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    探索分解針孔攝像頭的工作原理

    2019-05-11 06:40:49 瀏覽次數(shù):
    所謂針孔并不是整個攝像頭的體積跟針一樣小,針孔只是一種夸張的說法而已!
    針孔攝像頭
      他的大小最小也有中指那么大,針孔攝像頭它里面是有集成電板,和芯片等一些電子元件組成的,所以呢,它的形狀有很多種,但大小體積都差不多,小也小不不過小拇指!

      談到針孔攝像頭,首先得澄清一個常見的誤解:事實上,人們通常所說的針孔攝像機,用的并不是針孔鏡頭。針孔鏡頭是指利用小孔成像原理來得到影像的鏡頭,它造價低廉,原理簡單,但是有一個致命的弱點:透過小孔的光線太少而導(dǎo)致曝光時間過長。在陽光下使用針孔鏡頭拍攝照片需要花幾分鐘到十幾分鐘,在夜晚拍攝時曝光時間則要達到幾個小時。很顯然,對于每秒鐘要拍攝十幾張到幾十張的攝像機來說,是達不到要求的。針孔鏡頭是無法應(yīng)用在攝像機上的,因而也就不存在嚴格意義上的“針孔”攝像機。雖然如此,在這篇文章里我們還是按照習(xí)慣的說法,將那些使用魚眼鏡頭、平面鏡頭或錐形鏡頭的微型攝像機稱之為針孔攝像機。

      關(guān)于針孔攝像機的第二個誤解是,人們往往會將“偷拍”、“暗訪”這樣的詞與它聯(lián)系起來,隨之而來的是強烈的不安全感。然而,實際上,在大多數(shù)情況下,針孔攝像機被應(yīng)用在保護人們的生命、財產(chǎn)和隱私上,而不是起到相反的作用。

      各種針孔攝像機的原理都是類似的。它們將透過鏡頭收集到的光線投在感光元件上,由感光元件把光信號轉(zhuǎn)換為電信號;電信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;數(shù)字信號進行壓縮后傳輸?shù)奖O(jiān)視器或錄制設(shè)備上,從而顯示或者錄制成我們能夠看到的影像。由于體積的限制,這類攝像機一般沒有太過復(fù)雜的功能,不能調(diào)整焦距,也不能調(diào)節(jié)光圈大小。它們一般由鏡頭、圖像傳感器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、圖像控制器等多個部分構(gòu)成,如果帶音頻功能的話,還要再加上聲音收集、處理和傳輸?shù)慕M件。

      針孔攝像機使用的鏡頭有魚眼鏡頭、平面鏡頭和錐形鏡頭三種;使用的感光元件有電荷耦合元件(ChargeCoupledDevice,CCD)和互補性氧化金屬半導(dǎo)體(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,CMOS)兩種;如果按照數(shù)據(jù)傳輸方式來分類的話,可以分成無線攝像機和有線攝像機兩類。

      現(xiàn)在我們所說的針孔攝像機,所使用的鏡頭大小與手機上的鏡頭差不多。拍攝范圍較大的場景時,一般采用魚眼鏡頭;如果從節(jié)省成本的角度出發(fā),那就使用平面鏡頭;要獲得較好的拍攝效果時,采用錐形鏡頭的情況較多。
      魚眼鏡頭是短焦距超廣角鏡頭,它的鏡頭弧度很大接近于球面,視角可以接近甚至達到180度,拍攝范圍比其它鏡頭大得多,能夠覆蓋更多的場景。然而拍攝范圍的擴大是以拍攝對象的失真作為代價的。魚眼鏡頭拍攝的物體變形很厲害,只能夠保證畫面中心的景物不變,其他的水平或者垂直的景物都會扭曲,看起來很不真實。

