笔记本电脑摄像头技术简介

《笔记本电脑摄像头技术简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《笔记本电脑摄像头技术简介（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Camera Module IntroductionCamera是種能將影像轉為訊號的一種裝置，之後可藉由其 他的儲存裝置來保存這些資料，我們可以用他來記錄生活的回 憶，也可藉由其他媒介來傳輸影像，讓身在遠處的人也能像在 自己面前一樣的看到對方，縮短時間與空間的限制。Camera的應用相當廣泛，許多的地方都可以看到Camera的蹤 影。如： Web Cam NB Cam Mobile Phone Monitor序Market Attached RateNB cam於2005年開始bundle Rate倍數增加Resolution Trend2010年還是以1.3M為主流Camera Modul

2、e Transportation目前大部份的Camera Module都是以USB的介面來運 作，USB所帶來的便利性使得相當多的產品已逐漸的將介面 都導向USB。USB與IEEE1394傳輸協定同樣為串列式的傳輸方式， USB 2.0 傳輸速率高達 480 Mbps，而 IEEE1394傳輸為400 Mbps。但因為IEEE1394 有Peer to Peer的功能，所以在DV 的市場上（如：DV、Hi-8等），多數還是保有IEEE1394的 介面，但USB在其他產品的運用上已大幅超越 IEEE 1394。如：印表機、數位相機、讀卡機、硬碟、光碟機、藍芽 裝置、鍵盤滑鼠等，都採用USB 的傳

3、輸介面。Agenda1. USB2.02. Camera and components3. Software4. Image introduction5. Image fine tune6. ExcursusUSB Introduction USB全名為Universal Serial Bus，中文稱為通用序列匯流排。 此協定於1995年被提出。 1996年正式推出1.0版本，1998年修訂為1.1版。 2001年為USB 2.0正式推出。 由Compaq、IBM、Intel、Microsoft、NEC等大廠所推廣。 目前預計在2009年推出最新規格的 USB 3.0。USB Introduc

4、tionUSB 1.0USB 1.1USB 2.0USB 3.0 (Draft)傳輸模式半雙工全雙工全雙工全雙工速度1.5M/12M1.5M/12M1.5M/12M /480M1.5M/12M/480 M/4.8G向下相容N/AYesYesYesOTG功能oNoYesYesPin 腳數4 Pin4 Pin4 Pin*6Pin(Draft)Cable 長度5M5M5M2MUSB版本差異：*USB 3.0多增加兩條光纖傳輸線，專門處理G bit以上的 頻寬。原始的4 Pin為向下相容所保留。USB 特性 整合統一各種設備的連接頭 即插即用(Plug-and-Play) 具有 Hot Attach

5、& Detach 的功能 滿足各種周邊需求 最多可連接127個周邊設備USB 傳輸模式控制型傳輸中斷型傳輸巨量型傳輸等時型傳輸傳輸模式雙向傳輸雙向傳輸(USB 1.1之前為單向)雙向傳輸雙向傳輸支援速率低速、全速、高 速低速、全速、高 速全速、高速全速、高速保證頻寬NoNoNoYes*封包遺失 回報YesYesYesNo*應用範圍用於配置裝置主 機位址與設定人性化介面裝置 ，如鍵盤、滑鼠用於大量資料 傳輸，如隨身 碟用於即時資料傳 輸，如視訊、數 位麥克風。影像傳輸為等時型傳輸，為了能夠讓資料在第一時間傳達，並 避免延遲問題，所以必須有一定的保證頻寬，且遺失的封包也 不再回報，錯誤的傳輸將不再

