camera原理

1)Color Filter Array---CFA

图像传感器都采用一定的模式来采集图像数据，常用的有 BGR 模式和 CFA 模式。BGR 模式是一种可直接进行显示和压缩等处理的图像数据模式，它

由 R( 红)、G( 绿) 、B( 蓝) 三原色值来共同确定 1 个像素点，例如富士数码相机采用的 SUPER CCD 图像传感器就采用这种模式，其优点是图像传感器产

生的图像数据无需插值就可直接进行显示等后续处理，图像效果最好，但是成本高，常用于专业相机中。

为了减少成本，缩小体积，市场上的数码相机大多采用 CFA 模式，即在像素阵列的表面覆盖一层彩色滤波阵列（Color Filter Array，CFA），彩色滤

波阵列有多种，现在应用最广泛的是 Bayer 格式滤波阵列，满足 GRBG 规律，绿色像素数是红色或蓝色像素数的两倍，这是因为人眼对可见光光谱敏感度

的峰值位于中波段，这正好对应着绿色光谱成分。在该模式下图像数据只用R, G, B三个值中的一个值来表示一个像素点，而缺失另外两个颜色值，这时得到

的是一副马赛克图片，为了得到全彩色的图像，需要使用其周围像素点的色彩信息来估计缺失的另外两种颜色，这种处理叫做色彩插值。

2)一个camera主要由两部分组成，镜头(Lens)，感光IC(Sensor IC)。其中大部分的Sensor都是自己集成DSP的。

镜头主要组成是透镜结构，由几片透镜组成，一般分为塑胶透镜(Plastic)和玻璃透镜(Glass)。

Sensor将Lens上传导过来的光线转换为电信号，通过CFA滤波后，变为三基色，再通过内部的DA转换为数字信号。对于CFA模式的相机来说，Sensor

中的每个pixel只能感光R光/B光/G光，因此每个像素此时存贮的都是单色的。

3)一个camera的输出信号：一般有data信号，输出YUV，RGB，JPEG格式的数据。

hsync信号，行同步信号，表示一个frame有效。

vsync信号，列同步信号，对于一个frame表示新的一行有效。

PCLK信号，每一个像素的同步时钟。

输出I2C总线，主要用在通信，寄存器配置。

4)白平衡，随着色温的升高，光源的颜色会由暖色向冷色过渡。而人眼及大脑会对色温有一定的生理自适应性，所以受色温影响较小， 但是camera没有这

种能力，所以需要加入白平衡，来使得人眼看到的和实际的物体，不会因为色温的差别而不同。

光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射色光相同时，黑体的温度称为该光源的色温。

5)图像去噪，在图像的采集和传输过程中，图像质量经常受到各种噪声的影响。主要有椒盐噪声和高斯噪声。

6)自动对焦，比较早之前是通过测距法，主动或被动的红外发射接收等来进行对焦。现在多是通过频谱分析，得到图像的一些特征，来进行调焦。如阈值分

析法，频域带通法等。

7)自动爆光，一般需要研究不同光照条件下，亮度与曝光值之前的关系，来进行曝光控制。需要解决好，何时需要自动曝光，自动曝光补偿函数怎么计算。

8)gamma校正，主要为了整体图像的亮度分布与人眼看到的一致。人眼对亮度的响应并不是一个线性的比例关系，但是对于Sensor来说，这个响应却接近

线性。所以为了在各种设备上正确输出付出人眼对亮度响应函数的图像，就需要校正。一般是一个幂指数的倒数。摄像机/摄像头的伽玛特性大小一般是

0.4---0.7，显示器的伽玛特性大小一般是1.3---2.5。

9)颜色空间(Color Space)。从应用角度来看，人们提出的众多彩色模型分为两种，1)面向彩色显示器/打印机等类的设备。RGB/CMY/YUV，2)面向视觉感

知，彩色分析处理，如HSI。

10)图像缩放(Scaling)，主要实现图像重采样和图像分辨率转换。

部分参考：http://blog.csdn.net/g_salamander/article/details/8086835