回想這工作的這幾年，嘗盡社會(huì)的辛酸艱難，從一開始什么都沒有到30萬，從30萬到200萬，從200萬到1300萬，不是炫耀，我只是想通過我自己的經(jīng)歷告訴我的朋友們「手機(jī)像素越高，拍的照片越清晰」

攝像頭結(jié)構(gòu)

我初中的時(shí)候，有一次我考了年級(jí)第7名，學(xué)校獎(jiǎng)勵(lì)了 200塊錢，我當(dāng)時(shí)非常開心，第一時(shí)間就想去買一個(gè)照相機(jī)，我想把自己那時(shí)看到的畫面都記錄下來，可惜的是，我看上那個(gè)最便宜的也要兩百多，然后我媽跟我說先把錢存她那里，等過陣子有錢了再給我買，然后，你可能想知道然后怎么了，然后就沒有然后了，我最開始的照相機(jī)就是大學(xué)的時(shí)候，我哥給我買的那個(gè)大塊頭手機(jī)，鈴聲一響起來，一頭熟睡的母豬都能被吵醒。

最開始的照相機(jī)是那種手動(dòng)對(duì)焦的，就是轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)讓感光芯片能接收到最好的信號(hào)，俗稱對(duì)焦。

最原始的Camera成像原理

說起成像原理，我們不得不說小孔成像，就是有了小孔成像，我們才有了相機(jī)這么神奇的東西。

小孔成像是是比較古老的方式了，隨著現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)使用了新的方式替代小孔成像，因?yàn)樾】壮上竦?strong>孔很小，也造成了拍攝存在很多局限性。

現(xiàn)代Camera 工作原理

camera工作原理是外部光線穿過 lens 后， 經(jīng)過 color filter 濾波后照射到 Sensor 面上， Sensor 將從 lens 上傳導(dǎo)過來的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過內(nèi)部的 AD 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。如果 Sensor 沒有集 成 DSP，則通過 DVP 的方式傳輸?shù)絙aseband，此時(shí)的數(shù)據(jù)格式是 RAW DATA。如果集成 了 DSP， RAW DATA 數(shù)據(jù)經(jīng)過 AWB、 則 color matrix、 lens shading、 gamma、 sharpness、 AE 和 de-noise 處理（手機(jī)一般在cpu isp端做），后輸出 YUV 或者 RGB 格式的數(shù)據(jù)。最后會(huì)由 CPU 送到 framebuffer 中進(jìn)行顯示，這樣我們就看到 camera 拍攝到的景象了。

我們先用眼睛通過目鏡確定當(dāng)前拍攝的這個(gè)人是不是一個(gè)靚仔，然后呢，讓這個(gè)靚仔做一個(gè)比較帥點(diǎn)的姿勢(shì)，然后按下快門就，擋光板抬起，把光線照到感光器上，感光器是一個(gè)模擬圖片，通過ADC轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)芯片上。

Camera硬件原理圖

硬件原理圖分析

POWER:

VDD_CAMA28? ----2.8v?? camera的模擬電壓

VDD_CAMD28? ----1.5v?? camera的工作電壓

VDD_CAMIO28? ----2.8v?? camera的GPIO口數(shù)字電壓

OUTPUT:

CAM_DATA: camera的數(shù)據(jù)管腳。此數(shù)據(jù)腳可以輸出的格式有YUV、RGB、JPEG

CAM_VSYNC: camera的幀同步信號(hào)管腳。一個(gè)VYSNC信號(hào)結(jié)束表示一幀（即一個(gè)畫面）的數(shù)據(jù)已經(jīng)輸出完畢

CAM_HSYNC: camera行同步信號(hào)管腳。一個(gè)HSYNC信號(hào)結(jié)束表示一行的數(shù)據(jù)已經(jīng)輸出完畢

CAM_PCLK:?像素同步信號(hào)管腳。一個(gè)PCLK信號(hào)結(jié)束表示一個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)輸出完畢

INPUT:

CAM_PWDN:? camera的使能管腳，當(dāng)camera處于PWDN模式時(shí)，一切對(duì)camera的操作都是無效的，因此，在RST之前，一定要將PWDN管腳置為normal模式

CAM_RST:? camera的復(fù)位管腳。此方式為硬復(fù)位模式，一般管腳置為低，camera處于硬復(fù)位狀態(tài)，camera的各個(gè)IO口恢復(fù)到出廠默認(rèn)狀態(tài)。只有在XCLK開啟后，將RESET置為低，硬復(fù)位才有效，否則復(fù)位無效。

