Camera基礎知識

IT_hd發表於2024-06-26

1. 攝像頭組成

攝像頭通常由以下幾個主要組成部分構成:

鏡頭(lens)、感測器(sensor)、軟板(FPC)、影像處理晶片(DSP)。

決定一個攝像頭好壞的重要部件是:鏡頭(lens)、影像處理晶片 (DSP)、感測器(sensor)

2. 攝像頭取樣與格式

YUV 是一種顏色編碼方法,和它等同的還有 RGB 顏色編碼方法

RGB 顏色編碼

RGB 三個字母分別代表了 紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue),這三種顏色稱為 三原色,將它們以不同的比例相加,可以產生多種多樣的顏色。
RGB 影像中,每個畫素點都有紅、綠、藍三個原色,其中每種原色都佔用 8 bit,也就是一個位元組,那麼一個畫素點也就佔用 24 bit,也就是三個位元組。一張 1280 * 720 大小的圖片,就佔用 1280 * 720 * 3 / 1024 / 1024 = 2.63 MB 儲存空間。

YUV 顏色編碼

YUV 顏色編碼採用的是 明亮度色度 來指定畫素的顏色
其中,Y 表示明亮度(Luminance、Luma),而 U 和 V 表示色度(Chrominance、Chroma)
和 RGB 表示影像類似,每個畫素點都包含 Y、U、V 分量。但是它的 Y 和 UV 分量是可以分離的,如果沒有 UV 分量一樣可以顯示完整的影像,只不過是黑白的。
對於 YUV 影像來說,並不是每個畫素點都需要包含了 Y、U、V 三個分量,根據不同的取樣格式,可以每個 Y 分量都對應自己的 UV 分量,也可以幾個 Y 分量共用 UV 分量。

RGB 到 YUV 的轉換

RGB 到 YUV 的轉換,就是將影像所有畫素點的 R、G、B 分量轉換到 Y、U、V 分量
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此時的轉換結束後,每個畫素點都有完整的 Y、U、V 分量。而之前提到 Y 和 UV 分量是可以分離的,接下來透過不同的取樣方式,可以將影像的 Y、U、V 分量重新組合

YUV 取樣格式

YUV 影像的主流取樣方式有如下三種:

  • YUV 4:4:4 取樣
  • YUV 4:2:2 取樣
  • YUV 4:2:0 取樣

yuv444這種取樣方式的影像和 RGB 顏色模型的影像大小是一樣,並沒有達到節省頻寬的目的
一張 1280 * 720 大小的圖片,在 YUV 4:2:2 取樣時的大小為:
(1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.5 * 8 * 2)/ 8 / 1024 / 1024 = 1.76 MB 。
一張 1280 * 720 大小的圖片,在 YUV 4:2:0 取樣時的大小為:
(1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.25 * 8 * 2)/ 8 / 1024 / 1024 = 1.32 MB 。

YUV 儲存格式

根據取樣方式和儲存格式的不同,就有了多種 YUV 格式。這些格式主要是基於 YUV 4:2:2 和 YUV 4:2:0 取樣
以720×488大小圖象YUV420 planar為例,其儲存格式總大小為(720×480×3>>1)位元組,分為三個部分:Y,U和V
Y分量: (720×480)個位元組
U(Cb)分量:(720×480>>2)個位元組
V(Cr)分量:(720×480>>2)個位元組
三個部分內部均是行優先儲存,三個部分之間是Y,U,V 順序儲存。
即YUV資料的0--720×480 位元組是Y分量值,
720×480--720×480×5/4位元組是U分量
720×480×5/4 --720×480×3/2位元組是V分量。

解析度

解析度就是指畫面的解析度,由多少象素構成的數值越大,影像也就越清晰

攝像頭介面

攝像頭常用介面包括:USB、DVP、MIPI
DVP是並口,提供8-bit或10-bit並行傳輸資料線、HSYNC(Horizontal sync)行同步線、VSYNC(Vertical sync)幀同步線和PCLK(Pixel Clock)時鐘同步線,DVP匯流排PCLK極限約在96M左右,而且走線長度不能過長,所有DVP最大速率最好控制在72M以下

MIPI是LVDS低壓差分串列埠,只需要要CLKP/N、DATAP/N——最大支援4-lane,一般2-lane即可。
MIPI介面比DVP的介面訊號線少,由於是低壓差分訊號,產生的干擾小,抗干擾能力也強。
DVP介面在訊號完整性方面受限制,速率也受限制。
500W還可以勉強用DVP,800W及以上都採用MIPI介面