攝像頭可分為數字攝像頭和模擬攝像頭兩大類。數字攝像頭可以將視頻采集設備產生的模擬視頻信號轉換成數字信號,進而將其儲存在計算機里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉換成數字模式,并加以壓縮后才可以轉換到計算機上運用。數字攝像頭可以直接捕捉影像,然后通過串、并口或者USB接口傳到計算機里。電腦市場上的攝像頭基本以數字攝像頭為主,而數字攝像頭中又以使用新型數據傳輸接口的USB數字攝像頭為主,市場上可見的大部分都是這種產品。除此之外還有一種與視頻采集卡配合使用的產品,但還不是主流。由于個人電腦的迅速普及,模擬攝像頭的整體成本較高,而且不能滿足BSV液晶拼接屏接口等原因,USB接口的傳輸速度遠遠高于串口、并口的速度,因此市場USB接口的數字攝像頭。模擬攝像頭可和視頻采集卡或者USB視頻采集卡配套使用,很方便的跟電腦連接使用,典型應用是一般的錄像監控。潔凈區攝像頭,潔凈區嵌入式專用攝像頭是針對潔凈區無塵室重要設備關鍵崗位實時監控的專用攝像頭。該攝像頭純平面板,嵌入彩鋼板安裝,零衛生死角,清潔方便,安裝便捷,能快速多點布控,兼容主流視頻系統

攝像頭(webcam)一般具有視頻攝像/傳播和靜態圖像捕捉等基本功能,它是借由鏡頭采集圖像后,由攝像頭內的感光組件電路及控制組件對圖像進行處理并轉換成電腦所能識別的數字信號,然后借由并行端口或USB連接輸入到電腦后由軟件再進行圖像還原。

分辨率是用于度量位圖圖像內數據量多少的一個參數,通常表示成dpi(dot per inch,每英寸點)。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的像素數。最高分辨率就是指攝像頭能最高分辨圖像的能力的大小,即攝像頭的最高像素數。現在市面上較多的30萬像素CMOS的分辨率為640×480,50萬像素CMOS的分辨率為800×600。分辨率的兩個數字表示的是圖片在長和寬上占的點數的單位,一張數碼圖片的長寬比通常是4:3。

在實際應用中,如果將攝像頭用于網絡聊天或者視頻會議,那么分辨率越高則需要的網絡帶寬就越大。因此消費者在這方面應該注意,應根據自己的需要選擇一款像素適合自己的產品。

我們從攝像頭的日常工作原理就可以列出攝像頭的主要結構和組件。

鏡頭(LENS)

透鏡結構,由幾片透鏡組成,有塑膠透鏡(Plastic)或玻璃透鏡(Glass)。

圖像傳感器

可以分為兩類

CCD(charge-coupled device) :電荷耦合器件

CMOS(complementary metal oxide semiconductor):互補金屬氧化物半導體

電源

攝像頭內部需要兩種工作電壓:3.3V和2.5V,最新工藝芯片有用到1.8V。

普通版

1、遠程監控攝像頭是遠程監控攝像頭,主分普通版、加強版和戶外版三類,可以左右320度,上下60度旋轉監視,對畫面進行拍照,錄相,并可將照片、錄相發到郵箱或者FTP服務器上,攝像機具有移動偵測功能, 可設定發送電子郵件示警等。網絡人遠程監控攝像機與傳統攝像頭最根本的地方在于無須布線,無須大面積硬件輔助,只要一根網線,便可以在世界任意一角落遠程監視到您想要監控的地方。

2、網絡人遠程監控攝像機普通版是一種結合傳統攝像機與網絡技術所產生的新一代攝像機,只要將網絡人攝像機插在網線上(無需電腦),它即可將影像透過網絡傳至地球另一端。可以遙控攝像機左右320度,上下60度旋轉,進行監視,并將監視畫面錄制下來,發到郵箱或者FTP服務器上…在你的公司或者倉庫、鋪面、家庭安裝一個網絡人攝像機,那么你即使到了他方異地,只要能上網,也可以遠程進行監視。普通公司打造一個視頻控制平臺,沒有幾萬或者幾十萬是辦不到的,并且只能在固定的監視平臺實施控制(你不可能在家中或者在外地進行控制),而購買網絡人攝像機,安裝簡單(插在網線上即可),無需做端口映射,部署成本低廉,便可實現在異地監控。

