微型攝像頭是現(xiàn)代高科技的產(chǎn)物，又名微型監(jiān)控器，具有體積小、功能強大的特點，隱蔽性比較好。隨著人們消費水平的不斷提高，微型攝像頭的用途也越來越廣。已經(jīng)廣泛運用到航空、商業(yè)、傳媒、企事業(yè)單位、家庭等行業(yè)。微型攝像頭的出現(xiàn)，給人們的生活帶來便利的同時，一些關(guān)系到企業(yè)機密、個人隱私等現(xiàn)象也隨之產(chǎn)生。

歷史發(fā)展

1991年,?世界第一支攝像頭 - 稱為?CoffeeCam，首度出現(xiàn)在英國劍橋大學(xué)的泰賈屋咖啡店? - Trojan?room?coffee?pot。

最古老的攝像頭,?是舊金山州立大學(xué) - San?Francisco?State?University的?FogCam,?自1994年使用至今。

1996年,?AXIS?Communications?發(fā)表第一支利用互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)做為信號傳輸基礎(chǔ)的攝像頭 - IP?Camera。

1999年,?AXIS?Communications發(fā)表以Linux系統(tǒng)為平臺的攝像頭 - IP?Camera?。

感光組件

攝像頭的感光組件類型有：

CMOS

CMOS圖像傳感器有CMOS和CCD兩種模式。CMOS既互補性金屬氧化物半導(dǎo)體，CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成圖像。CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。

不像由二級管組成的CCDCMOS電路幾乎沒有靜態(tài)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圖像時，由于電流變換過于頻繁而過熱。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(xiàn)點。

CCD

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(gòu)成。光電二極管把光轉(zhuǎn)化成電荷，再經(jīng)轉(zhuǎn)化電路傳送和輸出。通常，傳送優(yōu)良圖像質(zhì)量的設(shè)備都采用CCD圖像傳感器，而注重功耗和成本的產(chǎn)品則選擇CMOS圖像傳感器。但新的技術(shù)正在克服每種器體固有的弱點，同時保留了適合于特定用途的某些特性。

這一部分與模擬攝像機相同。聲音傳感器即拾聲器或叫麥克風(fēng)，與傳統(tǒng)的話筒原理一樣。?目前有不少新式的攝像頭已可支持?multi-megapixel?的分辨率,?某些攝影鏡頭更擁有高幀率,?像是?PlayStation?Eye,?可以產(chǎn)生?320×240?，每秒?120?幀 - frames。

接口類型

攝像頭的接口類型有：

USB

并行接口

產(chǎn)品分類

針孔型

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，但它的致命弱點是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，尤其是在夜晚拍攝時曝光時間則要長達幾個小時。

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。按照習(xí)慣的說法，將使用魚眼鏡頭、平面鏡頭或錐形鏡頭的微型攝像機稱之為針孔攝像機。

根據(jù)鏡頭來分，針孔攝像頭的鏡頭可分為有魚眼鏡頭、平面鏡頭和錐形鏡頭三種；根據(jù)使用的感光元件來分，可分為電荷耦合元件（Charge?Coupled?Device，CCD）和互補性氧化金屬半導(dǎo)體（Complementary?Metal-Oxide?Semiconductor，CMOS）兩種；而按照數(shù)據(jù)傳輸方式來分類，又可以分成無線攝像機和有線攝像機兩類。

無線型

無線設(shè)備在國內(nèi)的無線環(huán)境中穩(wěn)定使用。微型無線監(jiān)控攝像頭高穩(wěn)定、高速率、長距離、多點測試的特點。在環(huán)境、能源、建筑、運輸、醫(yī)療、工業(yè)機器狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域里均可發(fā)揮巨大作用，特別是在布線復(fù)雜、布線成本高昂、遠距離大范圍傳送數(shù)據(jù)和移動性需求高時其發(fā)揮作用更加明顯。

外形分類

1、室內(nèi)裝置形：如音箱、插座、充電器、燈具、畫框。把微型攝像機巧妙地置于這些物品這內(nèi)，從而達到監(jiān)視家中環(huán)境，保護家中人身財產(chǎn)安全的目的。

2、個人飾品形：手表、眼鏡、領(lǐng)帶、火機、胸卡。把攝像機做成飾品形狀，可以方便地進行暗訪、采錄。

3、生活用品形：紙巾盒、飲料罐、車鑰匙、電燈開關(guān)、排插、鬧鐘、手電。這種形狀的攝像機，可以隨意放置在準備監(jiān)視的位置，進行監(jiān)控。

