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IPCamera摄像头模组，ISP调试

发布时间: 2024-10-30 20:52:55

IP网络摄像头广泛在手机，安防，医疗，汽车各个领域都广泛使用。本章节将对摄像头的基础知识进行分享，先从硬件认识，后续分享嵌入式软件中如何调试相关内容。

专用名词：

VCM (Voice Coil Moto): 音圈马达

CCM (Camera Compact Module): 摄像头模组

1. 引言

简要介绍摄像头模组（CCM）的基本概念。

CCM 摄像头模组全称(Camera Compact Module)，摄像头模组在当前的嵌入式领域使用非常广泛，那么摄像头模组到底是什么样子的，看图1.1 ，大多数都采用了以一个模组的形式存在，大大减少了二次开发的工作，可以直接使用到嵌入式设备中。

 摄像头模组

2. 嵌入式系统中的CCM应用

摄像头模组主要用于手机，汽车，物联网，工业，医疗等等领域，主要提供视觉的作用，不仅仅在视觉上展现，对于视觉相关使用的计算都算是提供基础设备。

  • 移动设备：如智能手机和平板电脑中的摄像头应用。
  • 汽车电子：如车载摄像头（ADAS系统中的应用）。
  • 物联网（IoT）设备：如智能家居中的监控摄像头。
  • 工业控制：如机器视觉系统中的应用。
  • 医疗设备：如内窥镜、显微镜等嵌入式医疗设备中的应用。

3. 摄像头模组的基本组成

这里以一个小型手机摄像头为例子

摄像头一般分为三大部分：一个是镜头，Sensor，还有ISP.

  • 镜头（Lens）：镜头部分是模组的前端光学组件部分，将会把光线聚集到传感器上，镜头里又可以做得比较复杂，比如定焦，变焦，鱼眼睛，超广角视角等都需要依靠镜头部分。镜头部分有的会含有音圈马达(VCM)，主要用来调焦，在上图中看到看到VCM部分，体积也比较大。当然VCM 在镜头模组并不是必须，有的没有，有的有或者用其他

  • 图像传感器（Image Sensor）：Sensor 作为感光元器件，是镜头最重要的部分。目前有两种常用的传感器，一种是CCD ，另外一种是CMOS。

    CMOS：CMOS传感器利用半导体工艺，将光子转化为电子信号。每个像素点上都有独立的放大器和A/D转换器，能够实现高集成度和低功耗。

    CCD：CCD传感器将光子转换为电荷，电荷再被传输到外围电路进行放大和A/D转换。CCD的结构使其具有较低的噪声和较高的图像质量。对于这两种传感器来说，都有优缺点，整体来说CCD 成像质量比CMOS更好，在低光照强度下表现更好，但是成本更高，功耗也更高，在手持设备CMOS多一些，CCD这种在专业摄影，医学，科学研究用得多一些。

    图像信号处理器（ISP）：ISP是图像信号处理的核心组件，负责将原始的传感器数据处理成可用的图像。它在镜头中占有很重要的地位，可以运行各种图像算法，比如对图像去除噪声，颜色插值，颜色矫正，白平衡调整等都是需要ISP做的工作；

4. 摄像头模组的封装工艺

关于摄像头模组的封装工艺一般有两种：

COB（Chip-on-Board）：将图像传感器芯片直接安装在PCB上，适合高集成度应用。

CSP（Chip-Scale-Package）：是一种半导体封装技术，其封装尺寸与裸片（裸芯片）尺寸非常接近，。这种封装技术通过减少封装材料和占用空间。

 

5. 摄像头的接口简述

对于目前摄像头接口使用率比较高的有两种，DVP 接口，MIPI 接口。

DVP 接口：是比较传统的接口，采用并行的方式，摄像头模块连接到处理器或图像处理单元，通常位宽有8bit、10bit、12bit、16bit 等。对于这种DVP 接口在单片机可以看到，一般用于要求不是很高的地方。

MIPI 接口：是一种标准的接口，不仅用于摄像头，在显示接口也会用上叫做MIPI DSI，在摄像头中使用的叫做MIPI CSI 接口，需要注意的是它是一种高速串行方式，速率达到Gbps 级别，功耗也低，但是距离比较短，一般用于手机消费电子；

为了更清晰地表达这一点，调整表格，并明确 MIPI CSI 与 DVP 的对比。以下是调整后的表格：

特性 DVP（Digital Video Port） MIPI CSI（Camera Serial Interface）
简介 传统并行视频接口 高性能串行接口标准，专用于摄像头
传输方式 并行传输 高速串行传输
数据传输速率 低速，通常较 MIPI CSI 慢 几 Gbps
功耗 相对较高 低功耗
数据通道（Lanes） 单通道或少数并行通道 支持多通道
设计复杂度 较低 高
成本 较低 较高
应用 低端消费电子、玩具、低分辨率监控设备 智能手机、平板电脑、笔记本、车载摄像头
接口标准化 非标准化，设计简单 标准化接口，广泛应用
适用设备 低端消费类电子、简单工业设备 高端移动设备、车载系统、监控设备
信号传输路径 相对较长 短
灵活性 低 高
抗干扰能力 较弱 强
支持的最大分辨率 通常支持到 1080p 支持到 8K 及更高
数据传输速率 100 Mbps 到 200 Mbps 1 Gbps 到几 Gbps

6. 发展趋势

摄像头主要部分在于传感器，在国内的CMOS 公司也迅速发展，格科微电子，豪威，思特威等公司进步都非常大，但是对于高端CMOS 传感器主要被Sony, 三星占据。但是对于监控领域来说，这个行业已经是走在全球顶端。

以后发展趋势主要以下几点：

  • 高分辨率与高帧率的发展：讨论超高清（4K/8K）视频与高速摄影在嵌入式领域的前景。
  • 多摄像头系统：多模组协同工作（如手机中的多摄像头设计）。
  • AI与智能化：摄像头模组与人工智能的结合，如自动场景识别、目标检测等。
  • 新型传感技术：如TOF（飞行时间）、深度传感器在嵌入式系统中的应用。

对摄像头模组主要组成部分，对封装工艺得到了解，了解摄像头的接口，对于当前使用高性能的摄像头，更多MIPI CSI的摄像头比较多。后续也将会对摄像头的一些知识进行一个分享，涉及Linux Video子系统，驱动移植，ISP 相关。

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