加強版

網絡人遠程監控攝像機加強版 相較于普通版網絡人遠程監控攝像機加強版性能更加強悍,能輕松實現高清晰圖像的低網絡帶寬傳輸,圖像較普通版的攝像機更清晰、并且實現夜視、音頻傳輸等新功能、動態報警、可設置報警時間區域、異常自動恢復、網絡中斷后自動連接等新功能。

戶外版:網絡人遠程監控攝像機戶外版相比于前兩者其性能優越的地方在于強悍的戶外視頻監控功能,與加強版不同的是,它使用的是專業的CCD感光芯片(420線),半球防護罩,防水并且耐高溫,抑制強光、紅外夜視;可以適應較惡劣的室外環境,支持無線路由等,普遍應用于荒野地帶,禁忌涉足區域,危險地帶,諸如建筑工地、小區別墅、工廠、金庫,施工重地等。用其來實時監視懷孕婦女生活動向為其人身安全保駕護航最是適合不過了。

攝像頭的工作原理大致為:景物通過鏡頭(LENS)生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上,然后轉為電信號,經過A/D (模數轉換)轉換后變為數字圖像信號,再送到數字信號處理芯片(DSP)中加工處理,再通過USB接口傳輸到電腦中處理,通過顯示器就可以看到圖像了。

1、圖像解析度/分辨率(Resolution) ●SXGA(1280x1024)又稱130萬像素

●XGA(1024x768)又稱80萬像素

●SVGA(800x600)又稱50萬像素

●VGA(640x480)又稱30萬像素(35萬是指648X488)

●CIF(352x288)又稱10萬像素

●SIF/QVGA(320x240)

●QCIF(176x144)

●QSIF/QQVGA(160x120)

2、圖像格式(imageFormat/Colorspace)

RGB24,420是最常用的兩種圖像格式。

●RGB24:表示R、G、B三種顏色各8bit,最多可表現256級濃淡,從而可以再現256*256*256種顏色。

●I420:YUV格式之一。

●其它格式有:RGB565,RGB444,YUV4:2:2等。

3、自動白平衡調整(AWB)

定義:要求在不同色溫環境下,照白色的物體,屏幕中的圖像應也是白色的。色溫表示光譜成份,光的顏色。色溫低表示長波光成分多。當色溫改變時,光源中三基色(紅、綠、藍)的比例會發生變化,需要調節三基色的比例來達到彩色的平衡,這就是白平衡調節的實際。

4、圖像壓縮方式

JPEG:(jointphotographicexpertgroup)靜態圖像壓縮方式。一種有損圖像的壓縮方式。壓縮比越大,圖像質量也就越差。當圖像精度要求不高存儲空間有限時,可以選擇這種格式。大部分數碼相機都使用JPEG格式。

5、彩色深度(色彩位數)

反映對色彩的識別能力和成像的色彩表現能力,實際就是A/D轉換器的量化精度,是指將信號分成多少個等級。常用色彩位數(bit)表示。彩色深度越高,獲得的影像色彩就越艷麗動人。市場上的攝像頭均已達到24位,有的甚至是32位。

