘時(shí)間里傳輸、顯示圖片的幀數(shù)，每一幀就是一個(gè)畫(huà)面，快速連續(xù)的多幀就形成了運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)效果。

高的幀率可以得到更加流暢，更加逼真的畫(huà)面。

5.8. 碼流

碼流就是指視頻數(shù)據(jù)在單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)量大小，也叫碼率，是視頻編碼畫(huà)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(huà)面質(zhì)量越高，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)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(chēng)為曝光不足 ，照片太亮稱(chēng)為曝光過(guò)度。曝光由光圈、曝光時(shí)間、ISO三者共同決定。

• 光圈：

• 控制進(jìn)光量。曝光時(shí)間：

• 光到達(dá)的時(shí)間長(zhǎng)度。ISO：

增益，或稱(chēng)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(jiàn)，需要支持UVC（USB Video Class）協(xié)議。

DVP

還有一部分的攝像頭（比如說(shuō)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(shí)鐘同步線。

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

以O(shè)V3640攝像頭為例：
DVP分為三個(gè)部分：

輸出總線輸入總線電源總線

mipi（CSI）

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

常見(jiàn)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(jiǎn)稱(chēng)。

MIPI總線速率lvds接口耦合，走線必須差分等長(zhǎng)，并且需要保護(hù)，故對(duì)PCB走線以及阻抗控制要求高一點(diǎn)（一般來(lái)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(hào)線少，由于是低壓差分信號(hào)，產(chǎn)生的干擾小，抗干擾能力也強(qiáng)。

DVP接口在信號(hào)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(shí)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(chǎng)就是安防監(jiān)控，

目前國(guó)內(nèi)監(jiān)控市場(chǎng)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(yáng)
  10. 美電貝爾

隨著美麗國(guó)的制裁，像海康這樣大廠市場(chǎng)營(yíng)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(shí)我不發(fā)，我若發(fā)時(shí)都嚇殺！

誓與老美戰(zhàn)一場(chǎng)，芯片傾銷(xiāo)歐美亞。