什麼是全景攝像頭?

全景攝像頭

  攝像頭的工作原理

  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,然後轉為電信號,經過A/D(模數轉換)轉換後變為數字圖像信號,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瞭。

  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)應用在攝影攝像方面的高端技術元件。

  CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導體元件)應用於較低影像品質的產品中。

  目前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。

  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、對光源要求高。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。

  所以我們在使用攝像頭,尤其是采用CMOS芯片的產品時就更應該註重技巧:

  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,現在有些攝像頭已經可以達到5lux。

  最後要註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。目前,市場銷售的數碼攝像頭中,基本是CCD和CMOS平分秋色。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,完全可以達到與CCD攝像頭相媲美的效果。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。

  圖像傳感器屬於光電產業裡的光電元件類,隨著數碼技術、半導體制造技術以及網絡的迅速發展,目前市場和業界都面臨著跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時代的到來,勾劃著未來人類的日常生活的美景。以其在日常生活中的應用,無疑要屬數碼相機產品,其發展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年,數碼相機就由幾十萬像素,發展到400、500萬像素甚至更高。不僅在發達的歐美國傢,數碼相機已經占有很大的市場,就是在發展中的中國,數碼相機的市場也在以驚人的速度在增長,因此,其關鍵零部件——圖像傳感器產品就成為當前以及未來業界關註的對象,吸引著眾多廠商投入。以產品類別區分,圖像傳感器產品主要分為CCD、CMOS以及CIS傳感器三種。本文將主要簡介CCD以及CMOS傳感器的技術和產業發展現狀。

  一、CCD圖像傳感器

  CCD(Charged Coupled Device)於1969年在貝爾試驗室研制成功,之後由日商等公司開始量產,其發展歷程已經將近30多年,從初期的10多萬像素已經發展至目前主流應用的500萬像素。CCD又可分為線型(Linear)與面型(Area)兩種,其中線型應用於影像掃瞄器及傳真機上,而面型主要應用於數碼相機(DSC)、攝錄影機、監視攝影機等多項影像輸入產品上。

  一般認為,CCD傳感器有以下優點:

  1. 高解析度(High Resolution):像點的大小為μm級,可感測及識別精細物體,提高影像品質。從早期1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到最近推出的1/9寸,像素數目從初期的10多萬增加到現在的400~500萬像素;

  2. 低雜訊(Low Noise)高敏感度:CCD具有很低的讀出雜訊和暗電流雜訊,因此提高瞭信噪比(SNR),同時又具高敏感度,很低光度的入射光也能偵測到,其訊號不會被掩蓋,使CCD的應用較不受天候拘束;

  3. 動態范圍廣(High Dynamic Range):同時偵測及分辦強光和弱光,提高系統環境的使用范圍,不因亮度差異大而造成信號反差現象;

  4. 良好的線性特性曲線(Linearity):入射光源強度和輸出訊號大小成良好的正比關系,物體資訊不致損失,降低信號補償處理成本;

  高光子轉換效率(High Quantum Efficiency ):很微弱的入射光照射都能被記錄下來,若配合影像增強管及投光器,即使在暗夜遠處的景物仍然還可以偵測得到;

  5. 大面積感光(Large Field of View):利用半導體技術已可制造大面積的ccdd晶片,目前與傳統底片尺寸相當的35mm的CCD已經開始應用在數碼相機中,成為取代專業有利光學相機的關鍵元件;

  光譜響應廣(Broad Spectral Response):能檢測很寬波長范圍的光,增加系統使用彈性,擴大系統應用領域;

  6. 低影像失真(Low Image Distortion):使用CCD感測器,其影像處理不會有失真的情形,使原物體資訊忠實地反應出來;

  7. 體積小、重量輕:CCD具備體積小且重量輕的特性,因此,可容易地裝置在人造衛星及各式導航系統上;

  8. 低秏電力,不受強電磁場影響;

  9. 電荷傳輸效率佳:該效率系數影響信噪比、解像率,若電荷傳輸效率不佳,影像將變較模糊;

  10. 可大批量生產,品質穩定,堅固,不易老化,使用方便及保養容易。

  根據In-Stat在2001時對全球圖像傳感器的研究報告中指出,CCD產業前七大廠商皆為日系廠商,占瞭全球98.5%的市場份額,在技術發展方面,目前較有特色的主要廠商應為索尼、飛利普和柯達公司。

  飛利普公司在CCD產品方面的優勢為,具有業界最大尺寸的CCD傳感器,在數碼相機的應用中,其35mm尺寸的CCD已經應用在“Contax”的數碼相機中,成為專業數碼相機的代言人。其次該公司還具有獨特的“Frame-Transfer CCD”(面掃描)技術,該產品在應用中,可實現每秒30-60幅的速率。這是真正視頻信號的速度。

  柯達的CCD采用瞭廣受好評的ITO CCD(氧化銦錫)技術,而不是傳統的聚矽化合物。其特點是敏銳度更高,透光性比一般CCD提高瞭20%,對於一般CCD感應較弱的藍光以及抗雜訊幹擾方面有突破性的改善,其對藍光感應能力提高瞭2.5倍,同時大幅降低瞭雜訊幹擾,使影像更強銳利、色彩更加準確,為專業數碼攝影提供瞭高解析度、銳利度的影像。

  傳統CCD使用的是矩形的感光單元,而富士公司2年前研制的“superccd(超級蜂窩結構)使用的是八邊形的感光單元,使用瞭蜂巢的八邊形結構,因此其感光單元面積要高於傳統CCD。這樣會獲得三個好處,一是可以提高CCD的感光度、二是提高動態范圍、三是提高瞭信噪比。這三個優點加上SuperCCD更高的生成像素成為富士公司在數碼相機產品上的最大賣點。

  作用:全景攝像頭不一定是360度全部攝像的,隻是比一般攝像頭的攝像角度寬廣,比如普通攝像頭的攝像廣角是120度,全景的也就是160度—180度之間,比普通的攝像頭看得更廣!

