VC++基于USB摄像头的图像捕获及信号处理设计与实现(3)
图1.1 各种摄像头镜头图 1.2 CMOS感光芯片
图1.3 CCD感光芯片 图1.4 中星微(VIMICRO)301Plus主控芯片
摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，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，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。
1.2.2 摄像头分类
摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两类。模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口传到计算机里。现在电脑市场上的摄像头基本以数字摄像头为主，而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的USB数字摄像头为主，目前市场上可见的大部分都是这种产品。除此之外还有一种与视频采集卡配合使用的产品，但目前还不是主流。由于个人电脑的迅速普及，模拟摄像头的整体成本较高等原因，USB接口的传输速度远远高于串口、并口的速度，因此现在市场热点主要是USB接口的数字摄像头。文中提到的摄像头主要是指USB接口的数字摄像头。
图1.5 模拟摄像头 图1.6 数字摄像头
USB摄像头由于它的价格低、功耗小、与计算机连接方便等特点，目前已得到广泛使用。现如今，市场上的USB摄像头一般采用CCD或CMOS感光板，然后将图像信息转换为数字信号并通过USB通用串行口送入电脑中。所以，USB摄像头要受到两个方面的限制，一是感光板的分辨率、灵敏度，一是USB口的传输率：USB口的数字信号传输率号称可以到到12MB，实际上USB摄像头所能使用的带宽也就是5MB多。而一般的USB摄像头由于不自带硬件压缩功能，所以在视频采集时，数据流量非常大。
图1.7 USB摄像头
1.3 摄像头的图像信号格式
一般来说，通过摄像头传输的视频信号模式主要有复合视频信号、S视频信号、隔行色差信号和RGB信号等。复合视频信号是我们日常生活中最为常见的视频信号，它在一个传输信号中包含了亮度、色度和同步信号。由于彩色编码的不同，复合视频又有PAL、NTSV、SECAM制式之分。复合视频信号本身的带宽只有5MHZ，中间又加了彩色副载波信号，造成亮度和色度的相互干扰，使得复合视频信号成为最差的视频信号。S视频信号俗称S端子信号，它同时传送两路信号：亮度信号Y和色度信号C。由于将亮度和色度分离，所以图像质量优于复合视频信号，色度对亮度的串扰现象也消失。由于S视频信号亮度带宽没有改变，色度信号仍需要解调，所以其图像质量的提高是有限的，但肯定解决了两色串扰，消除图像的爬行现象。隔行色差信号也叫分量信号，同时传送三路信号：Y是亮度信号，只包含黑白图像信号；Cr是R-Y信号，即红色信号与亮度信号的差：Cb是B-Y信号，即蓝色信号与亮度信号的差。色差信号实际也是两色分离信号，与S端子不同的是色度信号不需要解调，之所以用R-Y和B-Y是要避免传输G绿信号，因为G信号占据色度信号的59%，不利于数据压缩，用R-Y和B-Y通过矩阵运算同样可以得到G信号。色差信号的图像质量完全优于S视频信号。RGB信号的原理是因为我们都知道图像中的各种色彩都是由R、G、B三基色组成，显像管电子枪是由R、G、B三枪组成的，投影仪三片液晶板也是R、G、B三色。R、G、B三路信号中，行、场的同步信号加在G信号中，RGB信号的带宽可以达到几十兆，只要显示设备能兼容。所以RGB信号又优于色差信号，是最好最直接的显示信号。在国内用到的视频信号格式和端子非常有限，一般就是复合视频和S端子，稍高级一些的就是色差计VGA。
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