      我們說的平面鏡頭,只是說它在外表上看起來不像魚眼鏡頭那樣有一個半球形的突起;但是實際上在鏡頭內(nèi)也是鑲嵌了一塊透鏡的。這塊透鏡一般是球面透鏡,用于把光線經(jīng)過折射后落在感光元件上。這種技術(shù)十分成熟,我們戴的遠視眼鏡無論是形狀還是功能都與它類似。這種鏡頭的成本最低,但是拍攝出來的景物在邊角的位置往往會有些模糊。

      錐形鏡頭能夠比較好地還原影像,因為它的透鏡是經(jīng)過精心打磨的非球面透鏡。這種透鏡能夠讓拍攝出的景物在邊角位置不至于模糊,但是成本比球面透鏡要高得多。只有在對畫質(zhì)有比較高的要求的場合,才會使用錐形鏡頭。

      感光元件的作用是把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。目前使用的感光元件分成CCD和CMOS兩類,CCD一般會用在高端產(chǎn)品上,CMOS一般用在家用產(chǎn)品和低端產(chǎn)品上。

      CCD和CMOS都是利用感光二極管(Photodiode)來進行光電轉(zhuǎn)換的。接收的光線越強、電荷越多;光線越弱,電荷越少。通過這種方式,將拍攝的景物轉(zhuǎn)變成攜帶電荷數(shù)量不一樣的多個像素點。CCD和CMOS的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)放大和傳輸順序的不同。在曝光后,CCD將每一行的每一個像素產(chǎn)生的電荷按順序傳入一個緩沖區(qū)中,統(tǒng)一由放大器進行放大,然后一起轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出;而CMOS的每個像素旁都連接著一個放大轉(zhuǎn)換器,把每一個像素的信號放大并且轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,最后一并輸出。

      原理上的不同導(dǎo)致CCD和CMOS在很多方面都存在差異。CMOS的感光度比CCD低,因為CMOS上每個像素都包含了放大與轉(zhuǎn)換電路,單一像素感光區(qū)域的面積比CCD要小;CMOS的成本比CCD低;CMOS由于每一個像素單獨放大,很難達到所有像素放大同步的效果,所以圖像效果比CCD差;CMOS耗電量比CCD低,因為CCD需要外加電壓把電荷“驅(qū)趕”到傳輸通道中去,而CMOS不需要這么做。

      隨著技術(shù)的進步,CCD與CMOS之間的差異正在逐漸縮小。CCD變得越來越省電;CMOS也開始改善畫質(zhì)表現(xiàn)。我們現(xiàn)在對于高端和低端的看法,也許在不久的將來就會轉(zhuǎn)變。

      監(jiān)控是針孔攝像機最主要的用途。由于針孔攝像機的體積小,可隱蔽性好,因此被廣泛應(yīng)用于交通監(jiān)控、公共場所監(jiān)控、安全監(jiān)控等領(lǐng)域,保障了人們的生命和財產(chǎn)安全。

      但是,針孔攝像機也會出現(xiàn)在不該出現(xiàn)的地方。層出不窮的偷拍讓人們不得不提高警惕,小心保護自己的隱私。

      按照數(shù)據(jù)傳輸方式的不同,針孔攝像機可以分成無線和有線兩類。無線攝像機會向外發(fā)出數(shù)據(jù),發(fā)射范圍可以達到數(shù)十米甚至上百米,只要在這一范圍內(nèi)安裝接收機就可以收集到視頻信號。有線攝像機必須連接數(shù)據(jù)線才能工作,數(shù)據(jù)線的另一端往往會連接在錄像設(shè)備上。除此之外,任何針孔攝像機都是需要電源的;針孔攝像機的鏡頭是光滑的玻璃;大多數(shù)針孔攝像機需要在一定的照明情況下才能獲得清晰的影像。

      所以我們可以針對這些特點來進行排查:

      檢測墻面,天花板,吊燈,家具,甚至是紙巾盒和花瓶上是否有能反光的小鏡頭,調(diào)暗燈光,讓針孔攝像機無法獲得清晰的影像,關(guān)閉房間的電源,讓針孔攝像機無法工作,使用專用探測工具,掃描無線針孔攝像機發(fā)射的信號,并準確定位。
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