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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(gè)攝像頭的體積跟針一樣小,針孔只是一種夸張的說(shuō)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(guò)小拇指!

  談到針孔攝像頭,首先得澄清一個(gè)常見(jiàn)的誤解:事實(shí)上,人們通常所說(shuō)的針孔攝像機(jī),用的并不是針孔鏡頭。針孔鏡頭是指利用小孔成像原理來(lái)得到影像的鏡頭,它造價(jià)低廉,原理簡(jiǎn)單,但是有一個(gè)致命的弱點(diǎn):透過(guò)小孔的光線(xiàn)太少而導(dǎo)致曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。在陽(yáng)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(shí)曝光時(shí)間則要達(dá)到幾個(gè)小時(shí)。很顯然,對(duì)于每秒鐘要拍攝十幾張到幾十張的攝像機(jī)來(lái)說(shuō),是達(dá)不到要求的。針孔鏡頭是無(wú)法應(yīng)用在攝像機(jī)上的,因而也就不存在嚴(yán)格意義上的“針孔”攝像機(jī)。雖然如此,在這篇文章里我們還是按照習(xí)慣的說(shuō)法,將那些使用魚(yú)眼鏡頭、平面鏡頭或錐形鏡頭的微型攝像機(jī)稱(chēng)之為針孔攝像機(jī)。

  關(guān)于針孔攝像機(jī)的第二個(gè)誤解是,人們往往會(huì)將“偷拍”、“暗訪(fǎng)”這樣的詞與它聯(lián)系起來(lái),隨之而來(lái)的是強(qiáng)烈的不安全感。然而,實(shí)際上,在大多數(shù)情況下,針孔攝像機(jī)被應(yīng)用在保護(hù)人們的生命、財(cái)產(chǎn)和隱私上,而不是起到相反的作用。

  各種針孔攝像機(jī)的原理都是類(lèi)似的。它們將透過(guò)鏡頭收集到的光線(xiàn)投在感光元件上,由感光元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);電信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(lèi)攝像機(jī)一般沒(méi)有太過(guò)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(gè)部分構(gòu)成,如果帶音頻功能的話(huà),還要再加上聲音收集、處理和傳輸?shù)慕M件。

  針孔攝像機(jī)使用的鏡頭有魚(yú)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(bǔ)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(lái)分類(lèi)的話(huà),可以分成無(wú)線(xiàn)攝像機(jī)和有線(xiàn)攝像機(jī)兩類(lèi)。

  現(xiàn)在我們所說(shuō)的針孔攝像機(jī),所使用的鏡頭大小與手機(jī)上的鏡頭差不多。拍攝范圍較大的場(chǎng)景時(shí),一般采用魚(yú)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(shí),采用錐形鏡頭的情況較多。
  魚(yú)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(dá)到180度,拍攝范圍比其它鏡頭大得多,能夠覆蓋更多的場(chǎng)景。然而拍攝范圍的擴(kuò)大是以拍攝對(duì)象的失真作為代價(jià)的。魚(yú)眼鏡頭拍攝的物體變形很厲害,只能夠保證畫(huà)面中心的景物不變,其他的水平或者垂直的景物都會(huì)扭曲,看起來(lái)很不真實(shí)。

  我們說(shuō)的平面鏡頭,只是說(shuō)它在外表上看起來(lái)不像魚(yú)眼鏡頭那樣有一個(gè)半球形的突起;但是實(shí)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(xiàn)經(jīng)過(guò)折射后落在感光元件上。這種技術(shù)十分成熟,我們戴的遠(yuǎn)視眼鏡無(wú)論是形狀還是功能都與它類(lèi)似。這種鏡頭的成本最低,但是拍攝出來(lái)的景物在邊角的位置往往會(huì)有些模糊。

  錐形鏡頭能夠比較好地還原影像,因?yàn)樗耐哥R是經(jīng)過(guò)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(duì)畫(huà)質(zhì)有比較高的要求的場(chǎng)合,才會(huì)使用錐形鏡頭。

  感光元件的作用是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。目前使用的感光元件分成CCD和CMOS兩類(lèi),CCD一般會(huì)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(lái)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。接收的光線(xiàn)越強(qiáng)、電荷越多;光線(xiàn)越弱,電荷越少。通過(guò)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(gè)像素點(diǎn)。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(gè)像素產(chǎn)生的電荷按順序傳入一個(gè)緩沖區(qū)中,統(tǒng)一由放大器進(jìn)行放大,然后一起轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出;而CMOS的每個(gè)像素旁都連接著一個(gè)放大轉(zhuǎn)換器,把每一個(gè)像素的信號(hào)放大并且轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),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?yàn)镃MOS上每個(gè)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??;CMOS的成本比CCD低;CMOS由于每一個(gè)像素單獨(dú)放大,很難達(dá)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?yàn)镃CD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(jìn)步,CCD與CMOS之間的差異正在逐漸縮小。CCD變得越來(lái)越省電;CMOS也開(kāi)始改善畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)。我們現(xiàn)在對(duì)于高端和低端的看法,也許在不久的將來(lái)就會(huì)轉(zhuǎn)變。

  監(jiān)控是針孔攝像機(jī)最主要的用途。由于針孔攝像機(jī)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(chǎng)所監(jiān)控、安全監(jiān)控等領(lǐng)域,保障了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

  但是,針孔攝像機(jī)也會(huì)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(hù)自己的隱私。

  按照數(shù)據(jù)傳輸方式的不同,針孔攝像機(jī)可以分成無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)兩類(lèi)。無(wú)線(xiàn)攝像機(jī)會(huì)向外發(fā)出數(shù)據(jù),發(fā)射范圍可以達(dá)到數(shù)十米甚至上百米,只要在這一范圍內(nèi)安裝接收機(jī)就可以收集到視頻信號(hào)。有線(xiàn)攝像機(jī)必須連接數(shù)據(jù)線(xiàn)才能工作,數(shù)據(jù)線(xiàn)的另一端往往會(huì)連接在錄像設(shè)備上。除此之外,任何針孔攝像機(jī)都是需要電源的;針孔攝像機(jī)的鏡頭是光滑的玻璃;大多數(shù)針孔攝像機(jī)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(duì)這些特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行排查:

  檢測(cè)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(jī)無(wú)法獲得清晰的影像,關(guān)閉房間的電源,讓針孔攝像機(jī)無(wú)法工作,使用專(zhuān)用探測(cè)工具,掃描無(wú)線(xiàn)針孔攝像機(jī)發(fā)射的信號(hào),并準(zhǔn)確定位。
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