基础知识储备——飞思卡尔智能车摄像头

       CCD:CCD就相当与人的眼睛,它的主要工作就是把光影像转成电子信号。CCD上有感光点,每一点就像一颗太阳能电池,被光照到后会产生电能,依照光的照度不同,会产生不同的电能。

       V-Driver:CCD里头每一点被光照到产生电能,那如何取出来?就是靠这颗V-DRIVER,它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号“打”出来。我们通常说是CCD的驱动。

       CDS/AGC:CCD出来的讯号,在这颗晶片内做处理后,送进DSP(数字信号处理器)。

        DSP:DSP是DigitalSignalProcessor的缩写,也就是数字信号处理器,主要针对算法运算而产生的一种MCU,不只是在摄像机设计中用到DSP,现在好多行业都用到DSP,特别是在算法方面,DSP的应用是相当广的,是比较流行的MCU。从DS/AGC出来的模拟信号传送到DSP进行处理,顺便说一下,DSP是数字信号处理器,怎么能处理模拟信号呢?因为DSP内部有一个A/DConverter(模数转换器)把模拟转换成数字后再进行运算,在摄像机中主要是进行颜色,亮度,白平衡等运算。运算后又把信号转换成模拟信号输出,也就是视频输出了。

       T.G:控制整个处理过程快慢用的,一般都包含在DSP里的,就不多说了。以上部分再加上镜头,就是整个摄像机了。

       了解了摄像机结构后,现在来讲讲摄像机的方案,方案主要是针对DSP来说的,把DSP和CCD搭配起来就是我们所说的方案了,目前摄像机市场上应用比较多,占主流地位的是SONY和SHARP生产的DSP。SONY主要有以下几种方案:

       (1)SS-1;CXD2163BR

        SONY公司推出这颗DSP之前已推出了CXD2163,当初把CXD2163这个方案叫做SS-1,用CXD2163做出来的机子一直有问题,所以不久就推出CXD2163BR,用来代替CXD2163,方案人们也一直叫做SS-1。

        SS-1可接高解CCD(ICX408AK/超低照度ICX258AK(NTSC)和ICX409AK/超低照度ICX259AK(PAL)),还可以接低解CCD(ICX404AK(NTSC)和ICX405AK(PAL))(注意:以上CCD尺寸是1/3,还有好多型号的CCD没有列出,可参考有关方面的书籍)这颗DSP能够做到电源同步(电源同步——也称之为线性锁定或行锁定,是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步,即摄像机和电源零线同步)。所以现在好多厂家都在用来做高解的机子。

      (2)SS-11;CXD3141或CXD3142。

       这颗DSP是1999年推出的,这款DSP只能接低解的CCD,3142比3141多了镜像功能,如果SS-11也做到电源同步,就会产生很大的噪讯。所以目前还没做成电源同步,SONY目前420线的机子几乎就是这个方案。

      (3)SS-HQ1;CXD3172AR

       这颗DSP是SONY2004年推出的,就是520线机子用的DSP,3172目前的技术还不是特别成熟,存在许多问题,其中发热太大,发热量比其他DSP大好多,致使一些工程师并不喜欢用。SS-HQ1能接高低解的CCD,而且电源也能做到同步,总体上还是比SS-1好,就是发热问题还没解决。

       (4)SS-11X;CXD4103R

        这颗DSP是2005年推出的,是SONY目前最新的DSP,它解决了SS-HQ1的发热问题,但是电源同步时噪讯大。可接高低解的CCD。

      (这个是非常值得考虑采用的方案,各种方面都比较好,只是价格上略高,但尚能接受)

        CCD信号处理和辨别方法。

        介绍CCD信号处理和怎么去辨别CCD之前,我们简单介绍CCD,CCD(ChargeCoupledDevices)电荷耦合器件。CCD是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。由于CCD器件具有诸多优点:灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、空间自扫描,抗震动、抗磁场、体积小、无残影等,CCD能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移,也可将储存之电荷取出使电压发生变化,因此是理想的摄像元件,是代替摄像管传感器的新型器件。近30年来,CCD从当时的20万像素发展到目前的500—800万像素,CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展,特别是近几年来,在消费领域,图像传感和非接触测量领域中的应用发展速度更快。

       目前,CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械及微计算机为一体的综合性技术,在现代光子学、光电检测技术和现代测量技术中成果累累。随着CCD技术的迅猛发展,针对CCD信号的采集及采集之后的信号如何与计算机进行信息通信就成为CCD应用的一个重要问题,而能够针对CCD每一个像素进行高速采集并实时地传输给计算机处理,将会大大的提高采集到的CCD信号的精度并解决实时处理的问题,这在CCD信号采集和处理领域都将有非常广阔的前景。