功能分類

1、普通有線型

2、無線發(fā)射型

3、紅外夜視型

4、超遠距離傳輸型

應(yīng)用

關(guān)于針孔攝像機，人們往往會將“偷拍”、“暗訪”、“取證”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。特殊的微型攝像機還被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用來對人體器官或動物器官檢查。

性能測試

衡量微型攝像頭的性能，主要看清晰度、色彩還原性、照度、逆光補償，其次要看其微型攝像頭失真、耗電量、最低工作電壓。

調(diào)整到最低工作電壓，使用萬用表測量電流，使用小穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)電壓，計算耗電量。

1、清晰度的測量。多個微型攝像機進行測試時，應(yīng)使用相同鏡頭，（推薦使作定焦、二可變鏡頭），以測試卡中心圓出現(xiàn)在監(jiān)視器屏幕的左右邊為準，清晰準確的數(shù)出已給的刻度線共?10?組垂直線和?10?組水平線。分別代表著垂直清晰度和水平清晰度，并相應(yīng)的一組已給出了線數(shù)。如垂直?350?線水平?800?線，此時最好用黑白監(jiān)視器。測試時可在遠景物聚焦，也可邊測邊聚焦。最好能兩者兼用，可看出此攝像機的差異（對遠近會聚）。

2、微型攝像機彩色還原性的測試。測試此參數(shù)應(yīng)選好的彩色監(jiān)視器。首先遠距離觀察人物、服飾，看有無顏色失真，拿色彩鮮明的物體對比，看微型攝像機反應(yīng)靈敏度，拿彩色畫冊放在微型攝像機前，看畫面勾勒得清晰程度，過淡或過濃，再次應(yīng)對運動的彩色物體進行攝像，看有無彩色拖尾、延滯、模糊等。測試條件如此攝像最代照度在?50V?時應(yīng)在?50+10V?照度情況下測量，即每微型攝像機最代照度基礎(chǔ)上加十伏，且光圈應(yīng)保持最接近狀態(tài)。

3、照度。將微型攝像機置于暗室，暗室前后為有源?220V?自熾燈，處設(shè)調(diào)壓器，以調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓高代來調(diào)節(jié)暗室內(nèi)燈的明暗，電壓可以從?0V?調(diào)到?250V?。室內(nèi)光照也可從最暗調(diào)至最明，測試時把攝像機光圈均開至最大時記錄下一個最低照度值（把有源燈用調(diào)壓器調(diào)暗至看不清暗室內(nèi)置畫面）再把光圈打至最小再記錄下一個最低照度值，也可前后燈分別調(diào)壓明滅。

4、微型攝像機逆光補償。測試此參數(shù)有兩種方法：一種是在暗室內(nèi)，把攝像機前側(cè)調(diào)壓燈打開，調(diào)至最亮?xí)r，然后在燈的下方放置一圖畫或文字，把微型攝像機迎光攝像，看圖像和文字能否看清，畫面刺不刺眼，并調(diào)節(jié)?AL、AX拔檔開關(guān)，看有無變化，哪種效果最好。另一種是在陽光充足的情況下把攝像機向窗外照，此時看圖像和文字能否看清楚。

5、微型攝像機失真?？次⑿蛿z像機失真把測試卡置于攝像機前端使整個球體出現(xiàn)在屏幕上，看圓球形有無橢圓，把攝像機前移，看圓中心有無放大，再遠距離測試邊、角、框有無弧形失真等。

6?、微型攝像機耗電量。最低工作電壓，使用萬用表測量電流，使用小穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)電壓看。

結(jié)構(gòu)組件

從攝像頭的工作原理就可以列出攝像頭的主要結(jié)構(gòu)和組件：

鏡頭（LENS）

透鏡結(jié)構(gòu)，由幾片透鏡組成,有塑膠透鏡（plastic）或玻璃透鏡（glass）

圖像傳感器（SENSOR）

可以分為兩類：

CCD（charge?couple?device）：電荷耦合器件

CMOS（complementary?metal?oxide?semiconductor）：互補金屬氧化物半導(dǎo)體

數(shù)字信號處理芯片（DSP）

DSP生產(chǎn)廠商較多，市面上較為流行的有：?VIMICRO（中星微）301P/L、SONIX（松瀚）102/120/128、ST（羅技LOGITECH的DSP提供商）、SUNPLUS（SUN+重點發(fā)展單芯片的CIF和VGA，但圖像質(zhì)量一般）、PIXART（原相）PAC207單芯片CIF、SQ（倚強）SQ930C等。

