摄像头--中文百科全书

分类

摄像头可分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄像头可以将视频採集设备产生的模拟视频信号转换成数位讯号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口传到计算机里。电脑市场上的摄像头基本以数字摄像头为主，而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的USB数字摄像头为主，市场上可见的大部分都是这种产品。除此之外还有一种与视频採集卡配合使用的产品，但还不是主流。由于个人电脑的迅速普及，模拟摄像头的整体成本较高，而且不能满足BSV液晶拼接屏接口等原因，USB接口的传输速度远远高于串口、并口的速度，因此市场USB接口的数字摄像头。模拟摄像头可和视频採集卡或者USB视频採集卡配套使用，很方便的跟电脑连线使用，典型套用是一般的录像监控。洁净区摄像头，洁净区嵌入式专用摄像头是针对洁净区无尘室重要设备关键岗位实时监控的专用摄像头。该摄像头纯平面板，嵌入彩钢板安装，零卫生死角，清洁方便，安装便捷，能快速多点布控，兼容主流视频系统

摄像头（webcam）一般具有视频摄像/传播和静态图像捕捉等基本功能，它是藉由镜头採集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数位讯号，然后藉由并行连线埠或USB连线输入到电脑后由软体再进行图像还原。

解析度

解析度是用于度量点阵图图像内数据量多少的一个参数，通常表示成dpi(dot per inch,每英寸点)。简单地说，摄像头的解析度是指摄像头解析图象的能力，也即摄像头的影像感测器的像素数。最高解析度就是指摄像头能最高分辨图像的能力的大小，即摄像头的最高像素数。现在市面上较多的30万像素CMOS的解析度为640×480，50万像素CMOS的解析度为800×600。解析度的两个数字表示的是图片在长和宽上占的点数的单位，一张数码图片的长宽比通常是4：3。

在实际套用中，如果将摄像头用于网路聊天或者视频会议，那么解析度越高则需要的网路频宽就越大。因此消费者在这方面应该注意，应根据自己的需要选择一款像素适合自己的产品。

结构组件

我们从摄像头的日常工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件。

镜头（LENS）

透镜结构，由几片透镜组成,有塑胶透镜（Plastic）或玻璃透镜（Glass）。

图像感测器

可以分为两类

CCD（charge-coupled device）：电荷耦合器件

CMOS（complementary metal oxide semiconductor）：互补金属氧化物半导体

电源

摄像头内部需要两种工作电压：3.3V和2.5V，最新工艺晶片有用到1.8V。

远程控制

普通版

1、远程监控摄像头是远程监控摄像头，主分普通版、加强版和户外版三类，可以左右320度，上下60度旋转监视，对画面进行拍照，录相，并可将照片、录相发到信箱或者FTP伺服器上，摄像机具有移动侦测功能, 可设定传送电子邮件示警等。网路人远程监控摄像机与传统摄像头最根本的地方在于无须布线，无须大面积硬体辅助，只要一根网线，便可以在世界任意一角落远程监视到您想要监控的地方。

2、网路人远程监控摄像机普通版是一种结合传统摄像机与网路技术所产生的新一代摄像机，只要将网路人摄像机插在网线上（无需电脑），它即可将影像透过网路传至地球另一端。可以遥控摄像机左右320度,上下60度旋转，进行监视,并将监视画面录製下来，发到信箱或者FTP伺服器上…在你的公司或者仓库、铺面、家庭安装一个网路人摄像机，那么你即使到了他方异地，只要能上网，也可以远程进行监视。普通公司打造一个视频控制平台，没有几万或者几十万是办不到的，并且只能在固定的监视平台实施控制（你不可能在家中或者在外地进行控制），而购买网路人摄像机，安装简单（插在网线上即可），无需做连线埠映射，部署成本低廉，便可实现在异地监控。

加强版

（2）网路人远程监控摄像机加强版相较于普通版网路人远程监控摄像机加强版性能更加强悍，能轻鬆实现高清晰图像的低网路频宽传输，图像较普通版的摄像机更清晰、并且实现夜视、音频传输等新功能、动态报警、可设定报警时间区域、异常自动恢复、网路中断后自动连线等新功能。

