OV7670攝像頭 入門基礎(chǔ)知識(shí)

1、顏色空間指不同波長(zhǎng)的電磁波譜與不同物質(zhì)相互作用所構(gòu)成的色譜空間。顏色空間也稱色彩模型（又稱彩色空間或彩色系統(tǒng)），它的用途是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用通?？山邮艿姆绞綄?duì)彩色加以說(shuō)明。色彩模型是描述使用一組值（通常使用三個(gè)、四個(gè)值或者顏色成分）表示顏色方法的抽象數(shù)學(xué)模型。本質(zhì)上，色彩模型是坐標(biāo)系統(tǒng)和子空間的闡述。通俗地說(shuō)，自然界的多彩空間是復(fù)雜變換的，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域人們?cè)谶@個(gè)復(fù)雜的色彩空間中采用的色彩范圍或者說(shuō)是選取的色彩范圍有所不同或者是表述方法不同。因此就出現(xiàn)了多種多樣的空間色彩描述方法，即不同的顏色空間。顏色空間有許多種，常用有RGB,CMY,YUV,HSV,HSI等。RGB顏色空間根據(jù)三基色原理，用

2、基色光單位來(lái)表示光的量，則在RGB顏色空間，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成：F=rR+gG+bBRGB顏色空間還可以用一個(gè)三維的立方體來(lái)描述，如下圖。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一。實(shí)際應(yīng)用中RGB存在系列標(biāo)準(zhǔn)。RAWRGBSensor的感光原理是通過(guò)一個(gè)一個(gè)的感光點(diǎn)對(duì)光進(jìn)行采樣和量化，但，在Sensor中，每一個(gè)感光點(diǎn)只能感光RGB中的一種顏色。所以，通常所說(shuō)的30萬(wàn)像素或130萬(wàn)像素等，指的是有30萬(wàn)或130萬(wàn)個(gè)感光點(diǎn)。每一個(gè)感光點(diǎn)只能感光一種顏色。但是，要還原一個(gè)真正圖像，需要每一個(gè)點(diǎn)都有RGB三種顏色，所以，對(duì)于CCI

3、R601或656的格式，在Sensor模組的內(nèi)部會(huì)有一個(gè)ISP模塊，會(huì)將Sensor采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和特效處理，例如：如果一個(gè)感光點(diǎn)感應(yīng)的顏色是R,那么，ISP模塊就會(huì)根據(jù)這個(gè)感光點(diǎn)周圍的G、B感光點(diǎn)的數(shù)值來(lái)計(jì)算出此點(diǎn)的G、B值，那么，這一點(diǎn)的RGB值就被還原了，然后在編碼成601或656的格式傳送給Host。而RAWRGB格式的Sensor則是將沒個(gè)感光點(diǎn)感應(yīng)到的RGB數(shù)值直接傳送給Host，由Host來(lái)進(jìn)行插值和特效處理。CMY顏色空間彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏料的3基色是青（Cy

4、an）、品紅（Magenta）和黃（Yellow），簡(jiǎn)稱為CMY。青色對(duì)應(yīng)藍(lán)綠色，品紅對(duì)應(yīng)紫紅色。理論上說(shuō)，任何一種由顏料表現(xiàn)的顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種顏色表示方法稱CMY顏色空間表示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY顏色空間。用CMY模型產(chǎn)生的顏色被稱為相減色，是因?yàn)樗鼫p少了為視覺系統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光。在CMY相減混色中，三基色等量相減時(shí)得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色(C)為0時(shí)，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時(shí)，得到藍(lán)色(B)；等量黃色(Y)和青色(C)相減而品紅(M)為0時(shí)，得到綠色(G)。這些三基色相減

5、結(jié)果如下圖所示。黃綠紅藍(lán)CMY空間正好與RGB空間互補(bǔ)，也即用白色減去RGB空間中的某一顏色值就等于同樣顏色在CMY空間中的值。RGB空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系如下表。表06-：QlRGE空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系RGE相加混色CMY相減混色.對(duì)直顏色000111001110010101011100100011101010110001111000根據(jù)這個(gè)原理，很容易把RGB空間轉(zhuǎn)換成CMY空間。由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的CMY三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色(blackink)，所以CMY又寫成CMYK。實(shí)際應(yīng)用中，一幅圖像在計(jì)算機(jī)中用RGB空間顯示

6、；用RGB或SHI空間編輯處理；打印輸出時(shí)要轉(zhuǎn)換成CMY空間；如果要印刷，則要轉(zhuǎn)換成CMYK四幅印刷分色圖，用于套印彩色印刷品。YUV顏色空間在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝影機(jī)或彩色CCD攝影機(jī)進(jìn)行取像，然后把取得的彩色圖像信號(hào)經(jīng)分色、分別放大校正后得到RGB，再經(jīng)過(guò)矩陣變換電路得到亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)R-Y(即U)、B-Y(即V),最后發(fā)送端將亮度和色差三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這種色彩的表示方法就是所謂的YUV色彩空間表示。采用YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。色差信號(hào)，用基色信號(hào)減去亮度信號(hào)就得到色差信號(hào)。例如藍(lán)色差信號(hào)(B-Y

