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(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片(DSP)中加工處理，再通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。

　　感光芯片(SENSOR)

　　是組成數(shù)碼攝像頭的重要組成部分，根據(jù)元件不同分為：

　　CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件。

　　CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。

　　CMOS的優(yōu)點(diǎn)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(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實(shí)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(chǎn)品時就更應(yīng)該注重技巧：

　　首先不要在逆光環(huán)境下使用(這點(diǎn)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(fā)生在您的攝像頭上。其次環(huán)境光線不要太弱，否則直接影響成像質(zhì)量�？朔�這種困難有兩種辦法，一是加強(qiáng)周圍亮度，二是選擇要求最小照明度小的產(chǎn)品，現(xiàn)在有些攝像頭已經(jīng)可以達(dá)到5lux。

　　最后要注意的是合理使用鏡頭變焦，不要小瞧這點(diǎn)，通過正確的調(diào)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(shù)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(chǎn)品中，通過采用影像光源自動增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對比度、邊緣增強(qiáng)以及伽馬矯正等先進(jìn)的影像控制技術(shù)，完全可以達(dá)到與CCD攝像頭相媲美的效果。受市場情況及市場發(fā)展等情況的限制，攝像頭采用CCD圖像傳感器的廠商為數(shù)不多，主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。

　　圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，目前市場和業(yè)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(yīng)用，無疑要屬數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品，其發(fā)展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年，數(shù)碼相機(jī)就由幾十萬像素，發(fā)展到400、500萬像素甚至更高。不僅在發(fā)達(dá)的歐美國家，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)占有很大的市場，就是在發(fā)展中的中國，數(shù)碼相機(jī)的市場也在以驚人的速度在增長，因此，其關(guān)鍵零部件——圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)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(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

　　一、CCD圖像傳感器

　　CCD（Charged Coupled Device）于1969年在貝爾試驗(yàn)室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)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(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī)上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)（DSC）、攝錄影機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多項(xiàng)影像輸入產(chǎn)品上。

　　一般認(rèn)為，CCD傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1. 高解析度（High Resolution）：像點(diǎn)的大小為μm級，可感測及識別精細(xì)物體，提高影像品質(zhì)。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?cái)?shù)目從初期的10多萬增加到現(xiàn)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，因此提高了信噪比（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(yīng)用較不受天候拘束；

　　3. 動態(tài)范圍廣（High Dynamic Range）：同時偵測及分辦強(qiáng)光和弱光，提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號反差現(xiàn)象；

　　4. 良好的線性特性曲線（Linearity）：入射光源強(qiáng)度和輸出訊號大小成良好的正比關(guān)系，物體資訊不致?lián)p失，降低信號補(bǔ)償處理成本；

　　高光子轉(zhuǎn)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(qiáng)管及投光器，即使在暗夜遠(yuǎn)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(dǎo)體技術(shù)已可制造大面積的ccdd晶片，目前與傳統(tǒng)底片尺寸相當(dāng)?shù)?5mm的CCD已經(jīng)開始應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中，成為取代專業(yè)有利光學(xué)相機(jī)的關(guān)鍵元件；

　　光譜響應(yīng)廣（Broad Spectral Response）：能檢測很寬波長范圍的光，增加系統(tǒng)使用彈性，擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)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(shí)地反應(yīng)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(wèi)星及各式導(dǎo)航系統(tǒng)上；

　　8. 低秏電力，不受強(qiáng)電磁場影響；

　　9. 電荷傳輸效率佳：該效率系數(shù)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(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。

　　根據(jù)In-Stat在2001時對全球圖像傳感器的研究報(bào)告中指出，CCD產(chǎn)業(yè)前七大廠商皆為日系廠商，占了全球98.5％的市場份額，在技術(shù)發(fā)展方面，目前較有特色的主要廠商應(yīng)為索尼、飛利普和柯達(dá)公司。

