論文學習 數碼相機系統第二章 數碼相機系統本章從數碼相機系統的基本結構出發，介紹了數碼相機中各部件的主要功能 和工作原理，突出數碼相機處理器的核心地位2.1體系結構 第一臺數碼相機的問世，距今不過二十多年的歷史。在這二十多年里，數碼 相機系統在外觀、尺寸、架構、功能、性能等各個方面都發生了巨大的變化，主 要經歷了 PCB、DSP、SoC等3種不同的系統構成， • PCB系統早期的數碼相機系統功能遠比現在簡單，其復雜程度卻毫不遜色。由于當時的芯片集成度低，處理器、存儲器、傳感器等部件均需要獨立芯片，光圈快門感光度及拍攝技巧。因此只能在 PCB板上實現整個系統• DSP系統隨著集成電路技術的發展，基于DSP (數字信號處理器）的數碼相機系統 出現了。和PCB系統相比，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，數碼相機的尺寸、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)還需要獨立芯片完 成• SoC系統隨著SoC (單片系統集成）概念的推廣和設計方法的不斷成熟，基于SoC芯 片的數碼相機系統逐步出現，目前已成為市場的主流。在這樣一 個系統中，圖像處理、壓縮、控制和各種系統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）。企業宣傳片制作因此，整個系統的尺 寸、功耗、設計難度等都大大降低了圖2.1給出了一個典型的數碼相機系統的框圖。從圖中可以看出，數碼相機 處理器是一個數碼相機系統的核心，承擔著圖像采樣、處理、壓縮、存儲、顯示、 傳輸等操作的實現或控制工作，其性能優劣直接影響到整個系統的正常運轉分析以上數碼相機系統的不同發展階段，企業宣傳片制作可以發現，為了完成各項功能，數 碼相機集成了以下功能和部件： •圖像采樣圖像釆樣系統包括光學處理、光電轉換和模擬前端3部分。光學處理包括鏡 頭、馬達、快門、閃光燈、濾光鏡等，負責對光線進行濾光、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。十大違反廣告法案例 三條名人代言廣告上榜，光電轉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 行處理，包括相關數據雙采樣（CDS)、自動增益控制（AGC)和模數轉換（ADC) 等模塊•圖像處理運用各種算法，對圖像數字信號進行圖像恢復和增強的過程，是保證圖像質量的關鍵。圖像處理有兩種方式，一種是實時的，以保證取景的需要，一般在空 域進行；另一種是非實時的，以提高圖像質量，一般在頻域或小波域進行。常見的圖像處理操作有：內插、白平衡、伽瑪校正、色彩校正、色空間變換、邊界增強、動態范圍調整、降噪等等。另外，對動態圖像進行檢測，以實現自動曝光、 自動白平衡、自動聚焦的過程，也是圖像處理的一個重要內容•圖像壓縮隨著圖像分辨率的不斷增加，圖像數據也變得日益龐大。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。因此需要對圖像進行壓縮處理。目前常用的靜態圖像 壓縮標準是JPEG算法，JPEG2000則是近年來推出的性能更加優越的新標準•圖像存儲拍攝的照片首先放在內存中，必須轉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。一些入門級數碼 相機會采用大容量閃存芯片NAND Flash Memory充當外存，一些專業級數碼相 機會采用迷你硬盤（Mini Disk)作為外存•圖像顯示數碼相機支持TFT LCD直接取景，省去了通過取景框進行取景的麻煩，乃 一大進步。TFT LCD是主要的圖像顯示設備，從1.5英寸到3.5英寸不等。 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，進行照片刪除、修改、放大等操作•圖像傳輸數碼相機還支持圖像傳輸，影視視頻制作通過PC接口將圖像傳送至PC (當然，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發展到USB 2.0,前者僅支持12Mbps的傳輸速度，而后者達 到 480Mbps綜上所述，數碼相機是一個非常復雜的系統，涉及很多領域的知識，全部從頭設計一個數碼相機完全不可能，必須有所取舍2.2圖像采樣 數碼相機的圖像采樣是一個光學處理、光電轉換和模擬前端處理相結合的過程，主要目的是將景物光線轉換成圖像數字信號。圖2.2給出了一個圖像采樣系 統的完整結構：圖2.2數碼相機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，經過傳感器的光電轉換作用，得到圖像的模擬信號；然后經過模擬前端處理，MG動畫視頻-影視視頻制作 MG動畫視頻-影視視頻制作， 包括相關數據雙采樣（CDS)、自動增益控制（AGC)和模數轉換（ADC)，得 到圖像的數字信號。