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在攝像頭的三大結構元件中,最重要就是圖像感測器了,因為感光器件對成像質量的重要性不言而喻。
SENSOR可以分為兩類:CCD(Charge Couple Device 電荷耦合器件)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor互補金屬氧化物半導體)。前者的價格比較高,因此多用在高端攝像頭上。而CMOS攝像頭則是非常主流(性能,包括價格)的大眾級產品,從理論上說,CCD感測器在靈敏度、解析度、雜訊控制等方面都優於CMOS感測器,而CMOS感測器則具有低成本、低功耗以及高整合度的特點。簡單地講,就是CCD攝像頭成像質量會更好,圖像明銳通透、細節豐富,色彩還原度好,曝光準確,而CMOS攝像頭則對光源有一定依賴性。對DC(數碼相機)有瞭解的朋友應該十分清楚這一點。
但是隨著技術的發展,在低端應用(比如百萬等級以下的相機、攝像頭、可視電話)方面CMOS已經憑藉低成本和不弱於同級CCD的高性能牢牢佔據了主流地位,而且就攝像頭產品而言,最好的CMOS SENSOR如HY 7131E的成像質量(包括清晰度/色彩還原等方面)比早期的CCD SENSOR更勝一籌!
從硬體角度講,相同圖元情況下SENSOR的面積自然越大越好,這種差異在弱光情況下表現得尤其明顯。(無論對於CCD還是CMOS均是如此,這也是高端DC十分強調CCD大小的根本原因所在)
目前市場上90%的主流產品採用了現代(Hynix)和美光(Micro)兩個廠商的CMOS SENSOR,其型號主要有現代7131E、現代7131R和美光的MI360三種,自然,它們的面積(性能)都是不一樣的:(除此以外還有美光的es1、0347及agilent2020很多很多,就不一一列舉了……)
現代7131E CMOS圖像感測器,648×488個圖元,感光部分呈長方形,尺寸為1/3英寸,弱光表現良好,色彩還原和清晰度都屬一流水準。不過去年底因成本過高宣佈停產了,令最好的301P+7131E主流方案風光不再。
美光MI360 CMOS圖像感測器,圖元為651×487,面積稍小於7131E,不過也可以納入硬體採集真30萬圖元的行列。
7131R是現代2004年量產的“拳頭產品”,比較常見,圖元點等同於MI360。
7131R的尺寸為4.86×3.64mm,即1/4英寸,因感光面積較小當然比不上前兩者嘍,不過7131R配合301P+新驅動,性能還算不錯,7131R的硬體解析度為30萬圖元。
採用以上三款圖像感測器的攝像頭行內習慣稱之為硬體35萬攝像頭。商家如果說自己的攝像頭是48萬圖元、80萬圖元甚至130萬圖元,很顯然是在誤導消費者。這些高圖元的攝像頭是通過軟體插值的方法獲得的,而且是靜態圖像才能達到插值後的圖元,對我們沒有什麼意義,對商家的意義是賣出高價。
數位信號處理晶片DSP
經典臺詞:“中星微”最佳解決方案,USB2.0介面。
DSP結構框架:
1. ISP(Image Signal Processor)(鏡像信號處理器)
2. JPEG encoder(JPEG圖像解碼器)
3. USB device controller(USB控制器)
ISP的性能強大是決定影像流暢的關鍵,JPEG encoder的性能也是關鍵指標之一,比如中星微(VI)301P是硬體JPEG壓縮方式,而松瀚602採用軟體RGB壓縮方式,因此301P圖像處理速度要比SONIX 602A快一點。至於USB介面控制功能與攝像頭本身的介面有關,比如採用EMPIA2710或者2800晶片、HY302、ALI M5603C等均支持。
DSP控制晶片的作用是:將感光晶片獲取的資料及時快速地傳到電腦中並刷新感光晶片,因此控制晶片的好壞,直接決定畫面品質(比如色彩飽和度、清晰度)與流暢度,是否有不斷升級的驅動程式也比較重要,新驅動可以賦予其更強大的功能和使用效果。
目前市場上佔有率最高的DSP是中星微的301P和301L(301P的換代產品,差別不大),雖然只支援到USB1.1,但和各SENSOR相容性良好,此外它在自動曝光/增益/白平衡/色彩/噪點控制/伽馬校正以及動態縮放邊緣抗鋸齒演算法方面都有其獨到之處,圖像轉換速度也非常快。配合上面提到的美光MI360 CMOS圖像感測器組成了最常見的解決方案,據說佔據市場的70%,小熊線上搞的一次攝像頭評測中所有產品居然都是這種方案。
如果商家說自己的攝像頭採用的中星微301晶片,又說是USB2.0介面,那一定是信口雌黃。