CAM_MCLK:? camera工作時(shí)鐘管腳。此管腳為主控提供camera的工作時(shí)鐘

CAM_I2C:? camera與主控的通信管腳 Camera主要的通信接口是i2c，數(shù)據(jù)傳輸是mipi

我們?cè)谲浖{(diào)試時(shí)，camera大致流程：

第一步：給sensor進(jìn)行上電和輸出時(shí)鐘信號(hào)；

第二步：然后通過i2c進(jìn)行通信，通過發(fā)送地址，cpu查找camera；

第三步：在打開camera時(shí)，通過i2c下發(fā)，對(duì)sensor寄存器進(jìn)行適配和準(zhǔn)備工作；

第四步：camera數(shù)據(jù)輸出，通過mipi給到cpu端進(jìn)行采集；

Sensor類型

4.1、常見的攝像頭傳感器類型主要有兩種

CCD（Chagre Couled Device），即電荷耦合器，目前被廣泛應(yīng)用于大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)上，這是一種特殊的半導(dǎo)體材料，它由大量獨(dú)立的光敏元件組成，這些光敏元件通常按矩陣排列。光線透過鏡頭照射到CCD上，并轉(zhuǎn)換成電荷，每個(gè)元件上的電荷量取決于其受到的光照強(qiáng)度。當(dāng)攝影者按動(dòng)快門時(shí)，CCD可將各個(gè)元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，然后將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)再以一定的格式壓縮后存入緩存內(nèi)，這樣就完成了數(shù)碼相片的整個(gè)拍攝。

CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），即互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，它在微處理器和閃存等半導(dǎo)體技術(shù)上占有重要的地位，也是一種可用來感受光線變化的半導(dǎo)體，其組成元素主要是硅和鍺，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本功能。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。由于CMOS結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)成本可以降低，理論上講，CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，CCD是以行為單位的電流信號(hào)，相比較而言，前者更為敏感、速度更快、更為省電。目前CMOS技術(shù)發(fā)展還不成熟，這種高質(zhì)量的CMOS還只應(yīng)用于一些專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)上，而在一些低檔數(shù)碼相機(jī)上常使用廉價(jià)低檔的CMOS，成像質(zhì)量一般比較差。所以目前要購(gòu)買消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)的話，建議用戶最好選擇以CCD為影像傳感器的產(chǎn)品

4.2、圖像采集數(shù)據(jù)的模式有兩種

Color Filter Array---CFA 圖像傳感器都采用一定的模式來采集圖像數(shù)據(jù)，常用的有 BGR 模式和 CFA 模式。

BGR 模式：BGR 模式是一種可直接進(jìn)行顯示和壓縮等處理的圖像數(shù)據(jù)模式，它由 R( 紅)、G( 綠) 、B( 藍(lán)) 三原色值來共同確定 1 個(gè)像素點(diǎn)，例如富士數(shù)碼相機(jī)采用的 SUPER CCD 圖像傳感器就采用這種模式，其優(yōu)點(diǎn)是圖像傳感器產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)無需插值就可直接進(jìn)行顯示等后續(xù)處理，圖像效果最好，但是成本高，常用于專業(yè)相機(jī)中。

CFA 模式：為了減少成本，縮小體積，市場(chǎng)上的數(shù)碼相機(jī)大多采用 CFA 模式，即在像素陣列的表面覆蓋一層彩色濾波陣列（Color Filter Array，CFA），彩色濾波陣列有多種，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是 Bayer 格式濾波陣列，滿足 GRBG 規(guī)律，綠色像素?cái)?shù)是紅色或藍(lán)色像素?cái)?shù)的兩倍，這是因?yàn)槿搜蹖?duì)可見光光譜敏感度的峰值位于中波段，這正好對(duì)應(yīng)著綠色光譜成分。在該模式下圖像數(shù)據(jù)只用R, G, B三個(gè)值中的一個(gè)值來表示一個(gè)像素點(diǎn)，而缺失另外兩個(gè)顏色值，這時(shí)得到的是一副馬賽克圖片，為了得到全彩色的圖像，需要使用其周圍像素點(diǎn)的色彩信息來估計(jì)缺失的另外兩種顏色，這種處理叫做色彩插值。

小結(jié)

這是camera硬件工作原理的介紹，那么在后面的文章中，我們將會(huì)逐步結(jié)合代碼去分析，怎樣驅(qū)動(dòng)camera工作起來。

掃碼或長(zhǎng)按關(guān)注

回復(fù)「?加群?」進(jìn)入技術(shù)群聊

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Camera摄像头工作原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。