浅谈摄像头工作原理与摄像头的基本概念

1.摄像头的工作原理

了解摄像头，首先就要了解它的工作原理。为了方便理解，我们拿人眼来打个比方。当光线照射物体，物体上的光线反射通过人的晶状体聚焦，在视网膜上就可以形成图像，然后视网膜的神经感知到图像将信息传到大脑，我们就可以看到物体了。

同样的原理我们运动到摄像头上面，当被摄物体被阳光照射视，被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上。

CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅画面的电信号，经过预中放电路放大、AGC自动增益控制，于由图像处理芯片处理的是数字信号，所以经模数转换到图像数字信号处理IC(DSP)。

同步信号发生器主要产生同步时钟信号电品体振荡电路来完成)，即产生班直和水平的扫描驱动信号，到图像处理IC。然后，经数模转换电路通过输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的。

2. 摄像头的基本概念

2.1图像传感器(lmage sensor/lmager)

SENSOR:是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。目前市场上主流摄像头使用的感光元件主要是CCD和CMOS两种。它们的作用相当于传统相机中的底片。CCD的分辨率高，色彩还原逼真，已经成为百万像素级的数码摄影器材里的主角，但是其价格昂贵;与CCD相比，CMOS具有节能及成本低等特点。而且在百万像素内CMOS的感光效果完全可以和CCD媲美，因而摄像头几乎全都采用CMOS作为感光元件。

根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。

2.1.1 CCD与CMOS的差异

由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上

也有诸多差异，这些差异包括：信号读取 灵敏度 成本 分辨率噪声 功耗

1.信号读取

成像过程CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理相同，他们最主要

的差别在于信号的读出过程不同;由于CCD仅有一个(或少数几个)输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好;而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。

2.灵敏度

由于CMOS传感器的每个像素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积因此在像素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。

3成本

由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻

易地将周边电路集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本;除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中一个像素不能正常运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比 CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%良率的水平，因此CCD传感器的成本会高于CMOS传感器CMOS成本只有CCD同像素器件的1/10~1/20。

4.分辨率

前面讲到，CMOS传感器的每个像素都比CCD传感器复杂，其像素尺寸很难达到 CCD的水平，因此当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。

5.噪声

由于CMOS传感器的每个感光二极管都需要搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。

6.功耗

CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会

直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个像素中的电荷移动，而外加电压通常需要达到12~18V;因此CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高外(需外加POWERIC)高驱动电压更是其功耗远高于CMOS传感器的水平。

总结

CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者距离已逐渐缩小。

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