電源

攝像頭內(nèi)部需要兩種工作電壓：3.3V和2.5V，最新工藝芯片有用到1.8V。

也有部分攝像頭采用視頻傳輸線同步供電，不必外接電源線。

工作原理

攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭 - LENS生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D - 模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片 - DSP中加工處理，再通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。

產(chǎn)品調(diào)試

在圖像處理的嵌入式系統(tǒng)中，由于涉及機器視覺的處理分析，使得對圖像生成工具攝像頭的調(diào)試變得比較麻煩。

機器視覺簡介

機器視覺就是用機器代替人眼來對外部環(huán)境進行感知并做出測量和判斷。通過成像器件（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

在一些對系統(tǒng)實時動作要求比較高的系統(tǒng)中，人的反應(yīng)速度和信息處理能力是無法滿足要求的，而機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，和計算機控制系統(tǒng)相結(jié)合，可以提高系統(tǒng)的自動化程度。

攝像頭調(diào)試目的

在嵌入式系統(tǒng)中攝像頭調(diào)試的目的是使攝像頭的機械和電氣參數(shù)在滿足系統(tǒng)要求下能產(chǎn)生質(zhì)量最高的圖像數(shù)據(jù)。一個涉及硬件和軟件的成像系統(tǒng)，成像的質(zhì)量好壞往往受到來自外界干擾和自身限制的很多因素的影響，這些影響會產(chǎn)生噪聲和成像不均勻。

來自軟件層面的因素往往是算法的問題，這個層面的問題可以通過理論分析的數(shù)學(xué)計算解決，來自硬件層面的因素則而要用儀器進行調(diào)試，通過實驗測量分析才能解決，由于硬件處理系統(tǒng)底層，所以硬件的質(zhì)量會直接影響軟件的質(zhì)量，從而影響最終成像質(zhì)量。對攝像頭進行調(diào)試就是要從硬件層面上盡量消除干擾。

攝像頭調(diào)試方法

由于嵌入式系統(tǒng)是一個比較廣的概念，所以本文以HCS12作為主控芯片的攝像頭組小車調(diào)試為例對調(diào)試方法進行介紹。

（一）外部搭設(shè)電路連線CRT顯示器

從模擬攝像頭上引出電源、地、信號三根引線，對攝像頭供電，再將視頻信號線接到電視盒視頻輸入接口。電視盒的VGA-OUT接至CRT顯示器，從而實現(xiàn)CRT對經(jīng)數(shù)字化的攝像頭視覺進行顯示。?此種方法為完全硬件層面顯示，提供和人眼視覺完全一樣的顯示效果，對攝像頭安裝和自身物理參數(shù)校正具有顯著幫助。

（二）片外擴展LCD液晶

HCS12系列MCU中含有串行外設(shè)接口SPI（Serial?Peripheral?Interface），能實現(xiàn)MCU之間的數(shù)據(jù)傳輸，且其速度比通過串行異步通信（SCI）方式快。SPI模塊也支持MCU也外圍設(shè)備間的雙向、同步、串行通信，實現(xiàn)MCU的外設(shè)擴展。

市場上諾基亞3310液晶價格低廉，成像基于二值點陣，顯示模塊為48*84個點列，對相關(guān)信息顯示表現(xiàn)為對相應(yīng)點寫入數(shù)據(jù)使其呈現(xiàn)不同顏色。

1．顯示字符在系統(tǒng)運行時以字符形式提示系統(tǒng)相關(guān)運行參數(shù)。每個字符占用點列8*6，需要6字節(jié)數(shù)據(jù)，完成字符顯示只需在編程對指定位寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)。由于該液晶模塊本身不帶有字庫，所以在程序開始時要先定義ASCⅡ表字符的液晶顯示點陣數(shù)據(jù)，即一個大小為N*6字節(jié)的二維數(shù)組。

2．顯示圖片模擬攝像頭采集的視頻信號經(jīng)過MCU的A/D數(shù)字化后，信息存儲在一個40*70的二維數(shù)組中，再將數(shù)組二值化，便能在48*84分辨率的液晶模塊中顯示，使開發(fā)者實時對攝像頭機器視覺進行觀測。

此種方法為硬件和軟件相結(jié)合的顯示方法，能實時跟蹤顯示攝像頭相關(guān)信息，顯示時不會打斷系統(tǒng)運行流程。

（三）自寫串口通訊上位機軟件

利用MCU的SCI模塊發(fā)送圖片數(shù)據(jù)至PC機，上位機利用MSCOMM控件編程對通訊數(shù)據(jù)進行讀取。讀取數(shù)據(jù)后，便能利用windows程序強大的數(shù)據(jù)處理能力和圖片顯示能力對圖片數(shù)據(jù)處理，如：根據(jù)數(shù)據(jù)對圖片進行重繪，對數(shù)組濾波分析并顯示濾波效果，將接收數(shù)組以文件形式導(dǎo)出為計算機仿真提供數(shù)據(jù)來源。