（3）户外版：网路人远程监控摄像机户外版相比于前两者其性能优越的地方在于强悍的户外视频监控功能，与加强版不同的是，它使用的是专业的CCD感光晶片（420线），半球防护罩，防水并且耐高温，抑制强光、红外夜视；可以适应较恶劣的室外环境，支持无线路由等，普遍套用于荒野地带，禁忌涉足区域，危险地带，诸如建筑工地、小区别墅、工厂、金库，施工重地等。用其来实时监视怀孕妇女生活动向为其人身安全保驾护航最是适合不过了。

工作原理

摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像感测器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数位讯号处理晶片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。

技术指标

1、图像解析度/解析度(Resolution) ●SXGA(1280x1024)又称130万像素

●XGA(1024x768)又称80万像素

●SVGA(800x600)又称50万像素

选购指南

从摄像头的组成来看决定一个摄像头的品质从硬体上来说主要是：镜头、主控晶片与感光晶片。

镜头

五层“全玻”，也算顶级的摄像头镜头了。镜头的组成是透镜结构，

摄像头

由几片透镜组成，一般有塑胶透镜(plastic)或玻璃透镜(glass)。通常摄像头用的镜头构造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶贵。因此一个品质好的摄像头应该是採用玻璃镜头，成像效果就相对塑胶镜头会好。市场上的大多摄像头产品为了降低成本，一般会採用塑胶镜头或半塑胶半玻璃镜头(即：1P、2P、1G1P、1G2P等)。

感光晶片

（SENSOR）是组成数码摄像头的重要组成部分，根据元件不同分为。

CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件），一般是用于摄影摄像方面的高端技术元件，套用技术成熟，成像效果较好，但是价格相对而言较贵。

CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）套用于较低影像品质的产品中。它相对于CCD来说价格低，功耗小。

CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。但是生产工艺複杂、成本高、功耗高。

CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低。较早期的CMOS对光源的要求比较高，在採用CMOS为感光元器件的产品中，通过採用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，可以接近CCD摄像头的效果。

在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本準确。而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好。

高端摄像头基本都採用的是CCD感光元器件，主流产品则基本是CCD和CMOS平分秋色，总的来说还是CCD的效果好一点，CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸，在相同的解析度下，宜选择元件尺寸较大的为好。用户可以根据自己的喜好来选购。

首先不要在逆光环境下使用（这点CCD同），尤其不要直接指向太阳，否则“放大镜烧蚂蚁”的惨剧就会发生在您的摄像头上。其次环境光线不要太弱，否则直接影响成像质量。克服这种困难有两种办法，一是加强周围亮度，二是选择要求最小照明度小的产品，有些摄像头已经可以达到5lux。

最后要注意的是合理使用镜头变焦，不要小瞧这点，通过正确的调整，摄像头也同样可以拥有拍摄晶片的功能。市场销售的数码摄像头中，基本是CCD和CMOS平分秋色。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头採用CCD图像感测器的厂商为数不多，主要原因是採用CCD图像感测器成本高的影响。

主控晶片

在DSP的选择上，是根据摄像头成本、市场接受程度来进行确定。DSP的设计、生产技术已经逐渐成熟，在各项技术指标上相差不是很大，只是有些DSP在细微的环节及驱动程式要进行进一步改进。

像素

（Resolution）即感测器像素，也就是我们常说的多少像素的摄像头，是衡量摄像头的一个重要指标之一，一些产品都会在包装盒标着30万像素或35万像素。在实际套用中，摄像头的像素越高，拍摄出来的图像品质就越好，但另一方面也并不是像素越高越好，对于同一画面，像素越高的产品它的解析图像的能力也越强，但相对它记录的数据量也会大得多，所以对存储设备的要求也就高得多，因而在选择时宜採用当前的主流产品。由于受到摄像头价格、电脑硬体、成像效果等因素的影响，市面上的摄像头基本在30万像素这个档次上进行销售。还有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想，因此统治高像素摄像头的市场仍然是CCD摄像头。值得注意的一点：有些解析度的标识是指这些产品利用软体所能达到的插值解析度，虽然说也能适当提高所得图像的精度，但和硬体解析度相比还是有着一定的差距的。

捕获速度

视频捕获能力是通过软体来实现的，因而对电脑的要求非常高，即CPU的处理能力要足够的快，其次对画面要求的不同，捕获能力也不尽相同。现在摄像头捕获画面的最大解析度为640×480，在这种分辨下没有任何数字摄像头能达到30帧/秒的捕获效果，因而画面会产生跳动现象。比较现实的是在320×240解析度下依靠硬体与软体的结合有可能达到标準速率的捕获指标，所以对于完全的视频捕获速度，只是一种理论指标。

