微型摄像头是现代高科技的产物，又名微型监控器，具有体积小、功能强大的特点，隐蔽性比较好。随着人们消费水平的不断提高，微型摄像头的用途也越来越广。已经广泛运用到航空、商业、传媒、企事业单位、家庭等行业。微型摄像头的出现，给人们的生活带来便利的同时，一些关系到企业机密、个人隐私等现象也随之产生。

历史发展

1991年, 世界第一支摄像头(称为 CoffeeCam)，首度出现在英国剑桥大学的泰贾屋咖啡店 (Trojan room coffee pot)。

最古老的摄像头, 是旧金山州立大学(San Francisco State University)的 FogCam, 自1994年使用至今。

1996年, AXIS Communications 发表第一支利用互联网架构做为信号传输基础的摄像头(IP Camera)。

1999年, AXIS Communications发表以Linux系统为平台的摄像头(IP Camera) 。

感光组件

摄像头的感光组件类型有：

CMOS

CMOS图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS既互补性金属氧化物半导体，CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成图像。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。

不像由二级管组成的CCDCMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要问题是在处理快速变换的图像时，由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问题不大，如果抑制的不好就十分容易出现点。

CCD

CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。光电二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。

这一部分与模拟摄像机相同。声音传感器即拾声器或叫麦克风，与传统的话筒原理一样。 目前有不少新式的摄像头已可支持 multi-megapixel 的分辨率, 某些摄影镜头更拥有高帧率, 像是 PlayStation Eye, 可以产生 320×240 ，每秒 120 帧(frames)。

接口类型

摄像头的接口类型有：

USB

并行接口

产品分类

针孔型

事实上，人们通常所说的针孔摄像机，用的并不是针孔镜头。针孔镜头是指利用小孔成像原理来得到影像的镜头，它造价低廉，原理简单，但它的致命弱点是透过小孔的光线太少，而导致曝光时间过长。在阳光下使用针孔镜头拍摄照片需要花几分钟到十几分钟，尤其是在夜晚拍摄时曝光时间则要长达几个小时。

很显然，对于每秒钟要拍摄十几张到几十张的摄像机来说，是达不到要求的。针孔镜头是无法应用在摄像机上的，因而也就不存在严格意义上的“针孔”摄像机。按照习惯的说法，将使用鱼眼镜头、平面镜头或锥形镜头的微型摄像机称之为针孔摄像机。

根据镜头来分，针孔摄像头的镜头可分为有鱼眼镜头、平面镜头和锥形镜头三种；根据使用的感光元件来分，可分为电荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）和互补性氧化金属半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）两种；而按照数据传输方式来分类，又可以分成无线摄像机和有线摄像机两类。

无线型

无线设备在国内的无线环境中稳定使用。微型无线监控摄像头高稳定、高速率、长距离、多点测试的特点。在环境、能源、建筑、运输、医疗、工业机器状态监测等领域里均可发挥巨大作用，特别是在布线复杂、布线成本高昂、远距离大范围传送数据和移动性需求高时其发挥作用更加明显。

外形分类

1、室内装置形：如音箱、插座、充电器、灯具、画框。把微型摄像机巧妙地置于这些物品这内，从而达到监视家中环境，保护家中人身财产安全的目的。

2、个人饰品形：手表、眼镜、领带、火机、胸卡。把摄像机做成饰品形状，可以方便地进行暗访、采录。

3、生活用品形：纸巾盒、饮料罐、车钥匙、电灯开关、排插、闹钟、手电。这种形状的摄像机，可以随意放置在准备监视的位置，进行监控。

功能分类

1、普通有线型

2、无线发射型

3、红外夜视型

4、超远距离传输型

应用

关于针孔摄像机，人们往往会将“偷拍”、“暗访”、“取证”这样的词与它联系起来，随之而来的是强烈的不安全感。然而实际上在大多数情况下，针孔摄像机被应用在保护人们的生命、财产和隐私上，而不是起到相反的作用。特殊的微型摄像机还被应用到医学领域，用来对人体器官或动物器官检查。