6、修正。以達到即時傳輸的效果。USB 封包規範USB在每一個封包中都有規定四種傳輸模式的最 大封包大小，規範如下表所示：等時傳輸中斷傳輸巨量傳輸控制傳輸Max Data Size (byte)3072307266561984而個封包的週期時間約為125s，所以1 Sec 的封包數量為 ：1s 125 s = 8000 Package所以每種傳輸模式在每秒的傳輸量如下所示：等時傳輸：8000 3072 8 196 M bit中斷傳輸：8000 3072 8 196 M bit巨量傳輸：8000 6656 8 426 M bit控制傳輸：8000 1984 8 127 M bit影像格式在Camer

7、a module中，我們使用的影像格式大致上分 有兩種：YUY2 Format：這是一種未經壓縮的格式，未經壓縮的影像沒有失真 的問題，影像較為清晰，但是相對的影像傳輸的資料量就 會變的相當龐大，而在USB限定的頻寬底下，龐大的資料量 將會造成Frame rate大幅下降，尤其是高解析度的時候更 為明顯。MJPEG Format：為了讓影像大幅的降低傳輸率並且擁有較高的Frame rate，我們可以透過壓縮的方式來達到此目的，可以大幅降 低傳輸的資料量。Frame RateFrame rate是指每秒鐘畫面更新的速度，一般說明Frame rate 為 30 f/s 意思即為每秒鐘畫面更新了30

8、次，也就是每個 畫面只出現了1/30秒。人眼中，當畫面能夠達到每秒24個Frame，便會感覺影像 是順暢的。所以一般的電影也都是以每秒24個Frame來拍攝。 在使用Amcap時，從左下 角我們就可以看到Frame的 顯示。如右圖所示。Frame Rate Limitation傳輸影像必須消費極大的頻寬，即使是USB 2.0的高速頻寬 依然有傳輸的極限在，根據USB規範，等時傳輸每秒最大傳輸 量為 196 M bit，由於影像傳輸都是使用等時傳輸模式，理所當 然的，影像傳輸每秒最多即為196 M bit。當影像是未經過壓縮的資料（如：YUY2 Format）， Frame/s 的計算方式如下：

9、頻寬/ 總畫素 16 bit（YUY2) = Frame /s。640x480 196M / ( 640 x 480 x 16bits ) = 39 frames 1280x1024 196M / ( 1280 x 1024 x 16bits ) = 9 frames 1600x1200 196M / ( 1600 x 1200 x 16bits ) = 6 frames External knowledgeUSB 3.0：USB 3.0目前已有計畫推出，但實際上的規格與推出日期至今還未 能確定，目前非官方的訊息指出，USB 3.0將會把速度拉至 4.8 G bps （為USB 2.0 的十倍

10、），並且將採用光纖電纜當傳輸媒介，不過線長將 由原本的5公尺減為2公尺。USB 3.0的出現，將能讓影像傳輸的頻寬大幅提昇，往後運用在 Camera上，將可使影像擁有更高的解析度，更快速的Frame Rate， 即使運用在家內的防盜攝影機，錄取畫質極高的影像，USB 3.0的頻寬 依然綽綽有餘。WUSB：WUSB為Wireless USB的縮寫，與藍芽傳輸一樣屬於相同性質的 用途，目前規劃在3公尺內的傳輸距離，能夠擁有1G bps的頻寬。下一 代的藍芽傳輸也將採用此技術，所以往後WUSB與藍芽可能會有互通 性。Camera Module IntroductionCamera Module是由以

11、下主要元件所組成的：LensEEPROM or FlashSensorBackend ICCrystalRegulatorCamera Module 元件分佈 除了這些元件外，剩下的大多是電容、電阻或電感之類的被動元件。Lens 模組簡介組成Lens的相關元件如下： IR Filter：用來過濾紅色以外的光線，因 紅外線會影響到Sensor的感應，且 人眼本來就看不到紅色以外的光線 ，所以利用IR filter來過濾紅外 線。Cover Glass：防護用玻璃層，用以隔離IR filter與Sensor。Image Plane：影像呈現的區域。Lens是用來將影像捕捉後呈現 在Sensor上的