除了上述说的这些之外，还可以考虑的因素包括附带软体，摄像头外型，镜头的灵敏性，是否内置麦克风等等

保养技巧

1、儘量避免将摄像头直接指向阳光，以免损害摄像头的图像感应器件。

2、避免摄像头和油、蒸气、水气、湿气和灰尘等物质接触，避免和水直接接触。

3、不要使用刺激的清洁剂或有机溶剂擦拭摄像头。

4、不要拉扯和扭转连线线，包括电脑摄像头和监控摄像头：

5、非必要情况下，自己不要随意拆卸摄像头，试图碰触其内部零件，这容易对摄像头造成损伤，一旦损坏经销商估计也不会给予保修。

6、仓储时，应当将摄像头存放在乾净、乾燥的地方。不要拉扯和扭转连线线，类似动作可能会对摄像头造成损伤。

调试方法

在图像处理的嵌入式系统中，由于涉及机器视觉的处理分析，使得对图像生成工具摄像头的调试变得比较麻烦。

视觉简介

机器视觉就是用机器代替人眼来对外部环境进行感知并做出测量和判断。通过成像器件（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数位化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特徵，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。在一些对系统实时动作要求比较高的系统中，人的反应速度和信息处理能力是无法满足要求的，而机器视觉易于实现信息集成，和计算机控制系统相结合，可以提高系统的自动化程度。

调试目的

在嵌入式系统中摄像头调试的目的是使摄像头的机械和电气参数在满足系统要求下能产生质量最高的图像数据。一个涉及硬体和软体的成像系统，成像的质量好坏往往受到来自外界干扰和自身限制的很多因素的影响，这些影响会产生噪声和成像不均匀。来自软体层面的因素往往是算法的问题，这个层面的问题可以通过理论分析的数学计算解决，来自硬体层面的因素则而要用仪器进行调试，通过实验测量分析才能解决，由于硬体处理系统底层，所以硬体的质量会直接影响软体的质量，从而影响最终成像质量。对摄像头进行调试就是要从硬体层面上儘量消除干扰。

调试方法

由于嵌入式系统是一个比较广的概念，所以本文以HCS12作为主控晶片的摄像头组小车调试为例对调试方法进行介绍。

（一）外部搭设电路连线CRT显示器

从模拟摄像头上引出电源、地、信号三根引线，对摄像头供电，再将视频信号线接到电视盒视频输入接口。电视盒的VGA-OUT接至CRT显示器，从而实现CRT对经数位化的摄像头视觉进行显示。此种方法为完全硬体层面显示，提供和人眼视觉完全一样的显示效果，对摄像头安装和自身物理参数校正具有显着帮助。

（二）片外扩展LCD液晶

HCS12系列MCU中含有串列外设接口SPI（Serial Peripheral Interface），能实现MCU之间的数据传输，且其速度比通过串列异步通信（SCI）方式快。SPI模组也支持MCU也外围设备间的双向、同步、串列通信，实现MCU的外设扩展。

1．显示字元在系统运行时以字元形式提示系统相关运行参数。每个字元占用点列8*6，需要6位元组数据，完成字元显示只需在编程对指定位写入相应数据。由于该液晶模组本身不带有字型档，所以在程式开始时要先定义ASCⅡ表字元的液晶显示点阵数据，即一个大小为N*6位元组的二维数组。

2．显示图片模拟摄像头採集的视频信号经过MCU的A/D数位化后，信息存储在一个40*70的二维数组中，再将数组二值化，便能在48*84解析度的液晶模组中显示，使开发者实时对摄像头机器视觉进行观测。

此种方法为硬体和软体相结合的显示方法，能实时跟蹤显示摄像头相关信息，显示时不会打断系统运行流程。

（三）自写串口通讯上位机软体

利用MCU的SCI模组传送图片数据至PC机，上位机利用MSCOMM控制项编程对通讯数据进行读取。读取数据后，便能利用windows程式强大的数据处理能力和图片显示能力对图片数据处理，如：根据数据对图片进行重绘，对数组滤波分析并显示滤波效果，将接收数组以档案形式导出为计算机仿真提供数据来源。

