CMOS图像传感器课件.ppt

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1、CMOS图像传感器的结构2010.10.29CMOS图像传感器CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理CMOS工艺CMOS:ComplementaryMetalOxideSemiconductor互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理CMOS介绍CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，主要利用了半导体的光电效应。和CCD的原理相同。CMOS

2、图像传感器CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理CMOS和CCD区别：灵敏度差异成本差异分辨率差异噪声差异功耗差异CMOS和CCDCMOS：CCD：低成本灵敏度低功耗分辨率高整合度噪声控制CMOS图像传感器CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理CMOS结构1.像素矩阵2.模拟信号处理单元3.数字信号处理单元4.内嵌微控制器5.寄存器控制接口6.数据输出端口7.JPEG压缩(可选)CMOS结

3、构以OmniVision公司的OV7670为例：像素矩阵像素：内嵌放大器BayerFilterPattern模拟信号处理单元AWC：自动白平衡控制AGC：自动增益控制ADC：模拟到数字的转换数字信号处理单元边缘增强颜色空间转换(RGB->YUV)减少颜色串扰色调和饱和度控制白/黑像素校正抗噪声镜头阴影校正伽马校正内嵌微控制器内嵌的MCU根据相应的寄存器值，自动完成上述的模拟和数字转换功能，只需要外部提供时钟和电源即可。寄存器控制接口OV:SCCB(串行相机控制总线)Micron:两线串行接口包括时钟线和数据线，类似于I2C，有

4、专门的控制协议，完成对CMOS中寄存器的读操作和写操作数据输出端口并口方式包括数据线和数据同步线(帧同步，行同步，像素时钟)串口方式包括数据读取线(时钟和数据)和数据写入线(时钟和数据)CMOS图像传感器CMOS工艺CMOS传感器介绍CMOS和CCDCMOS的结构JPEG压缩主要CMOS厂商CMOS中的图像处理JPEG压缩JPEG全名是JointPhotographicExpertGroup，是由国际标准组织(ISO)和国际电话电报咨询委员会所(CCITT)建立的一种数字影像压缩标准。完成于1992年，适用于一般连续色调、多级

5、灰阶、彩色或黑白静止图像压缩，且在医学上应用广泛。JPEG压缩JPEG定义了两种算法：1.基于DCT的有失真压缩算法包括基本系统(Baseline)和扩展系统2.基于DPCM的无失真压缩算法JPEG压缩JPEG压缩1.色彩空间转换(RGB->YUV)2.离散余弦变换(DCT)3.量化4.Z字型编码5.差分脉冲编码(DPCM)6.游程长度编码(RLE)7.熵编码JPEG第一步：色彩空间转换RGB是最常见的色彩空间，R、G、B三原色合成其他的颜色YUV是一种基本色彩空间，被PAL，NSTC和SECAM用于复合色彩视频标准。Y表示亮

6、度(灰度值)，U、V表示色调，描述图像色彩及饱和度的属性。YCbCr其实是YUV经过缩放和偏移的改动版，应用于JPEG、MPEG。Y表示亮度，Cr、Cb表示色彩，和UV表示不同。JPEG第一步：色彩空间转换亮度Y和色彩UV人眼对亮度改变的敏感性远比对色彩变化大很多，因此Y分量要比UV分量重要得多YUV通常的格式：YUV4:4:44:2:24:2:04:1:1JPEG第一步：色彩空间转换RGB和YUV色彩空间的转换：JPEG第二步：DCTDCT把图像数据从空间域的波形数据转换成频率域的一组系数，为频域对图像做处理做好准备变换的基

7、本单位是8x8系数组成的方块DCT是无损变换，只要变化的计算精度足够高，那么原始像素经过IDCT精确恢复JPEG第二步：DCT二维DCT变换的数学公式：公式中：JPEG第二步：DCT8x8原始数据：JPEG第二步：DCTDCT变换后：JPEG第二步：DCT二维DCT变换的逆变换公式：公式中：JPEG第二步：DCTDCT反变换后：JPEG第三步：量化量化是指在不引起明显视觉效果失真的前提下，对图像数据实行部分抛弃(主要是AC部分)，实现数据的大幅减少所以，量化是图像质量下降的最重要原因JPEG第三步：量化JPEG标准采用线性均匀

8、量化器：对64个DCT变换系数，除以对应的量化步长，然后四舍五入取整。公式如下：其中，Y(u,v)表示DCT变换系数S(u,v)表示量化步长JPEG第三步：量化由于人眼对亮度的敏感度比对色差信号更高，所以采用两种量化表。标准亮度量化表标准色差量化表JPEG第四步：Z字型编码量