摄像头是由Sensor(传感器)、DSP 即Digital Signal Processor(数字信号处理器)、lens(镜头)、外壳模具、USB连线、电路板及阻容等周边器件构成。下面就这几个组成部分分别加以介绍。
一、Sensor(传感器):是将光信号转换成电信号的器件。目前市场见到的主要有两种:一种是CCD,一种是CMOS。
1、CCD(Chagre Couled Device),它的中文名字叫:电荷耦合器。
CCD从他的工作特性可分为:线性CCD和矩阵式CCD。从他的工艺特性又可分为:单CCD、3CCD及Super CCD三种。这些与我们今天说的摄像头相去较远,我们以后再讨论。
CCD是一种特殊的半导体材料。他是由大量独立的光敏元件组成,每个光敏元件也叫一个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的,光线透过镜头照射到CCD上,并被转换成电荷,每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当CCD工作时,CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上,模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号,数字信号以一定格式压缩后存入缓存内,然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

2、CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor),它的中文名字叫:互补型金属氧化物半导体。
CMOS在微处理器、闪存和ASIC(特定用途集成电路)的半导体技术上占有绝对重要的地位。
CMOS和CCD一样都是可用来感受光线变化的半导体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。

3、CCD和CMOS比较:
CCD的优点:成像像素高,清晰度高,色彩还原系数高,速度对光线要求不高。
CCD的缺点:由于技术垄断、制造工艺复杂、成品率低,所以这种产品的造价非常昂贵,功耗大。
CCD的应用:经常应用在高档次数码摄像机、数码照相机中。
CMOS的优点:价格低廉,CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。不像由二极管组成的CCD,CMOS 电路几乎没有静态电量消耗,只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右。
CMOS的缺点:但是,在成像方面稍微差一些。光线差时,速度较慢。
CMOS的应用:经常应有在低档相机,数码摄像头,玩具中,由于技术的进一步发展,也有用于高端的数码相机中,成像效果与CCD毫不逊色。
由于目前用于摄像头的Sensor主要为CMOS。现将CMOS Sensor做个介绍。
4、韩国现代HY7131E 1/3 HY7131R 1/4
5、美国美光360 1/4
6、台湾凌阳561 1/4
二、 DSP 即Digital Signal Processor(数字信号处理器)
目前,用于摄像头的DSP有以下几种:
1、 中国中兴微公司的ZC0301P,ZC0302
2、 美国OV公司的0V511+
3、 台湾原想公司的
4、 台湾松瀚公司的

图像传感器认识

由物体发出或反射的光线,几经周折,通过一系列的光学机构后,最终将到达焦平面,被那里的感光材料“留下”来。数码相机和传统相机的最大差别,就在于把图像“留住”的这一部份机构:传统相机用的是我们熟悉的胶卷,而数码相机用的却是电子芯片——图像传感器(image sensor)。因为两类相机的成像机构不同,导致了生成的图像的形式也不同,又进一步引发出一系列在存贮、控制、调整、特性等等方面的不同。 传统胶片的成像原理,是当不同的光线投射在底片上时,底片会产生不同的化学变化,经过化学处理后就可以形成图像。在数码相机中,图像传感器的作用其实也差不多,只不过当光线照射在图像传感器上时,产生的是光电变化——不同的光线将产生不同的电荷变化,而这些变化会被转换成相关的图像信号。 图像传感器的体积通常很小,但却包含了几十万乃至上千万个具有感光特性的二极管——光电二极管,每个光电二极管即为一个像素。当有光线照射时,这些光电二极管就会产生电荷累积,光线越多,电荷积累的就越多,然后这些积累的电荷就会被转换成相应的图像数据。 目前数码相机上图像传感器使用得最多的是CCD(Charge-coupled devices 电荷耦合器件)。CCD通常在同一块硅片上同时制作出光电二极管阵列和移位寄存器。移位寄贮器的作用,是把曝光完成后光电二极管上积累的电荷移走,然后进行放大,接着进行A/D转换,把模拟的电量转化为数字量。电荷的转移过程是逐行进行的,最靠近移位寄存器的一行光电二极管上的电荷首先被转移到寄存器上,而它上面各行光电二极管的电荷会依次下移,填充前一行原先的位置。当寄存器里面的电荷变成串行信号送出后,光电二极管阵列的电荷再依次向下移动一行到寄存器上。通过这样的方式,整个阵列的电荷值就可以被逐行读出。 CCD一直以来都是数码相机的主流图像传感器,但一种CMOS图像传感器(CMOS image sensors)也开始在数码相机上采用。CMOS即互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor)。和CMOS相比,CCD的缺点在于成本昂贵,只能在特定的工厂里通过特定而昂贵的工艺生产。CMOS却是成熟而普遍的半导体生产技术,从内存到CPU,CMOS工艺的半导体产品比比皆是,不但可以生产出Pentium III这么复杂的产品,而且大多数的主流半导体厂商都可以生产。所以利用相同的技术和设备工艺生产出来的CMOS传感器,在成本上要低得多。(这里提到的CMOS实际是指图像传感器的生产技术) CMOS图像传感器可以分为被动像素传感器(Passive-Pixel Sensors——PPS)和主动像素传感器(Active-Pixel Sensors——APS)。被动像素传感器体积很小,仅能容纳必须的光电二极管和相关连接。它的问题在于噪音(噪音通常指图像上的杂点,见下文)比较厉害,通常需要使用附加的降噪处理。主动像素传感器在被动像素传感器的基础上改进了降噪效果,每一个像素都有电路检测它的噪音水平并加以消除(所谓“主动像素”的名字就是来自于这些主动检测的电路)。使用主动像素技术的CMOS传感器性能已经可以和许多CCD相当,而且可以生产出更大的成像阵列和更高的分辨率。 除了成本较低外,由于集成度高,CMOS传感器可以把许多电路集成在单一的芯片上,例如时钟驱动、同步逻辑、信号处理,甚至AD转换、放大电路等等,而这些电路在CCD的数码相机上都必须采用分离的芯片,成本较高。同时CMOS传感器还可以在芯片上加入附加的特性电路,例如抗抖动、图像压缩等等,而这一切所需要增加的费用并不多。另外CMOS传感器的功耗很低,仅相当于CCD的1/8,这使得采用CMOS传感器的数码相机可以非常省电。 当然CMOS传感器的缺点也很明显。除了噪音较多外,它的灵敏度也比较低。也就说,在明亮的环境下(如室外阳光)可以获得很好的成像效果,但在光线不足的情况下(如室内、黄昏等)就不太理想。CMOS传感器灵敏度低的原因是每一个像素对应的区域除了感光的光电二极管外,还有降噪和执行其它功能的电路,并不是百分之百的面积都用于感光。我们把一个像素投入收集光线的区域与其总面积的百分比称为这个像素的填充率(fill factor)。对于CCD来说,填充率为100%(或接近100%),而CMOS传感器就要低得多(可以低至30%)。这就造成了CMOS传感器感光灵敏度比较低,在同样的环境下,需要更长的曝光时间。对这个问题的一个解决办法是,在每一个像素上面增加细小的微透镜,微透镜可以把像素非感光区域的光线收集起来投射到感光区域上,这样就相当于增加了填充率(实际上CCD也采用微透镜)。另一种办法是把相关电路的体积尽可能的缩小,可以增加实际的填充率。 CMOS传感器以往只是在低端产品上应用,但随着各种技术的改进和成熟,目前CMOS已经开始进入高端和专业数码相机领域,例如Canon最新的EOS D30就采用了CMOS传感器。由于CCD和CMOS各有优缺点,因此短期内会各有发展,不会出现替代的局面。