此种方法为完全软体显示法，只而要从MCU收到数据，便能在PC机上实现一系列处理，对检验图形变换效果、滤波分析优劣以及数据仿真思想都有着其它方法无法比拟的优势。

优劣比较

1．CRT调视法。通过接入摄像头视频信号，CRT能高保真显示机器视觉。但只能局限于对摄像头参数测试和摄像头机械位置调整，对高级点的数位讯号就无能为力了。

2．LCD调试法。直接接在单片机SPI口上进行数据传输，能实时刷新显示图片，此模组可以直接搭载在系统上，实时显示系统相关信息。但由于模组解析度限制，只能显示黑白二值，造成数字图片失真。

3．串口调试法。能充分利用PC机强大的数据处理和图片显示功能，能实现数字图片高精度像素点显示，并导出灰度数值表，为VC，MATLAB仿真提供现场数据。但PC和MCU间数据传输速度太慢，缺乏实时性，缺乏动态跟蹤的优点。

汽车套用

汽车效果

a. 客货车倒车后视

b. 客车车内（安全、车门、行李仓）监控

车载摄像头

c. 特种车辆图像安全记录和监控（银行运钞车、城管车辆、工程车辆等）

d. 轿车倒车后视

e. 轿车行车前视

f. 大巴车摄像头

车载趋势

a. 车载电子由音频套用已过渡到音视频多功能套用阶段。摄像头是车载视频的重要组成部分。

b. 随着车载显示屏的后装及前装普及化，摄像头被带动普及套用。

c. 汽车家庭普及的全球化及行车停车的拥挤，为摄像头辅助倒车提供了大量需求空间。

d. 汽车的人性化设计及客户需求，带动该技术和产品的发展套用。部分车型出厂时已开始配置摄像头产品。

e. 摄像头技术本身的成熟度和车用环境的适应性，消除了技术瓶颈。

套用时期

a. 前装：与汽车同步设计，部分车型已推出。在一段时间内，比例不大。

b. 4S安装：专车专用型摄像头，与汽车销售同步。需要根据车型推出不同产品，以达到安装美观、套用方便的目的。

c. 后市场改装：一般採用通用型摄像头，价格较低。国内后市场渠道销售和外贸销售以此类产品和套用为主。

配车销售

a. 与后视镜、全自动屏等显示屏捆绑销售；

b. 与可视倒车雷达捆绑销售；

c. 作为独立产品销售

制约发展原因

据IT行业硬体发展的“摩尔定律”来看，数字摄像头也同样遵循其发展规律的，相信在未来几年内会发展的很快。从市场情况来看，制约摄像头髮展的因素主要有以下几个方面的原因：

1、摄像头市场起步较晚，消费者认知度、接受度较低，所以普及率较低，市场容量增大速度不够快，需要加以一定引导来推动市场消费。

2、摄像头的实际套用不够广泛，有一定的局限性，还是作为一种消费类产品在销售，消费者只是把它作为视频聊天、製作简单的个人影像集、简单的监视系统等的工具。

3、电脑硬体的限制，如电脑显示卡、显示器的解析度、USB1.1接口速度，就影响高像素摄像的真正普及。

现实套用

广泛套用于农业军事交通等等方方面面，套用相当广泛地位也非常重要，尤其是交通和治安方面都占有非常重要的

1.交通管理：拥有摄像头让交通管理更加方便高效

2.警方破案：摄像头在警方破案中地位非常重要，可以通过马路上摄像头、小区摄像头破案。

入侵事件

近日，据央视报导，大量家庭摄像头遭非法入侵，令原本私密的家庭生活场景，被陌生人所偷窥、猎奇。此讯息一出，顿时让很多人感到惊恐与愤怒。

事实上，从厂商、黑客到监管部门，再到网路上的“内容”平台和传播者，现有法律已经设定了一道严密的防火墙。在生产和销售环节，如果家庭摄像头是因为产品质量而遭受入侵，则厂家和商家需要承担相应的法律责任。根据《消费者权益保护法》的规定，经营者应当保证其提供的商品或服务符合保障人身、财产安全的要求，隐私权便是重要的一项人身权利。对于家庭摄像头来说，其产品质量不只限于实体的摄像清晰程度、使用期限，同样也包括内置软体的安全性和配置方案的合理性。