  二.CCD攝像機的分類

  依成像色彩劃分

  (1)彩色攝像機:適用於景物細部辨別,如辨別衣著或景物的顏色。因有顏色而使信息量增大,信息量一般認為是黑白攝像機的10倍。

  (2)黑白攝像機:是用於光線不足地區及夜間無法安裝照明設備的地區,在僅監視景物的位置或移動時,可選用分辨率通常高於彩色攝像機的黑白攝像機。

  依攝像機分辨率劃分

  (1)影像像素在25萬像素(pixel)左右、彩色分辨率為330線、黑白分辨率400線左右的低檔型。

  (2)影像像素在25萬~38萬之間、彩色分辨率為420線、黑白分辨率在500線上下的中檔型。

  (3)影像在38萬點以上、彩色分辨率大於或等於480線、黑白分辨率,600線以上的高分辨率。

  依攝像機靈敏度劃分

  (1)普通型:正常工作所需照度為1~3 LUX(勒克斯)

  (2)月光型:正常工作所需照度為0.1 LUX左右

  (3)星光型:正常工作所需照度為0.01 LUX以下

  (4)紅外照明型:原則上可以為零照度,采用紅外光源成像。

  按攝像元件的CCD靶面的大小劃分

  (1)1in靶面尺寸為寬12.7mmX高9.6mm,對角線16mm

  (2)2/3in靶面尺寸為寬8.8mmX高6.6mm,對角線11mm

  (3)1/2in靶面尺寸為寬6.4mmX高4.8mm,對角線8mm

  (4)1/3in靶面尺寸為寬4.8mmX高3.6mm,對角線6mm

  (5)1/4in靶面尺寸為寬3.2mmX高2.4mm,對角線4mm

  (6)1/5in正在開發之中,尚未推出正式產品

  此外CCD攝像機有PAL制和NTSC制之分,還可以按圖像信號處理方式劃分或按攝像機結構區分。

  三.鏡頭 (LENS)

  鏡頭性能及外形區分

  根據鏡頭的性能及外形區分,目前有P型、E型、L型和自動變焦鏡頭等類型,來自中國儀器超市的資料分別敘述如下:

  1. P型鏡頭

  工業鏡頭

  (1) 自動定位鏡頭,本身瞳焦已經調節好,需要檢驗從最大倍率到最小倍率的清晰度,是否一致、是否清晰。

  (2) 檢驗同軸度,即最大倍率到最小倍率取像在同一位置,不能偏移或偏移太大,均視為不良品,必需重新更換鏡頭。

  (3) 光學放大倍率為0.7—4.5X,即0.7倍到4.5倍之間共九種倍率。

  (4) 清晰度根據校正塊、實際對象成像反映來進行判斷。

  2. E型鏡頭

  (1)此鏡頭為普通工業鏡頭,需要手動調節瞳焦,在機臺安裝好以後,手動調節使用最大倍率和最小倍率時,圖像同樣的清晰,如果不能調節清晰度視為不良品,如果調節後鏡頭有晃動等不穩定因素存在,也視為不良品。

  (2)檢驗同軸度,即最大倍率到最小倍率取像在同一位置,不能偏移或偏移太大,均視為不良品,必需重新更換鏡頭。 

  放大鏡頭

  (3)光學放大倍率為0.7—4.5X。

  (4)清晰度根據校正塊、實際對象成像反映來進行判讀。

  3. L型鏡頭

  (1)此鏡頭為普通工業鏡頭,需要手動調節瞳焦,在機臺安裝好以後,手動調節使最大倍率和最小倍率時,圖像同樣的清晰,如果不能調節清晰度視為不良品,如果調節後鏡頭有晃動等不穩定因素存在,也視為不良品。

  (2)檢驗同軸度,即最大倍率到最小倍率取像在同一位置,不能偏移或偏移太大,均視為不良品,必需重新更換鏡頭。

  (3)光學放大倍率為0.7—4.5X。

  (4)清晰度根據校正塊、實際對象成像反映來進行判讀。

  4. 自動變焦鏡頭

  (1) 為自動定位鏡頭本身瞳焦已經調節好,需要檢驗從最大倍率到最小倍率的清晰度,是否一致、是否清晰。

  (2) 檢驗同軸度,即最大倍率到最小倍率取像在同一位置,不能偏移或偏移太大,均視為不良品,必需重新更換鏡頭。

  (3) 光學放大倍率為0.7—4.5X。

  (4) 清晰度根據校正塊、實際對象成像反映來進行判讀。

分享你的喜愛

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *