Цифровая камера - это электронно-оптическое устройство, которое способно зарегистрировать, обработать и передать изображение (или видеопоток) по стандартному протоколу данных.
|
Блок |
Элементы блока |
|
|
Видео сенсор |
КМОП-матрица |
ПЗС-матрица |
|
Управление сенсором |
|
|
|
Предварительная аналоговая обработка |
Отсутствует |
|
|
Сигнальная обработка |
|
|
|
Передача данных |
|
|
Объектив
Объектив - это оптическое устройство, состоящее из набора линз и затвора и которое служит для проецирования изображения на светочувствительную матрицу. Затвор, или иначе диафрагма, применяется для механической регулировки освещённости матрицы, а также для перекрытия излучения при использовании некоторых типов ПЗС-матриц.
Характеристики объектива:
- Фокусное расстояние - это расстояние от объектива до плоскости, где проецируемое изображение имеет наибольшую резкость.
- Светосила - величина, характеризующая степень ослабления объективом светового потока.
- Уровень оптических искажений - это величина погрешности изображения в оптической системе, вызываемая отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе.
- Разрешающая способность - это характеристики объектива, отображающие его свойства по передаче чёткого изображения.
- Угол зрения - это угол, который образуют лучи, соединяющие заднюю точку объектива и диагональ кадра.
- Тип крепления (самые распространенные стандарты С- и CS-mount). Отверстия CS- и C-mount имеют одинаковый диаметр 25,4 мм (1") и шаг резьбы 0,794 мм (1/32"). В стандарте C-mount расстояние от объектива до матрицы 17,526 мм. В стандарте CS-mount это расстояние меньше на 5 мм, и равняется 12,526 мм. Существуют переходные пятимиллиметровые кольца с CS-mount на C-mount. Помимо этого есть другие типы креплений, например байонет (штыковое крепление) или T/T2-mount.
- Наличие электроприводов.
- Электромоторы могут применяться:
- Для регулировки фокусного расстояния;
- Для настройки резкости;
- Для управления диафрагмой.
- Сенсор служит для преобразования светового сигнала в электрический. Выполняется он на основе одного из двух типов матриц: КМОП или ПЗС. ПЗС-матрицы используются в профессиональном оборудовании, где требуются высокое качество изображения и низкий уровень шумов. В свою очередь КМОП-матрицы применяются в серийных устройствах с небольшой стоимостью и низким/средним качеством картинки. Технология изготовления КМОП фоточувствительных сенсоров стремительно развивается, постепенно отбирая часть рынка у ПЗС-матриц.
- Схема управления сенсором служит: для передачи зарядов по вертикальному и горизонтальному регистрам (в случае ПЗС-матрицы), или же исключительно для тактирования и питания сенсора (в случае КМОП-матрицы).
- В ПЗС для считывания заряда к каждому из регистров подается переменный сигнал, состоящий из нескольких фаз. В то время как КМОП управляется лишь командами от блока обработки и грубой схемой тактирования (по сравнению с ПЗС). Поэтому можно утверждать, что требования к управляющей электронике ПЗС-матрицы выше, нежели в КМОП.
- Предварительная аналоговая обработка служит для передачи данных от сенсора на плату сигнальной обработки, и может состоять из усилителя, АЦП и вторичного источника питания. Следует учесть, что нет необходимости использовать все перечисленные выше компоненты при обработке сигнала с КМОП-матрицы, которая уже обладает всем этим на аппаратном уровне.
- Сигнальная обработка используется для преобразования информации, полученной от схемы предварительной обработки и отправки ее в блок передачи данных. Основными элементами схемы сигнальной обработки являются ПЛИС или ЦСП.
- Блок передачи данных осуществляет обмен данными по стандартному интерфейсу.
Программные интерфейсы:
- USB
- Ethernet
- Camera link
- IEEE1394
Физические среды передачи данных:
- Витая пара
- Оптоволокно
В Ethernet возможна реализация POE (Power of Ethernet) - подача постоянного напряжения питания по проводам передачи данных;
Программные/аппаратные функции
Некоторые программные функции, которые могут быть реализованы в КМОП-сенсоре, в блоке сигнальной обработки или на компьютере:
- Сжатие (H.264, MPEG, MJPEG);
- Увеличение динамического диапазона (HDR);
-
- Автоматическая коррекция основных параметров сенсора: коэффициент усиления, времени экспозиции, баланс белого и т. д.;
- Прореживание (англ. Sub-Sampling) - исключение из обработки части строк и столбцов изображения, ниже приведён наглядный пример;
- Фильтры;
- Гамма-коррекция - коррекция функции яркости.
Как правило, многие из этих функций можно реализовать в КМОП-матрице.
Основные параметры камеры:
- Разрешение
- Размер пикселя
- Размер матрицы
- Чувствительность
- Уровень шумов
- Скорость записи, кадров/с
- Аппаратно-программные функции
- Потребляемая мощность
- Габариты и масса
Применение:
- Машинное зрение
- Охрана
- Медицина
- Наука
