论文学习 数码相机系统第二章 数码相机系统本章从数码相机系统的基本结构出发，介绍了数码相机中各部件的主要功能 和工作原理，突出数码相机处理器的核心地位2.1体系结构 第一台数码相机的问世，距今不过二十多年的历史。在这二十多年里，数码 相机系统在外观、尺寸、架构、功能、性能等各个方面都发生了巨大的变化，主 要经历了 PCB、DSP、SoC等3种不同的系统构成， • PCB系统早期的数码相机系统功能远比现在简单，其复杂程度却毫不逊色。由于当时的芯片集成度低，处理器、存储器、传感器等部件均需要独立芯片，光圈快门感光度及拍摄技巧。因此只能在 PCB板上实现整个系统• DSP系统随着集成电路技术的发展，基于DSP (数字信号处理器）的数码相机系统 出现了。和PCB系统相比，DSP芯片集成了所有的图像处理功能，大大减少了 PCB板上的器件数，数码相机的尺寸、性能随之得到了很好的改善 由于DSP能力有限，图像压缩（如JPEG)还需要独立芯片完 成• SoC系统随着SoC (单片系统集成）概念的推广和设计方法的不断成熟，基于SoC芯 片的数码相机系统逐步出现，目前已成为市场的主流。在这样一 个系统中，图像处理、压缩、控制和各种系统接口都集成在单个芯片上，外部只 需要少量的器件和必要的部件（如镜头、图像传感器等）。企业宣传片制作因此，整个系统的尺 寸、功耗、设计难度等都大大降低了图2.1给出了一个典型的数码相机系统的框图。从图中可以看出，数码相机 处理器是一个数码相机系统的核心，承担着图像采样、处理、压缩、存储、显示、 传输等操作的实现或控制工作，其性能优劣直接影响到整个系统的正常运转分析以上数码相机系统的不同发展阶段，企业宣传片制作可以发现，为了完成各项功能，数 码相机集成了以下功能和部件： •图像采样图像釆样系统包括光学处理、光电转换和模拟前端3部分。光学处理包括镜 头、马达、快门、闪光灯、滤光镜等，负责对光线进行滤光、聚焦、曝光等各种 处理，保证图像传感器能够采到正确的图像。十大违反广告法案例 三条名人代言广告上榜，光电转换是由图像传感器完成的， 常用的图像传感器为CCD和CMOS。模拟前端对传感器输出的图像模拟信号进 行处理，包括相关数据双采样（CDS)、自动增益控制（AGC)和模数转换（ADC) 等模块•图像处理运用各种算法，对图像数字信号进行图像恢复和增强的过程，是保证图像质量的关键。图像处理有两种方式，一种是实时的，以保证取景的需要，一般在空 域进行；另一种是非实时的，以提高图像质量，一般在频域或小波域进行。常见的图像处理操作有：内插、白平衡、伽玛校正、色彩校正、色空间变换、边界增强、动态范围调整、降噪等等。另外，对动态图像进行检测，以实现自动曝光、 自动白平衡、自动聚焦的过程，也是图像处理的一个重要内容•图像压缩随着图像分辨率的不断增加，图像数据也变得日益庞大。一个30万像素（640 X480)的RGB图像需要900KB的存储空间，而一个500万像素（2592X 1944) 的RGB图像需要14.4MB的存储空间，一张16MB的存储卡只能存储一张照片！ 而且需要大量的存储时间。因此需要对图像进行压缩处理。目前常用的静态图像 压缩标准是JPEG算法，JPEG2000则是近年来推出的性能更加优越的新标准•图像存储拍摄的照片首先放在内存中，必须转存到非易失性存储卡中才不会丢失。目 前，常用存储卡（Memory Card)作为外部存储器，如CF卡（CompactFlash)、 SD 卡（Security Data)、Sony 记忆棒 MS (Memory Stick)等。一些入门级数码 相机会采用大容量闪存芯片NAND Flash Memory充当外存，一些专业级数码相 机会采用迷你硬盘（Mini Disk)作为外存•图像显示数码相机支持TFT LCD直接取景，省去了通过取景框进行取景的麻烦，乃 一大进步。TFT LCD是主要的图像显示设备，从1.5英寸到3.5英寸不等。 TFT LCD不仅支持取景，还支持拍照后的回放功能，用户可以在TFT LCD上浏 览照片，进行照片删除、修改、放大等操作•图像传输数码相机还支持图像传输，影视视频制作通过PC接口将图像传送至PC (当然，直接将存 储卡插入读卡器也是一种办法)。常用的传输接口为EPP、USB等。其中USB 接口己从USB 1.1发展到USB 2.0,前者仅支持12Mbps的传输速度，而后者达 到 480Mbps综上所述，数码相机是一个非常复杂的系统，涉及很多领域的知识，全部从头设计一个数码相机完全不可能，必须有所取舍2.2图像采样 数码相机的图像采样是一个光学处理、光电转换和模拟前端处理相结合的过程，主要目的是将景物光线转换成图像数字信号。图2.2给出了一个图像采样系 统的完整结构：图2.2数码相机的图像采样过程光线通过镜头组的综合处理，包括滤光、曝光和聚焦，作用于图像传感器表 面，经过传感器的光电转换作用，得到图像的模拟信号；然后经过模拟前端处理，MG动画视频-影视视频制作 MG动画视频-影视视频制作， 包括相关数据双采样（CDS)、自动增益控制（AGC)和模数转换（ADC)，得 到图像的数字信号。
