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(tái)數(shù)碼相機(jī)的問(wèn)世，距今不過(guò)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(gè)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(jiǎn)單，其復(fù)雜程度卻毫不遜色。由于當(dāng)時(shí)的芯片集成度低，處理器、存儲(chǔ)器、傳感器等部件均需要獨(dú)立芯片，光圈快門感光度及拍攝技巧。因此只能在 PCB板上實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)• DSP系統(tǒng)隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，基于DSP (數(shù)字信號(hào)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(jì)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(chǎng)的主流。在這樣一 個(gè)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(gè)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(yè)宣傳片制作因此，整個(gè)系統(tǒng)的尺 寸、功耗、設(shè)計(jì)難度等都大大降低了圖2.1給出了一個(gè)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(gè)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(chǔ)、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(gè)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，企業(yè)宣傳片制作可以發(fā)現(xiàn)，為了完成各項(xiàng)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(duì)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。十大違反廣告法案例 三條名人代言廣告上榜，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(duì)傳感器輸出的圖像模擬信號(hào)進(jìn) 行處理，包括相關(guān)數(shù)據(jù)雙采樣（CDS)、自動(dòng)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(duì)圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像恢復(fù)和增強(qiáng)的過(guò)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(shí)的，以保證取景的需要，一般在空 域進(jìn)行；另一種是非實(shí)時(shí)的，以提高圖像質(zhì)量，一般在頻域或小波域進(jìn)行。常見(jiàn)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(dòng)態(tài)范圍調(diào)整、降噪等等。另外，對(duì)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)曝光、 自動(dòng)白平衡、自動(dòng)聚焦的過(guò)程，也是圖像處理的一個(gè)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(gè)30萬(wàn)像素（640 X480)的RGB圖像需要900KB的存儲(chǔ)空間，而一個(gè)500萬(wàn)像素（2592X 1944) 的RGB圖像需要14.4MB的存儲(chǔ)空間，一張16MB的存儲(chǔ)卡只能存儲(chǔ)一張照片！ 而且需要大量的存儲(chǔ)時(shí)間。因此需要對(duì)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(lái)推出的性能更加優(yōu)越的新標(biāo)準(zhǔn)•圖像存儲(chǔ)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(chǔ)卡中才不會(huì)丟失。目 前，常用存儲(chǔ)卡（Memory Card)作為外部存儲(chǔ)器，如CF卡（CompactFlash)、 SD 卡（Security Data)、Sony 記憶棒 MS (Memory Stick)等。一些入門級(jí)數(shù)碼 相機(jī)會(huì)采用大容量閃存芯片NAND Flash Memory充當(dāng)外存，一些專業(yè)級(jí)數(shù)碼相 機(jī)會(huì)采用迷你硬盤(pán)（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(guò)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。 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，影視視頻制作通過(guò)PC接口將圖像傳送至PC (當(dāng)然，直接將存 儲(chǔ)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(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及很多領(lǐng)域的知識(shí)，全部從頭設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)光學(xué)處理、光電轉(zhuǎn)換和模擬前端處理相結(jié)合的過(guò)程，主要目的是將景物光線轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)字信號(hào)。圖2.2給出了一個(gè)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(guò)程光線通過(guò)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(guò)傳感器的光電轉(zhuǎn)換作用，得到圖像的模擬信號(hào)；然后經(jīng)過(guò)模擬前端處理，MG動(dòng)畫(huà)視頻-影視視頻制作 MG動(dòng)畫(huà)視頻-影視視頻制作， 包括相關(guān)數(shù)據(jù)雙采樣（CDS)、自動(dòng)增益控制（AGC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC)，得 到圖像的數(shù)字信號(hào)。