Camera基本概念_camera dcg

1. 摄像头分类

        摄像头可分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口传到计算机里。

2. 摄像头结构

        数字摄像头，主要有玻璃透镜、CMOS传感器、图像信号处理器（ISP）、电源管理、串行器、微处理器器等功能单元构成，如下图所示，但是电池保护单元一般都是在解串单元那边，同时因为数字摄像头体积非常小，选型过程中尽量需要考虑小体积、高效率的器件。

        下图是一个摄像头的基本结构：

2.1 硬件接口

2.1.1 摄像头

        摄像头传感器由摄像头接口和控制接口(一般为i2c)组成，摄像头接口用于传输传感器采集到的数据,控制接口用于控制摄像头传感器(例如被master读写芯片寄存器)。

 2.1.2 芯片

        芯片上由多个摄像头控制器，多个摄像头接口，多个i2c控制器(i2c总线)。

        摄像头控制器负责控制摄像头接口和处理接收到的数据，摄像头接口负责传输图像数据，i2c控制器负责传输控制信息。

 2.1.3 摄像头传感器和芯片的接法

        摄像头控制器可以选择控制哪个摄像头接口。

3. 摄像头主要部件

        一般来说，camera 主要是由 lens 和 sensor IC 两部分组成，其中有的 sensor IC 集成 了 DSP，有的没有集成，但也需要外部 DSP 处理。细分的来讲，camera 设备由下边几部 分构成：

        lens（镜头） 一般 camera 的镜头结构是有几片透镜组成，分有塑胶透镜（Plastic)和玻璃透镜(Glass) ，通常镜头结构有：1P,2P,1G1P,1G3P,2G2P,4G 等。

        sensor（图像传感器）是一种半导体芯片，有两种类型：CCD（Charge Coupled Device）即电荷耦合器件的缩写 和 CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）互补金属氧化物半导体。

        sensor 将从 lens 上传导过来的光线转换为电信号， 再通过内部的 AD 转换为数字信号。 由于 sensor 的每个 pixel 只能感光 R 光或者 B 光或者 G 光， 因此每个像素此时存贮的是单色的， 我们称之为 RAW DATA 数据。

        要想将每个像素的 RAW DATA 数据还原成三基色，就需要 ISP 来处理。 ISP（图像信号处理） 主要完成数字图像的处理工作，把 sensor 采集到的原始数据转换为显示支持的格式。

        CAMIF（camera 控制器） SoC芯片上的 camera 接口电路，对设备进行控制，接收 sensor 采集的数据并交给 CPU，送入 LCD 进行显示。

 4. Camera接口分类

        Camera接口实在多种多样，总的来说分为两大类：Parallel（并口）、Serial（串口）以及USB口。

        图像传输接口主要分两种，并口 ITU 和串口 CSI。CSI 是 MIPI CSI 的简称，鉴于 MIPI CSI 的诸多优点，在手机相机领域，已经广泛使用 MIPI-CSI 接口传输图像数据和各种自定义数据。外置 ISP 一般包含 MIPI-CSIS 和 MIPI-CSIM 两个接口，内置 ISP 一般只需要 MIPI-CSIS 接口。

4.1 Parallel–并口

        并口一般称DVP接口(Digital Video Port)，就是将图像信号按照8bit ,12bit等数据格式（看ISP或baseband是否支持），在并行时钟的作用下，一次性传输8位或者12位，这种方式最大的特点就是需要的数据线较多，并行时钟PCLK极限约在96MHZ左右，且走线长度不能过长，所以DVP的最大速率最好控制在72M以下。500W还可以勉强用DVP，800W及以上都采用MIPI接口。

        例如ITU 并口接口。

4.2 Serial–串口

        串口可以理解为将数据排队传输，serial主要分为以下几种：

4.2.1 MIPI接口：

        移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface：简称MIPI )1对时钟线，1~4 lane对数据线，单lane最高的传输速率可以达到270Mbps，且都是差分走线，有比较强的抗干扰性。

         上图是MIPI接口的接线方式，可以看到数据和时钟都是差分对。

4.2.2 LVDS接口：

        Low-Voltage Differential Signaling 低电压差分信号，是一种低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的差分信号技术，这种传输技术可以达到155Mbps以上，LVDS技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，是一种电流传输方式。

        LVDS主要用于视频传输的2个领域：camera和主控、LCD和主控。LVDS类的摄像头就没有i2c数据线作为控制线了，控制信号也由LVDS传输。

        LVDS接口只用于传输视频数据，MIPI DSI不仅能够传输视频数据，还能传输控制指令。

4.3 USB口

        UVC全称 USB video class或者USB device class,是Microsoft 与另外几家设备厂联合推出的USB视频捕获设备定义的协议标准，目前已经成为USB org标准之一。

5. 摄像头连接

        左边是摄像头，右边是SOC，摄像头和SOC之间通过双绞线连接(串行线)。