　　飛利普公司在CCD產(chǎn)品方面的優(yōu)勢為，具有業(yè)界最大尺寸的CCD傳感器，在數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用中，其35mm尺寸的CCD已經(jīng)應(yīng)用在“Contax”的數(shù)碼相機(jī)中，成為專業(yè)數(shù)碼相機(jī)的代言人。其次該公司還具有獨(dú)特的“Frame-Transfer CCD”（面掃描）技術(shù)，該產(chǎn)品在應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)每秒30-60幅的速率。這是真正視頻信號的速度。

　　柯達(dá)的CCD采用了廣受好評的ITO CCD（氧化銦錫）技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的聚硅化合物。其特點(diǎn)是敏銳度更高，透光性比一般CCD提高了20％，對于一般CCD感應(yīng)較弱的藍(lán)光以及抗雜訊干擾方面有突破性的改善，其對藍(lán)光感應(yīng)能力提高了2.5倍，同時大幅降低了雜訊干擾，使影像更強(qiáng)銳利、色彩更加準(zhǔn)確，為專業(yè)數(shù)碼攝影提供了高解析度、銳利度的影像。

　　傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)）使用的是八邊形的感光單元，使用了蜂巢的八邊形結(jié)構(gòu)，因此其感光單元面積要高于傳統(tǒng)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(tài)范圍、三是提高了信噪比。這三個優(yōu)點(diǎn)加上SuperCCD更高的生成像素成為富士公司在數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品上的最大賣點(diǎn)。

　　作用:全景攝像頭不一定是360度全部攝像的，只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(jī)的分類

　　依成像色彩劃分

　　(1)彩色攝像機(jī)：適用于景物細(xì)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(rèn)為是黑白攝像機(jī)的10倍。

　　(2)黑白攝像機(jī)：是用于光線不足地區(qū)及夜間無法安裝照明設(shè)備的地區(qū)，在僅監(jiān)視景物的位置或移動時，可選用分辨率通常高于彩色攝像機(jī)的黑白攝像機(jī)。

　　依攝像機(jī)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(diǎn)以上、彩色分辨率大于或等于480線、黑白分辨率，600線以上的高分辨率。

　　依攝像機(jī)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(fā)之中，尚未推出正式產(chǎn)品

　　此外CCD攝像機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)分。

　　三.鏡頭 (LENS)

　　鏡頭性能及外形區(qū)分

　　根據(jù)鏡頭的性能及外形區(qū)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(yè)鏡頭

　�。�1） 自動定位鏡頭，本身瞳焦已經(jīng)調(diào)節(jié)好，需要檢驗(yàn)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(yàn)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(xué)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(jù)校正塊、實(shí)際對象成像反映來進(jìn)行判斷。

　　2. E型鏡頭

　　（1）此鏡頭為普通工業(yè)鏡頭，需要手動調(diào)節(jié)瞳焦，在機(jī)臺安裝好以后，手動調(diào)節(jié)使用最大倍率和最小倍率時，圖像同樣的清晰，如果不能調(diào)節(jié)清晰度視為不良品，如果調(diào)節(jié)后鏡頭有晃動等不穩(wěn)定因素存在，也視為不良品。

　�。�2）檢驗(yàn)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(xué)放大倍率為0.7—4.5X。

　　（4）清晰度根據(jù)校正塊、實(shí)際對象成像反映來進(jìn)行判讀。

　　3. L型鏡頭

　�。�1）此鏡頭為普通工業(yè)鏡頭，需要手動調(diào)節(jié)瞳焦，在機(jī)臺安裝好以后，手動調(diào)節(jié)使最大倍率和最小倍率時，圖像同樣的清晰，如果不能調(diào)節(jié)清晰度視為不良品，如果調(diào)節(jié)后鏡頭有晃動等不穩(wěn)定因素存在，也視為不良品。

　�。�2）檢驗(yàn)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(xué)放大倍率為0.7—4.5X。

　　（4）清晰度根據(jù)校正塊、實(shí)際對象成像反映來進(jìn)行判讀。

　　4. 自動變焦鏡頭

　�。�1） 為自動定位鏡頭本身瞳焦已經(jīng)調(diào)節(jié)好，需要檢驗(yàn)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(yàn)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(xué)放大倍率為0.7—4.5X。

　　（4） 清晰度根據(jù)校正塊、實(shí)際對象成像反映來進(jìn)行判讀。