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,
有对这块精通,感兴趣的老铁,
可以加我好友,共同学习讨论。
先开始第一篇。
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。
根据不同参数,摄像头有多种分类方式:
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)。
(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。
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。
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)。
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。
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。
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。
存储方式举例:
YUV 4:2:0其颜色的一种存放格式如图所示:
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。
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。
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。
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。
摄像头常用接口包括:USB、DVP、MIPI
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。
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:
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 。
最后看一下摄像头模组今年7月出货量排行榜:
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,芯片倾销美欧亚。
本文由梁桂钊于2021-02-28发表在梁桂钊的博客,如有疑问,请联系我们。
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