7、)、紅色差(R-Y)兩個(gè)色差信號(hào)和一個(gè)亮度信號(hào)(Y)。嚴(yán)格上講，色差信號(hào)共有三個(gè)，即R-Y，B-Y，G-Y。但只有兩個(gè)是獨(dú)立的，第三個(gè)可用另外兩個(gè)求出。由于對(duì)任何頻率的顏色，綠色分量對(duì)亮度的貢獻(xiàn)最大，因此G-Y的值相應(yīng)地最小，顯然，在信號(hào)傳送過(guò)程中，傳送一個(gè)小信號(hào)對(duì)改善信噪比不利，因此工業(yè)上選擇色差值相對(duì)較大的B-Y，R-Y兩個(gè)色差信號(hào)以及亮度信號(hào)作為傳送信號(hào)。一人眼顏色空間我們見到的顏色，如蘋果紅色，其實(shí)都是在一定條件下才出現(xiàn)的色彩。這些條件，主要可歸納為三項(xiàng)，就是光線、物體反射和眼睛。光和色是并存的，沒有光，就沒有顏色，不同顏色的光就是不同波長(zhǎng)的光?？梢哉f(shuō)，色彩就是物體反射光線到我們眼內(nèi)產(chǎn)

8、生的知覺。人的視網(wǎng)膜上有3種感光細(xì)胞，因其呈圓錐狀而被叫做“錐體”（錐形細(xì)胞）。這些錐體含有被稱為“視物質(zhì)”的色素，根據(jù)這些色素對(duì)光的吸收量的不同而決定了錐體對(duì)光的反應(yīng)程度。含有大量吸收短波譜光線的視物質(zhì)的錐體叫s錐體，而較多吸收中波、長(zhǎng)波光線的錐體分別被稱為M錐體L錐體。通過(guò)這些錐體的作用而使人眼對(duì)色彩產(chǎn)生感覺。三種錐體之所以能感受多種光，是由于多種光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的錐體的感光度即分光感光度區(qū)域相互重疊。即是說(shuō)，眼睛只需以不同強(qiáng)度和比例的紅綠藍(lán)三色組合起來(lái)，便能產(chǎn)生任何色彩的知覺，因而紅綠藍(lán)可說(shuō)是人眼的三基色。利用三基色色光的相加疊合，我們基本上能夠模擬自然界中出現(xiàn)的各種色彩，這就是著名的光學(xué)

9、三色原理。以這種方法產(chǎn)生色彩亦叫做加法混色。屏幕顯像和攝影就是這種混色方法的具體應(yīng)用。人類視覺系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的RGB傳感器。人眼對(duì)亮度最敏感，相同分辨率的顯示屏，在人眼接受范圍內(nèi)，亮度越大人眼感覺越清晰。人眼可見光波長(zhǎng)。Itf虹外徴可犯光蘭電雄瞰譜可S?光數(shù)字?jǐn)z像頭成像原理數(shù)字?jǐn)z像頭使用感光陣列轉(zhuǎn)換光信號(hào)，感光陣列如下圖。感光陣列將攝像頭透鏡中傳過(guò)來(lái)的光采集，轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號(hào)。感光陣列越密像素越大。常見感光陣列有CCD、COMS。就CCD和CMOS而言：ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。CCD曝光結(jié)束后，進(jìn)行電信號(hào)轉(zhuǎn)移，將每一行中每一個(gè)象元的電荷信號(hào)依行序依次傳入每行的“緩沖器”中，由底端線路依次

10、將每行的電信號(hào)引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出，此為線陣CCD；另外一種是每行均有放大電路，各行同時(shí)將捕捉的當(dāng)前圖像信息進(jìn)行ADC，既可以同時(shí)接受一幅完整的圖像信息，此為面陣CCD。CMOS的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素就直接連著ADC，電信號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。比較：CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真，透過(guò)每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持圖像的完整性；CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。由此可見，CMOS的成像過(guò)程更加容易出現(xiàn)壞點(diǎn)，使圖像失真，但隨著他工藝的可兼容性和功耗，使得它更加適合嵌入式的需要，同時(shí)，產(chǎn)生

11、的圖像失真可以通過(guò)相應(yīng)的算法進(jìn)行補(bǔ)償，但這里需要注意的是，CMOS的成像特點(diǎn)決定了它非常容易受到外界環(huán)境光的影響，在使用的過(guò)程中，一定要設(shè)計(jì)出符合要求的光源。OV767O攝像頭模塊帶384KbFIFO數(shù)字?jǐn)z像頭手動(dòng)變焦OV7670總共有656*488個(gè)像素，其中640*480個(gè)有效(即有效像素為30W)。支持RawRGB、RGB(GBR4:2:2，RGB565/RGB555/RGB444),YUV(4:2:2)和丫CbCr(4:2:2)輸出格式。RGB565彩色模式，一個(gè)像素占兩個(gè)字節(jié)低字節(jié)的前5位用來(lái)表示B(BLUE)低字節(jié)的后三位+高字節(jié)的前三位用來(lái)表示G(Green)高字節(jié)的后5位用來(lái)表示R(RED)HI-B/TEL0-6YTEnedBi