       目前我们就用DSP作为MCU对CCD的信号进行采集和处理。DSP内置高速的AD转换器,用于采集CCD的信号,DSP有先进先出的存储器(FIFO)作为数据高速缓冲区,用于存储AD转换后的数据,把采集的数据进行运算(这里主要是颜色,亮度,白平衡),运算后把信号转换成模拟再输出,其中摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上,CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷,经周期性放电,产生表示一幅幅画面的电信号,各个像素积累的电荷在视频时序的控制下,逐点外移,经滤波、放大处理后,形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。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,所以也可以录像或接到电视机上观看。另外CCD部分需要个驱动,为CCD工作提供”能量”,视频信号要经过放大再输出,经过DSP的软件和硬件相结合对整个系统控制扫描制式。

       根据各国供电所采用的频率不同,有PAL制和NTSC制之分。欧洲和我国都采用P制,日本等国采用NTSC制式。

       50hz:PAL制,隔行扫描(PAL)制式(黑白为CCIR),标准为625行,50场。

       60hz:NTSC制式,525行,60场(黑白为EIR)。

       同步方式

       对单台摄像机而言,主要的同步方式有下列三种:

       内同步——利用摄像机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。

       外同步——利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄像机的外同步输入端来实现同步。

        电源同步——也称之为线性锁定或行锁定,是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步,即摄像机和电源零线同步。

        关于背光补偿,电子快门,自动增益控制,白平衡等介绍参照摄像机参数知识,这里略去在选择摄像机要注意以下几个重要的技术指标:

        (1)清晰度

        清晰度是一个摄像机的最重要指标,在监控系统中对图像的清晰度有很高的要求,如在交通监控中,对车辆要能看清车牌号码,对行人要能看清脸部特征,如果这些都看不清楚,那么监控将失去意义。线数的多少决定着清晰度,线数越高看到的图像也就越清晰,与CCD芯片及尺寸也是有一定关系的。高速球型摄像机一定要达到480线清晰度才能满足要求。在普通的商场,酒店,学校等一般用420线的清晰度就能达到要求。

       (2)最低照度

       摄像机的最低照度是指当被拍摄物体的光亮度降低到一定程度时,摄像机输出的视频信号仍能清晰可见。如果是在户外,需要24小时监控,在夜晚光线很暗,通常要求摄像机的最低照度要达到0.01LUX。比如在交通监控中。目前解决摄像机低照度问题,主要是采用超感度CCD(即EXviewHADCCD),这种超感度CCD要比普通CCD接收到更多的光线,从而使物体在很暗的光线下仍能清晰成像。

        (3)宽动态功能

        在光线的变化很大,前景和背景及其光线反差也很大的情况下(如交通监控),为了能拍摄到高质量的画面,就需要摄像机具备宽动态功能。在前景物体暗,背景亮的情况下,拍下的物体图像就非常黑而看不清楚,目前市场上的摄像机解决方法是采用背光补偿(BLC),但是因为背光补偿是采用中央光线补偿的技术来处理图像,所以采用背光补偿技术处理的图像前景物体因光线补偿可以看清楚,但是背景因光线补偿太亮而看不清楚。如果需要同时看清前景物体和背景,这时候就要用到具有宽动态功能的摄像机。宽动态技术是图像经过两次曝光,通过内部处理电路,合成一幅前景物体和背景都清晰明亮的图像。一般宽动态摄像机的动态范围能达到80倍。目前高速球型摄像机已具有此功能。

       (4)安装调试及维护的方便性

       选用结构设计的简便性,方便的安装调试及维护的摄像机,对工程安装公司和用户来说也是比较重要的,在安装调试阶段,可以节约大量的时间和精力,方便工程公司的安装;对用户来说,简单及时产品维护,无疑是监控系统正常运作的保障。

       以上指标中,清晰度和最低照度是首要考虑的,宽动态功能目前并不是所有摄像机都有,只是少部分有。

       我们在监控系统工程中还有一个距离问题,监控距离与镜头的焦距有关,镜头越大焦距越大,看的距离就越远,但是看到的范围就会小,比如只要求看10米,那用3.6mm的镜头就可以满足,3.6mm属于广角镜头,看的范围要广一些。如果要求看100米,那3.6m的镜头明显的不能满足要求,应该用25mm的镜头。看的范围就要小些。当然选择多大焦距的镜头还得看要监控的距离来定了。焦距大一些,相应看到的图像范围就要比焦距小的看到的范围小一些了。

一见钟情 发表于12-28 09:36 浏览1056次
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一见钟情
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