12、重要原件，Lens的 品質與影像的呈現有著相當大的關 係。Lens 工作方式圖中為被攝物透過Lens呈現在感光原件上的情形，影像將會呈現完 全反相。一般而言Lens是由玻璃(Glass)或塑膠(Plastic)的材質所製造的， 也可合併使用，如兩層塑膠加一層玻璃。玻璃材質擁有比塑膠材質更 佳的影像品質，但相對的玻璃成本較為昂貴。解析度在CIF(352 X 288)時，僅用一層塑膠即可，而VGA（640 X480）則需要兩層材質 ，到了1.3M（1280 X 1024)則需要用到三層*。*目前已有光電廠可開發出使用在1.3M的Lens，且僅需兩層材質。EEPROM FLASHEEPROM 全名為

13、 Erasable Programmable ROM，是一種非揮發 性的記憶體（NV RAM），用於儲存Camera module的 Firmware code。使用的傳輸介面為市面上較普遍的 I2C。FLASH與EEPROM相類似，一樣是用來儲存Firmware code 的 裝置，擁有比EEPROM更多的優點。傳輸介面為SPI，但因 SPI介面還不普遍，所以在Camera module上大多還是使用 EEPROM，即便是FLASH比EEPROM擁有更多的優點。EEPROM FLASH 外觀此為EEPROM的外觀，FLASH外觀亦同， 左為TSSOP封裝，右為DIP8封裝。EEPROM FL

14、ASH 差異EEPROMFLASH容量較小較大價錢較高較低速度慢快傳輸介面I2CSPI傳輸時脈400KHz3.75MHz耗電量比較省電比較耗電 因為EEPROM使用的I2C介面有著高相容性，且業界普遍皆 使用I2C來當作IC的溝通介面，所以目前許多的Camera Module還是使用EEPROM來儲存Firmware code，但近年來 FLASH提供了相當多EEPROM沒有的優點，所以已經有些許 Camera Module逐漸的導向使用FLASH來儲存Firmware code 。SensorSensor 是用以感測光線再將其轉為電子訊號的裝 置。而Sensor可以分為CMOS與CCD兩種不

15、同的種類。 而不論是CMOS或CCD都是用矽感光二極體來進行光與 電的轉換，所以光線越強，訊號也會越強。因CMOS與 CCD本身的工作原理就有相當大的差異，相對的CMOS 與CCD也各有不同的優缺點。在影像科技發展的早期，大多數高階的影像裝置（ 如數位相機，數位攝影機等）多是採用CCD為主要感光 元件，相較之下CMOS的產品多半被認為是影像裝置的 次級品，但目前已有相當多的高階影像裝置已經改採用 CMOS為主要的感光元件。CMOS CCD 的差異性CMOSCCD感光度相同面積下較低相同面積下較高成本低高耗電量低高解析度目前大至上不分上下雜訊抑制能力較低抑制能力較高反應時間較快較慢生產方式一般記

16、憶體機台即可需特殊機台代表廠商Omni Vision、Samsung、 Aptina、Magna、 Motorola、ToshibaSony、Philips、Panasonic 、Fujifilm 、Kodak、 Sanyo 、SharpCMOS CCD 市場趨勢CMOS 市場： 目前CMOS的市場大多是應用在低價，底成本，與低階商 品。如：手機相機，電腦視訊（NB CAM），和一些低階 的數位相機等等，因CMOS有著低耗電的特性，在行動通 訊的市場上更是受到青睞，而後期出現的Fill factor CMOS使每個Pixel的進光亮都得到提升，且有效消除 雜訊，目前已有許多高階單眼相機和數位攝影機逐漸採用 CMOS感測器。 CCD 市場： CCD原本專門應用在高階產品，他擁有高感度，高靈敏 度，低雜訊等等的優點，使得畫質上較CMOS來的好， 不過也因為製作成本高，且耗電量驚人（約為CMOS的 100倍），所以並不適用於行