性能测试

衡量微型摄像头的性能，主要看清晰度、色彩还原性、照度、逆光补偿，其次要看其微型摄像头失真、耗电量、最低工作电压。

调整到最低工作电压，使用万用表测量电流，使用小稳压器调节电压，计算耗电量。

1、清晰度的测量。多个微型摄像机进行测试时，应使用相同镜头，（推荐使作定焦、二可变镜头），以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准，清晰准确的数出已给的刻度线共 10 组垂直线和 10 组水平线。分别代表着垂直清晰度和水平清晰度，并相应的一组已给出了线数。如垂直 350 线水平 800 线，此时最好用黑白监视器。测试时可在远景物聚焦，也可边测边聚焦。最好能两者兼用，可看出此摄像机的差异（对远近会聚）。

2、微型摄像机彩色还原性的测试。测试此参数应选好的彩色监视器。首先远距离观察人物、服饰，看有无颜色失真，拿色彩鲜明的物体对比，看微型摄像机反应灵敏度，拿彩色画册放在微型摄像机前，看画面勾勒得清晰程度，过淡或过浓，再次应对运动的彩色物体进行摄像，看有无彩色拖尾、延滞、模糊等。测试条件如此摄像最代照度在 50V 时应在 50+10V 照度情况下测量，即每微型摄像机最代照度基础上加十伏，且光圈应保持最接近状态。

3、照度。将微型摄像机置于暗室，暗室前后为有源 220V 自炽灯，处设调压器，以调压器调节电压高代来调节暗室内灯的明暗，电压可以从 0V 调到 250V 。室内光照也可从最暗调至最明，测试时把摄像机光圈均开至最大时记录下一个最低照度值（把有源灯用调压器调暗至看不清暗室内置画面）再把光圈打至最小再记录下一个最低照度值，也可前后灯分别调压明灭。

4、微型摄像机逆光补偿。测试此参数有两种方法：一种是在暗室内，把摄像机前侧调压灯打开，调至最亮时，然后在灯的下方放置一图画或文字，把微型摄像机迎光摄像，看图像和文字能否看清，画面刺不刺眼，并调节 AL、AX拔档开关，看有无变化，哪种效果最好。另一种是在阳光充足的情况下把摄像机向窗外照，此时看图像和文字能否看清楚。

5、微型摄像机失真。看微型摄像机失真把测试卡置于摄像机前端使整个球体出现在屏幕上，看圆球形有无椭圆，把摄像机前移，看圆中心有无放大，再远距离测试边、角、框有无弧形失真等。

6 、微型摄像机耗电量。最低工作电压，使用万用表测量电流，使用小稳压器调节电压看。

结构组件

从摄像头的工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件：

镜头（LENS）

透镜结构，由几片透镜组成,有塑胶透镜（plastic）或玻璃透镜（glass）

图像传感器（SENSOR）

可以分为两类：

CCD（charge couple device）：电荷耦合器件

CMOS（complementary metal oxide semiconductor）：互补金属氧化物半导体

数字信号处理芯片（DSP）

DSP生产厂商较多，市面上较为流行的有： VIMICRO（中星微）301P/L、SONIX（松瀚）102/120/128、ST（罗技LOGITECH的DSP提供商）、SUNPLUS（SUN+重点发展单芯片的CIF和VGA，但图像质量一般）、PIXART（原相）PAC207单芯片CIF、SQ（倚强）SQ930C等。

电源

摄像头内部需要两种工作电压：3.3V和2.5V，最新工艺芯片有用到1.8V。

也有部分摄像头采用视频传输线同步供电，不必外接电源线。

工作原理

摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。

产品调试

在图像处理的嵌入式系统中，由于涉及机器视觉的处理分析，使得对图像生成工具摄像头的调试变得比较麻烦。

机器视觉简介

机器视觉就是用机器代替人眼来对外部环境进行感知并做出测量和判断。通过成像器件（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

在一些对系统实时动作要求比较高的系统中，人的反应速度和信息处理能力是无法满足要求的，而机器视觉易于实现信息集成，和计算机控制系统相结合，可以提高系统的自动化程度。

摄像头调试目的

在嵌入式系统中摄像头调试的目的是使摄像头的机械和电气参数在满足系统要求下能产生质量最高的图像数据。一个涉及硬件和软件的成像系统，成像的质量好坏往往受到来自外界干扰和自身限制的很多因素的影响，这些影响会产生噪声和成像不均匀。

