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攝像頭(webcam)屬相機的一種,一般具有視頻攝影/傳播和靜態圖像捕捉等基本功能,它是藉由鏡頭採集圖像後,由攝像頭內的感光組件電路及控制組件對圖像進行處理並轉換成電腦所能識別的數字信號,然後藉由並行端口、通用串行總線連接,輸入到電腦後由軟件再進行圖像還原。有些則支持以太網或WiFi,內置有處理器及網頁服務器,接上網絡後可連線查看畫面。

目前市面上攝像頭分為兩種,一種為直接連接電腦可用於視頻通話的消費型攝像頭(Webcam),另一種為保全監控專用的網絡監控攝影機(IP Camera/Network Camera)[1]

歷史

1991年,世界第一支攝像頭(稱為CoffeeCam),首度出現在英國劍橋大學的泰賈屋咖啡店(Trojan room coffee pot)。至於運作最久的攝像頭,則是舊金山州立大學的「FogCam」,自1994年使用至今。。

1996年,AXIS Communications發表第一支利用互聯網架構做為信號傳輸基礎的攝像頭(IP Camera)。

1999年,AXIS Communications發表以Linux系統為平台的攝像頭(IP Camera)。

技術

USB video device class(UVC)可支持各式的攝像頭,因此電腦不必再安裝多餘的驅動程序。目前Microsoft Windows Vista, Linux和Mac OS X 10.4與10.5皆有支持內置的UVC drivers.

感光組件

攝像頭的感光組件為影像截取組件,有互補式金屬氧化物半導體(CMOS)和電荷耦合組件(CCD)兩種模式。兩者都是將物品所反射的光轉為數字信號,壓縮後存儲於存儲器上。

互補式金屬氧化物半導體

CMOS既互補性金屬氧化物半導體,CMOS主要是利用這兩種元素所做成的半導體,通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現基本的功能的。這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。CMOS的優勢就是非常省電。不像由二級管組成的CCD, CMOS電路幾乎沒有靜態電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右,CMOS重要問題是在處理快速變換的影像時,由於電流變換過於頻繁而過熱。暗電流抑制的好就問題不大,如果抑制的不好就十分容易出現點。CMOS攝像機可以做得非常小。CMOS傳感器對於高幀攝像機非常有用,速度能達到400到2000幀/秒。所以對於高速攝像場所,選用CMOS攝像機效果更佳。而注重功耗和成本的產品則選擇CMOS圖像傳感器[2]

電荷耦合組件

CCD圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級管及其傳輸電路構成。光電二極管把光轉化成電荷,再經轉化電路傳送和輸出。通常,傳送優良圖像質量的設備都採用CCD圖像傳感器,CCD感光單元有效面積大,在光照強度較低的環境中,能相對清晰地呈現出被攝物體原貌。在低照度環境下,如燈光較暗的停車場、樓梯間、封閉通道和暗室等,宜選用感光靈敏的CCD攝像機。對畫質要求苛刻的場合宜選用CCD攝像機。像素越高、尺寸越大的CCD擁有更好的圖像質量。

綜上所述,CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優於CMOS傳感器,而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高集成度的特點。不過,隨着CCD與CMOS傳感器技術的進步,兩者的差異有逐漸縮小的態勢。

視頻

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四種常見攝像頭
CCD按照設置操作講解

參考文獻