彩色数字照相机的设计

    1引言

    信息技术的发展给传统的照相业带来了一次重大变革—出现了数字照相机。它是光学技术、微电子技术与数字信号处理技术相结合的产物[l]。与普通照相机相比,数字照相机记录被摄图像的媒体不再是卤化银胶片,而是图像传感器和数字存储器。

    数字照相机的基本原理是利用普通照相机的光学系统,把被摄图像投影到图像传感器上,传感器把光信号转化成电信号,再经过模/数(A/D)转换、数字图像处理和压缩,最终以数字形式存储到磁盘、可移动快闪存储卡等数字存储器中。此外,一般的数字照相机都带有计算机接口,可以很方便地把数字化的相片输人到计算机中,进行任意的图像修改、编辑、合成、分解和景物置换等处理,并能通过因特网实现照片的远距离无失真传输。

    数字照相机的另一特点在于它不仅有光学系统、图像传感器和数字图像处理器等硬件设备,还有相应的软件模块—数字图像处理软件,通过软件处理能大大提高所摄图像的质量,并能对硬件模块实现自动控制。可以说,没有软件模块,就没有数字照相机系统。软件模块直接影响数字照相机的性能,是数字照相机的关键技术。

    2 彩色数字照相机的硬件结构

    该彩色数字照相机的主要硬件结构如图1所示。

    2.1光学系统

    该数字照相机的光学系统与普通照相机相似,包括一个可变焦距镜头、光圈、快门以及用来伸缩镜头、调节光圈的小马达等。光学系统的作用主要是聚焦所拍摄的图像。但是图像不是聚焦到卤化银胶片上,而是聚焦到图像传感器上。

    2.2图像传感器

    电荷祸合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器是两类最主要的图像传感器[2j。过去由于CCD传感器获得的图像质量要高于CMOS传感器,市场上绝大多数数字照相机都选用CCD图像传感器。但CCD传感器价格昂贵,导致数字照相机的价格要远远高于同档次的普通照相机,限制了数字照相机的普及。近年来,随着精细几何结构CMOS技术的发展,CMOS图像传感器的图像质量有了很大提高,达到了和CCD图像传感器相近的水平,而价格却远远低于同类CCD传感器。此外,由于CMOS传感器的工作不像CCD传感器那样需要高压,其功耗仅为CCD传感器的l/10。

    为了减少数字照相机的成本,降低功耗,这里选用了美国PixArt公司生产的cMos图像传感器,其输出图像的有效分辨率最大可达到1024x768像素点。同时,CMOS图像传感器还有I℃总线接口,系统可通过该总线对传感器内部的各种控制寄存器进行设置和调整,根据所摄景物对增益、背景补偿、对比度、饱和度等参数进行调节,从而获得令人满意的照片。