此種方法為完全軟件顯示法，只而要從MCU收到數(shù)據(jù)，便能在PC機上實現(xiàn)一系列處理，對檢驗圖形變換效果、濾波分析優(yōu)劣以及數(shù)據(jù)仿真思想都有著其它方法無法比擬的優(yōu)勢。

調(diào)試方法比較

1．CRT調(diào)視法。通過接入攝像頭視頻信號，CRT能高保真顯示機器視覺。但只能局限于對攝像頭參數(shù)測試和攝像頭機械位置調(diào)整，對高級點的數(shù)字信號就無能為力了。

2．LCD調(diào)試法。直接接在單片機SPI口上進行數(shù)據(jù)傳輸，能實時刷新顯示圖片，此模塊可以直接搭載在系統(tǒng)上，實時顯示系統(tǒng)相關(guān)信息。但由于模塊分辨率限制，只能顯示黑白二值，造成數(shù)字圖片失真。

3．串口調(diào)試法。能充分利用PC機強大的數(shù)據(jù)處理和圖片顯示功能，能實現(xiàn)數(shù)字圖片高精度像素點顯示，并導(dǎo)出灰度數(shù)值表，為VC，MATLAB仿真提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)。但PC和MCU間數(shù)據(jù)傳輸速度太慢，缺乏實時性。

安全問題整治

近年來，隨著信息網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和日益普及，攝像頭在人民群眾日常工作、生活中被廣泛應(yīng)用。受經(jīng)濟利益驅(qū)動，利用攝像頭安全漏洞侵害公民個人隱私的活動呈快速增長趨勢，并形成地下產(chǎn)業(yè)鏈，嚴重危害網(wǎng)絡(luò)安全。記者從工業(yè)和信息化部了解到，工業(yè)和信息化部網(wǎng)絡(luò)安全管理局組織各地通信管理局、基礎(chǔ)電信企業(yè)、專業(yè)機構(gòu)及視頻監(jiān)控云平臺、攝像頭生產(chǎn)企業(yè)等，于6月至8月在全國范圍開展攝像頭網(wǎng)絡(luò)安全集中整治。

無論是在公共場合還是私人空間，人們安裝攝像頭的初衷都是為了安全或者便利，除了商家、公共場所安裝攝像頭用于安全監(jiān)控外，不少居民也選擇在家中安裝攝像頭便于觀察家中動向。這些攝像頭在給公眾提供安全、便利之余，也被部分不法分子盯上。他們利用破解、改裝等手段，將這些攝像頭甚至智能手機、手環(huán)改造成偷拍設(shè)備，甚至將家用攝像頭的破解“教程”在網(wǎng)絡(luò)上公開售賣。這種行為嚴重侵犯公民個人隱私，也給公眾帶來較大擔(dān)憂和困擾。

記者在采訪過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)用戶對攝像頭的安全意識不高。用戶在選購攝像頭的時候，只會從外觀上看好不好看，并不去了解網(wǎng)絡(luò)安全性，而且很多用戶把攝像頭買回來就直接用弱口令或者默認密碼直接使用，這些都會給不法分子留下可乘之機。

“目前不法分子攻擊網(wǎng)絡(luò)攝像頭的方式主要通過攝像頭終端、手機端攝像頭應(yīng)用和云端數(shù)據(jù)信息竊取。”專家表示，攝像頭產(chǎn)品質(zhì)量瑕疵、云端安全防護脆弱、應(yīng)用端使用弱口令等都可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)攝像頭泄露隱私。

工業(yè)和信息化部相關(guān)負責(zé)人介紹，本次攝像頭網(wǎng)絡(luò)安全集中整治工作將通過加大聯(lián)網(wǎng)攝像頭安全威脅監(jiān)測處置力度、開展視頻監(jiān)控云平臺網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全專項檢查、規(guī)范攝像頭生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品安全漏洞管理等措施，消除攝像頭網(wǎng)絡(luò)安全隱患，保障網(wǎng)絡(luò)安全，維護公民在網(wǎng)絡(luò)空間的合法權(quán)益。下一步，工業(yè)和信息化部網(wǎng)絡(luò)安全管理局將加強部省協(xié)同，組織各單位堅持標(biāo)本兼治、綜合施策，狠抓任務(wù)落實，確保集中整治工作取得實效。