Camera | 1.Camera基础知识
一口君最近在玩瑞芯微的板子，之前写了几篇基于瑞芯微的文章，大家可以学习一下。
最近移植了2款ov系列摄像头,顺便把v4l2架构捋了一下，
计划更新几篇基于瑞芯微平台的Camera相关文章，
Camera相关知识点较多，个人精力有限，
有对这块精通，感兴趣的老铁，
可以加我好友：yikoupeng，共同学习讨论。
先开始第一篇。
1. Camera简介
摄像头，大家已经非常熟悉了，遍布在生活的方方面面。
尤其这上段时间炒的非常火的南京医生上门打小孩老人事件，
由于有视频有真相，鲁医生直接被陷入万劫不复的境地。
其中的是非对错本文不讨论了，法律和道德自有评判。
但这说明了，摄像头对我们的日常生活影响实在太大了。
2. 摄像头分类
根据不同参数，摄像头有多种分类方式：
- 传输信号
模拟摄像机和数字摄像机 - 画面分辨率
标清摄像机、高清摄像机 - 摄像机外形
球形摄像机、半球形摄像机、枪式摄像机 - 安装环境
室内摄像机、室外摄像机 - 传感器
CCD摄像机、CMOS摄像机
监控常用的摄像头外观：
3. 摄像头组成
一个常见的监控用的摄像头包括：外壳、感光芯片电路、镜头座、镜头、红外灯板。
而对于手机上的摄像头，很多厂家往往是设计为一个摄像头模组(CameraCompact Module)，简称CCM。
CCM 包含四大件： 镜头(lens)、传感器（sensor）、软板（FPC）、图像处理芯片（DSP）。
决定一个摄像头好坏的重要部件是：镜头（lens）、图像处理芯片 （DSP）、传感器（sensor）。
4. 摄像头原理
- 景物(SCE)通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器(Sensor)表面上
- 然后转为电信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号
- 再送到数字信号处理芯片（DSP）中加工处理，转换成标准的RGB、YUV等格式图像信号
- 再通过I/O接口传输到CPU中处理，通过display就可以看到图像了
5. 摄像头相关技术指标
5.0 常见缩略语
| 名称 | 含义 |
|---|---|
| 3A算法 | AEC, AWB, AF算法 |
| AEC | Auto Exposure Control, 自动曝光控制 |
| AWB | Auto White Balance, 自动白平衡 |
| AF | Auto Focus, 自动对焦 |
| TE | Time Exposure, 曝光时间 |
| FBC | Frame Buffer Compressed, 帧缓冲压缩 |
| IQ | Image Quality, 图像质量 |
5.1. 图像压缩方式JPEG
(joint photographic expert group)静态图像压缩方式。一种有损图像的压缩方式。压缩比越大，图像质量也就越差。
当图像精度要求不高存储空间有限时，可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。
5.2. 图像噪音
指的是图像中的杂点干扰，表现为图像中有固定的彩色杂点。
5.3. 白平衡处理技术(AWB)
白平衡指不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色。
白平衡是描述显示器或相机中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。
色温表示光谱成份，光的颜色。色温低表示长波光成分多。当色温改变时，光源中三基色（红、绿、蓝）的比例会发生变化，需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节的实际。
图象传感器的图象数据被读取后，系统将对其进行针对镜头的边缘畸变的运算修正，然后经过坏像处理后被系统送进去进行白平衡处理（在不同的环境光照下，人类的眼睛可以把一些“白”色的物体都看成白色，是因为人眼进行了修正。但是SENSOR没有这种功能，因此需要对SENSOR输出的信号进行一定的修正，这就是白平衡处理技术）。
5.4. 彩色深度（色彩位数）
反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。实际就是A/D转换器的量化精度，是指将信号分成多少个等级，常用色彩位数（bit）表示。彩色深度越高，获得的影像色彩就越艳丽动人。
非专业的SENSOR一般是24位；专业型SENSOR至少是36位。24位的SENSOR，感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是256×256×256约16，77万种。
36位的SENSOR，感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是4096×4096×4096约68.7亿种。
5.5. 图像格式(image Format/ Color space)
像素格式，比如: RGB24，RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。
RGB24,I420是目前最常用的两种图像格式。
- RGB24
表示R、G、B ，3种基色都用8个二进制位表示，那么红色、绿色、蓝色各有256种，那么由这三种基色构成的颜色就是256X256X256=16,777,216种，约等于1677万。
这就是计算机表示颜色的原理，同样也是手机屏幕和显示器屏幕等显示颜色的原理。
- 颜色对应RGB值
- YUV
YUV 和我们熟知的 RGB 类似，是一种颜色编码格式。