6、圖像噪音

指的是圖像中的雜點干擾。表現為圖像中有固定的彩色雜點。

7、視角

與人的眼睛成像是相同原理,簡單說就是成像范圍。跟使用的鏡頭有關

8、輸出/輸入接口

串行接口(RS232/422):傳輸速率慢,為115kbit/s

并行接口(pp):速率可以達到1Mbit/s

紅外接口(IrDA):速率也是115kbit/s,一般筆記本電腦有此接口。

通用串行總線USB:即插即用的接口標準,支持熱插拔。USB1.1速率可達12Mbit/s,USB2.0可達480Mbit/s

IEEE1394(火線)接口(亦稱ilink):其傳輸速率可達100M~400Mbit/s。

從攝像頭的組成來看決定一個攝像頭的品質從硬件上來說主要是:鏡頭、主控芯片與感光芯片。

鏡頭

五層"全玻",也算頂級的攝像頭鏡頭了。鏡頭的組成是透鏡結構,

由幾片透鏡組成,一般有塑膠透鏡(plastic)或玻璃透鏡(glass)。通常攝像頭用的鏡頭構造有:1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透鏡越多,成本越高;玻璃透鏡比塑膠貴。因此一個品質好的攝像頭應該是采用玻璃鏡頭,成像效果就相對塑膠鏡頭會好。市場上的大多攝像頭產品為了降低成本,一般會采用塑膠鏡頭或半塑膠半玻璃鏡頭(即:1P、2P、1G1P、1G2P等)。

感光芯片

(SENSOR)是組成數碼攝像頭的重要組成部分,根據元件不同分為。

CCD(Charge Coupled Device,電荷耦合元件),一般是用于攝影攝像方面的高端技術元件,應用技術成熟,成像效果較好,但是價格相對而言較貴。

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導體元件)應用于較低影像品質的產品中。它相對于CCD來說價格低,功耗小。

CCD的優點是靈敏度高,噪音小,信噪比大。但是生產工藝復雜、成本高、功耗高。

CMOS的優點是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低。較早期的CMOS對光源的要求比較高,在采用CMOS為感光元器件的產品中,通過采用影像光源自動增益補強技術,自動亮度、白平衡控制技術,色飽和度、對比度、邊緣增強以及伽馬矯正等先進的影像控制技術,可以接近CCD攝像頭的效果。

在相同像素下CCD的成像往往通透性、明銳度都很好,色彩還原、曝光可以保證基本準確。而CMOS的產品往往通透性一般,對實物的色彩還原能力偏弱,曝光也都不太好。

高端攝像頭基本都采用的是CCD感光元器件,主流產品則基本是CCD和CMOS平分秋色,總的來說還是CCD的效果好一點,CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸,在相同的分辨率下,宜選擇元件尺寸較大的為好。用戶可以根據自己的喜好來選購。

首先不要在逆光環境下使用(這點CCD同),尤其不要直接指向太陽,否則"放大鏡燒螞蟻"的慘劇就會發生在您的攝像頭上。其次環境光線不要太弱,否則直接影響成像質量。克服這種困難有兩種辦法,一是加強周圍亮度,二是選擇要求最小照明度小的產品,有些攝像頭已經可以達到5lux。

最后要注意的是合理使用鏡頭變焦,不要小瞧這點,通過正確的調整,攝像頭也同樣可以擁有拍攝芯片的功能。市場銷售的數碼攝像頭中,基本是CCD和CMOS平分秋色。受市場情況及市場發展等情況的限制,攝像頭采用CCD圖像傳感器的廠商為數不多,主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。

主控芯片

在DSP的選擇上,是根據攝像頭成本、市場接受程度來進行確定。DSP的設計、生產技術已經逐漸成熟,在各項技術指標上相差不是很大,只是有些DSP在細微的環節及驅動程序要進行進一步改進。

像素

(Resolution)即傳感器像素,也就是我們常說的多少像素的攝像頭,是衡量攝像頭的一個重要指標之一,一些產品都會在包裝盒標著30萬像素或35萬像素。在實際應用中,攝像頭的像素越高,拍攝出來的圖像品質就越好,但另一方面也并不是像素越高越好,對于同一畫面,像素越高的產品它的解析圖像的能力也越強,但相對它記錄的數據量也會大得多,所以對存儲設備的要求也就高得多,因而在選擇時宜采用當前的主流產品。由于受到攝像頭價格、電腦硬件、成像效果等因素的影響,市面上的攝像頭基本在30萬像素這個檔次上進行銷售。還有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想,因此統治高像素攝像頭的市場仍然是CCD攝像頭。值得注意的一點:有些分辨率的標識是指這些產品利用軟件所能達到的插值分辨率,雖然說也能適當提高所得圖像的精度,但和硬件分辨率相比還是有著一定的差距的。

