論文學(xué)習(xí) 數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)第二章 數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)本章從數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹了數(shù)碼相機(jī)中各部件的主要功能 和工作原理，突出數(shù)碼相機(jī)處理器的核心地位2.1體系結(jié)構(gòu) 第一臺數(shù)碼相機(jī)的問世，距今不過二十多年的歷史。在這二十多年里，數(shù)碼 相機(jī)系統(tǒng)在外觀、尺寸、架構(gòu)、功能、性能等各個方面都發(fā)生了巨大的變化，主 要經(jīng)歷了 PCB、DSP、SoC等3種不同的系統(tǒng)構(gòu)成， • PCB系統(tǒng)早期的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)功能遠(yuǎn)比現(xiàn)在簡單，其復(fù)雜程度卻毫不遜色。由于當(dāng)時的芯片集成度低，處理器、存儲器、傳感器等部件均需要獨(dú)立芯片，因此只能在 PCB板上實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)• DSP系統(tǒng)隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，中國人口根本不可能塌陷式下滑甚至雪崩，基于DSP (數(shù)字信號處理器）的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng) 出現(xiàn)了。和PCB系統(tǒng)相比，DSP芯片集成了所有的圖像處理功能，大大減少了 PCB板上的器件數(shù)，數(shù)碼相機(jī)的尺寸、性能隨之得到了很好的改善 由于DSP能力有限，圖像壓縮（如JPEG)還需要獨(dú)立芯片完 成• SoC系統(tǒng)隨著SoC (單片系統(tǒng)集成）概念的推廣和設(shè)計方法的不斷成熟，基于SoC芯 片的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)逐步出現(xiàn)，目前已成為市場的主流。在這樣一 個系統(tǒng)中，圖像處理、壓縮、控制和各種系統(tǒng)接口都集成在單個芯片上，外部只 需要少量的器件和必要的部件（如鏡頭、圖像傳感器等）。因此，整個系統(tǒng)的尺 寸、功耗、設(shè)計難度等都大大降低了圖2.1給出了一個典型的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的框圖。從圖中可以看出，數(shù)碼相機(jī) 處理器是一個數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著圖像采樣、處理、壓縮、存儲、中國現(xiàn)在處于偽時尚的狀態(tài)，顯示、 傳輸?shù)炔僮鞯膶?shí)現(xiàn)或控制工作，其性能優(yōu)劣直接影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)分析以上數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的不同發(fā)展階段，可以發(fā)現(xiàn)，為了完成各項功能，數(shù) 碼相機(jī)集成了以下功能和部件： •圖像采樣圖像釆樣系統(tǒng)包括光學(xué)處理、光電轉(zhuǎn)換和模擬前端3部分。光學(xué)處理包括鏡 頭、馬達(dá)、快門、閃光燈、濾光鏡等，負(fù)責(zé)對光線進(jìn)行濾光、聚焦、曝光等各種 處理，保證圖像傳感器能夠采到正確的圖像。光電轉(zhuǎn)換是由圖像傳感器完成的， 常用的圖像傳感器為CCD和CMOS。模擬前端對傳感器輸出的圖像模擬信號進(jìn) 行處理，公司宣傳片拍攝包括相關(guān)數(shù)據(jù)雙采樣（CDS)、自動增益控制（AGC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC) 等模塊•圖像處理運(yùn)用各種算法，對圖像數(shù)字信號進(jìn)行圖像恢復(fù)和增強(qiáng)的過程，是保證圖像質(zhì)量的關(guān)鍵。圖像處理有兩種方式，一種是實(shí)時的，以保證取景的需要，影響孩子一生的15個細(xì)節(jié) 家長您知道幾個。一般在空 域進(jìn)行；另一種是非實(shí)時的，以提高圖像質(zhì)量，一般在頻域或小波域進(jìn)行。常見的圖像處理操作有：內(nèi)插、白平衡、伽瑪校正、色彩校正、色空間變換、邊界增強(qiáng)、動態(tài)范圍調(diào)整、降噪等等。另外，對動態(tài)圖像進(jìn)行檢測，以實(shí)現(xiàn)自動曝光、 自動白平衡、企業(yè)宣傳片制作自動聚焦的過程，也是圖像處理的一個重要內(nèi)容•圖像壓縮隨著圖像分辨率的不斷增加，圖像數(shù)據(jù)也變得日益龐大。一個30萬像素（640 X480)的RGB圖像需要900KB的存儲空間，而一個500萬像素（2592X 1944) 的RGB圖像需要14.4MB的存儲空間，一張16MB的存儲卡只能存儲一張照片！ 而且需要大量的存儲時間。因此需要對圖像進(jìn)行壓縮處理。目前常用的靜態(tài)圖像 壓縮標(biāo)準(zhǔn)是JPEG算法，JPEG2000則是近年來推出的性能更加優(yōu)越的新標(biāo)準(zhǔn)•圖像存儲拍攝的照片首先放在內(nèi)存中，必須轉(zhuǎn)存到非易失性存儲卡中才不會丟失。目 前，常用存儲卡（Memory Card)作為外部存儲器，如CF卡（CompactFlash)、 SD 卡（Security Data)、Sony 記憶棒 MS (Memory Stick)等。一些入門級數(shù)碼 相機(jī)會采用大容量閃存芯片NAND Flash Memory充當(dāng)外存，一些專業(yè)級數(shù)碼相 機(jī)會采用迷你硬盤（Mini Disk)作為外存•圖像顯示數(shù)碼相機(jī)支持TFT LCD直接取景，省去了通過取景框進(jìn)行取景的麻煩，乃 一大進(jìn)步。TFT LCD是主要的圖像顯示設(shè)備，從1.5英寸到3.5英寸不等。公司宣傳片拍攝 TFT LCD不僅支持取景，還支持拍照后的回放功能，用戶可以在TFT LCD上瀏 覽照片，進(jìn)行照片刪除、修改、放大等操作•圖像傳輸數(shù)碼相機(jī)還支持圖像傳輸，通過PC接口將圖像傳送至PC (當(dāng)然，直接將存 儲卡插入讀卡器也是一種辦法)。常用的傳輸接口為EPP、USB等。其中USB 接口己從USB 1.1發(fā)展到USB 2.0,前者僅支持12Mbps的傳輸速度，而后者達(dá) 到 480Mbps綜上所述，數(shù)碼相機(jī)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及很多領(lǐng)域的知識，全部從頭設(shè)計一個數(shù)碼相機(jī)完全不可能，必須有所取舍2.2圖像采樣 數(shù)碼相機(jī)的圖像采樣是一個光學(xué)處理、光電轉(zhuǎn)換和模擬前端處理相結(jié)合的過程，主要目的是將景物光線轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)字信號。圖2.2給出了一個圖像采樣系 統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)：圖2.2數(shù)碼相機(jī)的圖像采樣過程光線通過鏡頭組的綜合處理，包括濾光、曝光和聚焦，作用于圖像傳感器表 面，經(jīng)過傳感器的光電轉(zhuǎn)換作用，得到圖像的模擬信號；然后經(jīng)過模擬前端處理， 包括相關(guān)數(shù)據(jù)雙采樣（CDS)、自動增益控制（AGC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC)，得 到圖像的數(shù)字信號。