摄像头工作原理.pdf

概述：

摄像头主要构件有镜头、图象传感器、预中放、AGC、A/D、同步信号发生器、CCD

驱动器、图象信号形成电路、D/A转换电路和电源的电路构成。其中，图象传感器作为摄像

头的核心部件，又分为CCD传感器和CMOS传感器。在当今各个科学领域，摄像头传感器得

到越来越广泛的应用，其重要性不言而喻。

一、发展历史

CCD发展历史：

1969年，由美国的贝尔研究室所开辟出来的。同年，日本的SONY公司也开始研究CCD。

1973年1月，SONY中研所发表第一个以96个图素并以线性感知的二次元影像传感器〝8H*8V

(64图素)FT方式三相CCD〞。

1974年6月，彩色影像用的FT方式32H*64VCCD研究成功了。

1976年8月，完成实验室第一支摄影机的开辟。

1980年，SONY发表全世界第一个商品化的CCD摄影机(编号XC-1)。

1981年，发表了28万个图素的CCD(电子式稳定摄影机MABIKA)。

1983年，19万个图素的IT方式CCD量产成功。

1984年，发表了低污点高分辨率的CCD。

1987年，1/2inch25万图素的CCD，在市面上销售。

同年，发表2/3inch38万图素的CCD，且在市面上销售。

1990年7月，诞生了全世界第一台V8。

CMOS发展历史：

1989年，CMOS图象传感开始研制出来。

1990年，CMOS专用的DSP研发成功

2002年，CMOS的C3D

二、摄像头工作原理

摄像头主要有镜头、CCD图象传感器、预中放、AGC、A/D、同步信号发生器、CCD驱动

器、图象信号形成电路、D/A转换电路和电源的电路构成。摄像头的主要图象传感部件是CCD

(ChargeCoupledDevice)，即电荷耦合器件，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震

动、抗磁场、体积小、无残影等特点，CCD是电耦合器件(ChargeCoupleDevice)的简称，

它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因

此是理想的摄像元件，是代替摄像管传感器的新型器件。

CCD芯片上，

CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过预

中放电路放大、AGC自动增益控制，于由图象处理芯片处理的是数字信号，所以经模数转换

到图象数字信号处理IC(DSP)。同步信号发生器主要产生同步时钟信号(由晶体振荡电路

来完成)，即产生垂直和水平的扫描驱动信号，到图象处理IC。然后，经数模转换电路通

过输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录相机、VCD机、

家用摄像机的视频输出是一样的。

图象传感器(SENSOR)：是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极

管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。目前市场上主流摄像头使用的感光元件主要

是CCD和CMOS两种。它们的作用相当于传统相机中的底片。CCD的分辨率高，色采还原逼

真，已经成为百万像素级的数码摄影器材里的主角，但是其价格昂贵；与CCD相比，CMOS

具有节能及成本低等特点。而且在百万像素内CMOS的感光效果彻底可以和CCD媲美，于是

摄像头几乎全都采用CMOS作为感光元件。

CCD可分为线阵CCD、三线CCD、面阵CCD和交织传输CCD。摄像头采用是面阵CCD图

像传感器。CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。因为芯片生产时产生不同等级，各

造成CCD采集效果也大不相同。在购买时，可以采取如下方法检

测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图象全黑时是否有亮点，屏幕上

雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以

打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色采明艳的物体，查看监视器上

的图象是否偏色，扭曲，色采或者灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色