捕獲速度

視頻捕獲能力是通過軟件來實現的,因而對電腦的要求非常高,即CPU的處理能力要足夠的快,其次對畫面要求的不同,捕獲能力也不盡相同。現在攝像頭捕獲畫面的最大分辨率為640×480,在這種分辨下沒有任何數字攝像頭能達到30幀/秒的捕獲效果,因而畫面會產生跳動現象。比較現實的是在320×240分辨率下依靠硬件與軟件的結合有可能達到標準速率的捕獲指標,所以對于完全的視頻捕獲速度,只是一種理論指標。

除了上述說的這些之外,還可以考慮的因素包括附帶軟件,攝像頭外型,鏡頭的靈敏性,是否內置麥克風等等。

1、盡量避免將攝像頭直接指向陽光,以免損害攝像頭的圖像感應器件。

2、避免攝像頭和油、蒸氣、水氣、濕氣和灰塵等物質接觸,避免和水直接接觸。

3、不要使用刺激的清潔劑或有機溶劑擦拭攝像頭。

4、不要拉扯和扭轉連接線,包括電腦攝像頭和監控攝像頭:

5、非必要情況下,自己不要隨意拆卸攝像頭,試圖碰觸其內部零件,這容易對攝像頭造成損傷,一旦損壞經銷商估計也不會給予保修。

6、倉儲時,應當將攝像頭存放在干凈、干燥的地方。不要拉扯和扭轉連接線,類似動作可能會對攝像頭造成損傷。

在圖像處理的嵌入式系統中,由于涉及機器視覺的處理分析,使得對圖像生成工具攝像頭的調試變得比較麻煩。

視覺簡介

機器視覺就是用機器代替人眼來對外部環境進行感知并做出測量和判斷。通過成像器件(即圖像攝取裝置,分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。在一些對系統實時動作要求比較高的系統中,人的反應速度和信息處理能力是無法滿足要求的,而機器視覺易于實現信息集成,和計算機控制系統相結合,可以提高系統的自動化程度。

調試目的

在嵌入式系統中攝像頭調試的目的是使攝像頭的機械和電氣參數在滿足系統要求下能產生質量最高的圖像數據。一個涉及硬件和軟件的成像系統,成像的質量好壞往往受到來自外界干擾和自身限制的很多因素的影響,這些影響會產生噪聲和成像不均勻。來自軟件層面的因素往往是算法的問題,這個層面的問題可以通過理論分析的數學計算解決,來自硬件層面的因素則而要用儀器進行調試,通過實驗測量分析才能解決,由于硬件處理系統底層,所以硬件的質量會直接影響軟件的質量,從而影響最終成像質量。對攝像頭進行調試就是要從硬件層面上盡量消除干擾。

調試方法

由于嵌入式系統是一個比較廣的概念,所以本文以HCS12作為主控芯片的攝像頭組小車調試為例對調試方法進行介紹。

一、外部搭設電路連線CRT顯示器

從模擬攝像頭上引出電源、地、信號三根引線,對攝像頭供電,再將視頻信號線接到電視盒視頻輸入接口。電視盒的VGA-OUT接至CRT顯示器,從而實現CRT對經數字化的攝像頭視覺進行顯示。 此種方法為完全硬件層面顯示,提供和人眼視覺完全一樣的顯示效果,對攝像頭安裝和自身物理參數校正具有顯著幫助。

二、片外擴展LCD液晶

HCS12系列MCU中含有串行外設接口SPI(Serial Peripheral Interface),能實現MCU之間的數據傳輸,且其速度比通過串行異步通信(SCI)方式快。SPI模塊也支持MCU也外圍設備間的雙向、同步、串行通信,實現MCU的外設擴展。

1、顯示字符在系統運行時以字符形式提示系統相關運行參數。每個字符占用點列8*6,需要6字節數據,完成字符顯示只需在編程對指定位寫入相應數據。由于該液晶模塊本身不帶有字庫,所以在程序開始時要先定義ASCⅡ表字符的液晶顯示點陣數據,即一個大小為N*6字節的二維數組。

2、顯示圖片模擬攝像頭采集的視頻信號經過MCU的A/D數字化后,信息存儲在一個40*70的二維數組中,再將數組二值化,便能在48*84分辨率的液晶模塊中顯示,使開發者實時對攝像頭機器視覺進行觀測。