YUV 包含三个分量，其中 Y 表示明亮度（Luminance 或 Luma），也就是灰度值。
而 U 和 V 则表示色度（Chrominance 或 Chroma），作用是描述图像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。
没有 UV 分量信息，一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的灰度图像。
YUV的采样方式
- 4:4:4表示完全取样（每一个Y对应一组UV分量)
- 4:2:2表示2:1的水平取样，垂直完全采样(每两个Y共用一组UV分量)
- 4:2:0表示2:1的水平取样，垂直2：1采样(每四个Y共用一组UV分量)
- 4:1:1表示4:1的水平取样，垂直完全采样(每四个Y共用一组UV分量)
存储方式举例：
YUV 4:2:0其颜色的一种存放格式如图所示：
5.6. 分辨率（Resolution）
所谓分辨率就是指画面的解析度，由多少象素构成的数值越大，图像也就越清晰。
分辨率不仅与显示尺寸有关，还会受到显像管点距、视频带宽等因素的影响。
我们通常所看到的分辨率都以乘法形式表现的，比如1024*768，其中的1024表示屏幕上水平方向显示的点数，768表示垂直方向的点数。
| 解析度 | 分辨率 乘法 | 像素值 | 像素值简称 |
|---|---|---|---|
| QSIF/QQVGA | 160 x 120 | 19200 | |
| QCIF | 176 x 144 | 25344 | |
| SIF/QVGA | 320 x 240 | 76800 | |
| CIF | 352 x 288 | 101376 | 10万像素 |
| VGA | 640 x 480 | 307200 | 30万像素(35万是指648X488) |
| SVGA | 800 x 600 | 480000 | |
| XGA | 1024 x 768 | 786438 | 80万像素 |
| SXGA | 1280 x 1024 | 1310720 | 130万像素 |
| UXGA | 1600 x 1200 | 1920000 | 200万像素 |
| QXGA | 2048 x 1536 | 3145728 | 300万像素(320W) |
| QSXGA | 2592 x 1944 | 5038848 | 500万像素 |
| 2816 x 2112 | 2947392 | 600万像素 | |
| 3072 x 2304 | 7077888 | 700万像素 | |
| 3200 x 2400 | 7680000 | 770万像素 | |
| 3264 x 2448 | 7990272 | 800万像素 | |
| 3876 x 2584 | 10015584 | 1000万像素 |
5.7. 帧率
帧率指的就是1秒钟时间里传输、显示图片的帧数，每一帧就是一个画面，快速连续的多帧就形成了运动的动态效果。
高的帧率可以得到更加流畅，更加逼真的画面。
5.8. 码流
码流就是指视频数据在单位时间内的数量大小，也叫码率，是视频编码画面质量控制中最重要的部分，同样的分辨率和帧率下，视频码流越大，画面质量越高，对应的存储容量也就越大。
5.9. 曝光
曝光就是图像的明暗程度 ，照片太暗称为曝光不足 ，照片太亮称为曝光过度。曝光由光圈、曝光时间、ISO三者共同决定。
- 光圈：
控制进光量。 - 曝光时间：
光到达的时间长度。 - ISO：
增益，或称为感光度。
6. 摄像头接口
摄像头常用接口包括：USB、DVP、MIPI
USB
我们常用的电脑摄像头接口是USB接口，这种摄像头比较常见，需要支持UVC（USB Video Class）协议。
DVP
还有一部分的摄像头（比如说某些支持DVP接口的硬件）是DVP(Digital Video Port)摄像头数据并口传输协议，
DVP是并口，提供8-bit或10-bit并行传输数据线、HSYNC(Horizontal sync)行同步线、VSYNC(Vertical sync)帧同步线和PCLK(Pixel Clock)时钟同步线。
DVP总线PCLK极限约在96M左右，而且走线长度不能过长，所有DVP最大速率最好控制在72M以下，PCB layout较容易画
以OV3640摄像头为例：
DVP分为三个部分：
- 输出总线
- 输入总线
- 电源总线
mipi（CSI）
移动产业处理器接口(Mobile Industry Processorinterface，MIPI)
常见的智能手机上的摄像头是MIPI接口，
CSI是相机串行接口（CMOS Sensor Interface）的简称。
MIPI总线速率lvds接口耦合，走线必须差分等长，并且需要保护，故对PCB走线以及阻抗控制要求高一点（一般来讲差分阻抗要求在85欧姆~125欧姆之间）
MIPI是LVDS低压差分串口，只需要要CLKP/N、DATAP/N——最大支持4-lane，一般2-lane即可。
MIPI接口比DVP的接口信号线少，由于是低压差分信号，产生的干扰小，抗干扰能力也强。
DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也受限制。
500W还可以勉强用DVP，800W及以上都采用MIPI接口。
所以高清摄像头我们都选用MIPI接口 。
7. 手机摄像头模组出货量排行榜
最后看一下摄像头模组今年7月出货量排行榜：
8. 监控公司
摄像头最主要的应用市场就是安防监控，
目前国内监控市场前10的公司如下：
随着美丽国的制裁，像海康这样大厂市场营收几乎腰斩。
衷心祝愿咱们的高端芯片产业链早日完善，成熟，
百花发时我不发，我若发时都吓杀！
誓与老美战一场，芯片倾销美欧亚。