此種方法為硬件和軟件相結合的顯示方法,能實時跟蹤顯示攝像頭相關信息,顯示時不會打斷系統運行流程。

三、自寫串口通訊上位機軟件

利用MCU的SCI模塊發送圖片數據至PC機,上位機利用MSCOMM控件編程對通訊數據進行讀取。讀取數據后,便能利用windows程序強大的數據處理能力和圖片顯示能力對圖片數據處理,如:根據數據對圖片進行重繪,對數組濾波分析并顯示濾波效果,將接收數組以文件形式導出為計算機仿真提供數據來源。

此種方法為完全軟件顯示法,只而要從MCU收到數據,便能在PC機上實現一系列處理,對檢驗圖形變換效果、濾波分析優劣以及數據仿真思想都有著其它方法無法比擬的優勢。

優劣比較

1、CRT調視法。通過接入攝像頭視頻信號,CRT能高保真顯示機器視覺。但只能局限于對攝像頭參數測試和攝像頭機械位置調整,對高級點的數字信號就無能為力了。

2、LCD調試法。直接接在單片機SPI口上進行數據傳輸,能實時刷新顯示圖片,此模塊可以直接搭載在系統上,實時顯示系統相關信息。但由于模塊分辨率限制,只能顯示黑白二值,造成數字圖片失真。

3、串口調試法。能充分利用PC機強大的數據處理和圖片顯示功能,能實現數字圖片高精度像素點顯示,并導出灰度數值表,為VC,MATLAB仿真提供現場數據。但PC和MCU間數據傳輸速度太慢,缺乏實時性,缺乏動態跟蹤的優點。

汽車效果

1、客貨車倒車后視

2、客車車內(安全、車門、行李倉)監控

3、特種車輛圖像安全記錄和監控(銀行運鈔車、城管車輛、工程車輛等)

4、轎車倒車后視

5、轎車行車前視

6、大巴車攝像頭

車載趨勢

1、車載電子由音頻應用已過渡到音視頻多功能應用階段。攝像頭是車載視頻的重要組成部分。

2、隨著車載顯示屏的后裝及前裝普及化,攝像頭被帶動普及應用。

3、汽車家庭普及的全球化及行車停車的擁擠,為攝像頭輔助倒車提供了大量需求空間。

4、汽車的人性化設計及客戶需求,帶動該技術和產品的發展應用。部分車型出廠時已開始配置攝像頭產品。

5、攝像頭技術本身的成熟度和車用環境的適應性,消除了技術瓶頸。

應用時期

1、前裝:與汽車同步設計,部分車型已推出。在一段時間內,比例不大。

2、4S安裝:專車專用型攝像頭,與汽車銷售同步。需要根據車型推出不同產品,以達到安裝美觀、應用方便的目的。

3、后市場改裝:一般采用通用型攝像頭,價格較低。國內后市場渠道銷售和外貿銷售以此類產品和應用為主。

配車銷售

1、與后視鏡、全自動屏等顯示屏捆綁銷售;

2、與可視倒車雷達捆綁銷售;

3、作為獨立產品銷售

據IT行業硬件發展的"摩爾定律"來看,數字攝像頭也同樣遵循其發展規律的,相信在未來幾年內會發展的很快。從市場情況來看,制約攝像頭發展的因素主要有以下幾個方面的原因:

1、攝像頭市場起步較晚,消費者認知度、接受度較低,所以普及率較低,市場容量增大速度不夠快,需要加以一定引導來推動市場消費。

2、攝像頭的實際應用不夠廣泛,有一定的局限性,還是作為一種消費類產品在銷售,消費者只是把它作為視頻聊天、制作簡單的個人影像集、簡單的監視系統等的工具。

3、電腦硬件的限制,如電腦顯示卡、顯示器的分辨率、USB1.1接口速度,就影響高像素攝像的真正普及。

現實應用

廣泛應用于農業 軍事 交通 等等方方面面,應用相當廣泛地位也非常重要,尤其是交通和治安方面都占有非常重要的

1、交通管理:擁有攝像頭讓交通管理更加方便高效

2、警方破案:攝像頭在警方破案中地位非常重要,可以通過馬路上攝像頭、小區攝像頭破案。