来自软件层面的因素往往是算法的问题，这个层面的问题可以通过理论分析的数学计算解决，来自硬件层面的因素则而要用仪器进行调试，通过实验测量分析才能解决，由于硬件处理系统底层，所以硬件的质量会直接影响软件的质量，从而影响最终成像质量。对摄像头进行调试就是要从硬件层面上尽量消除干扰。

摄像头调试方法

由于嵌入式系统是一个比较广的概念，所以本文以HCS12作为主控芯片的摄像头组小车调试为例对调试方法进行介绍。

（一）外部搭设电路连线CRT显示器

从模拟摄像头上引出电源、地、信号三根引线，对摄像头供电，再将视频信号线接到电视盒视频输入接口。电视盒的VGA-OUT接至CRT显示器，从而实现CRT对经数字化的摄像头视觉进行显示。 此种方法为完全硬件层面显示，提供和人眼视觉完全一样的显示效果，对摄像头安装和自身物理参数校正具有显著帮助。

（二）片外扩展LCD液晶

HCS12系列MCU中含有串行外设接口SPI（Serial Peripheral Interface），能实现MCU之间的数据传输，且其速度比通过串行异步通信（SCI）方式快。SPI模块也支持MCU也外围设备间的双向、同步、串行通信，实现MCU的外设扩展。

市场上诺基亚3310液晶价格低廉，成像基于二值点阵，显示模块为48*84个点列，对相关信息显示表现为对相应点写入数据使其呈现不同颜色。

1．显示字符在系统运行时以字符形式提示系统相关运行参数。每个字符占用点列8*6，需要6字节数据，完成字符显示只需在编程对指定位写入相应数据。由于该液晶模块本身不带有字库，所以在程序开始时要先定义ASCⅡ表字符的液晶显示点阵数据，即一个大小为N*6字节的二维数组。

2．显示图片模拟摄像头采集的视频信号经过MCU的A/D数字化后，信息存储在一个40*70的二维数组中，再将数组二值化，便能在48*84分辨率的液晶模块中显示，使开发者实时对摄像头机器视觉进行观测。

此种方法为硬件和软件相结合的显示方法，能实时跟踪显示摄像头相关信息，显示时不会打断系统运行流程。

（三）自写串口通讯上位机软件

利用MCU的SCI模块发送图片数据至PC机，上位机利用MSCOMM控件编程对通讯数据进行读取。读取数据后，便能利用windows程序强大的数据处理能力和图片显示能力对图片数据处理，如：根据数据对图片进行重绘，对数组滤波分析并显示滤波效果，将接收数组以文件形式导出为计算机仿真提供数据来源。

此种方法为完全软件显示法，只而要从MCU收到数据，便能在PC机上实现一系列处理，对检验图形变换效果、滤波分析优劣以及数据仿真思想都有着其它方法无法比拟的优势。

调试方法比较

1．CRT调视法。通过接入摄像头视频信号，CRT能高保真显示机器视觉。但只能局限于对摄像头参数测试和摄像头机械位置调整，对高级点的数字信号就无能为力了。

2．LCD调试法。直接接在单片机SPI口上进行数据传输，能实时刷新显示图片，此模块可以直接搭载在系统上，实时显示系统相关信息。但由于模块分辨率限制，只能显示黑白二值，造成数字图片失真。

3．串口调试法。能充分利用PC机强大的数据处理和图片显示功能，能实现数字图片高精度像素点显示，并导出灰度数值表，为VC，MATLAB仿真提供现场数据。但PC和MCU间数据传输速度太慢，缺乏实时性。

安全问题整治

近年来，随着信息网络的快速发展和日益普及，摄像头在人民群众日常工作、生活中被广泛应用。受经济利益驱动，利用摄像头安全漏洞侵害公民个人隐私的活动呈快速增长趋势，并形成地下产业链，严重危害网络安全。记者从工业和信息化部了解到，工业和信息化部网络安全管理局组织各地通信管理局、基础电信企业、专业机构及视频监控云平台、摄像头生产企业等，于6月至8月在全国范围开展摄像头网络安全集中整治。

无论是在公共场合还是私人空间，人们安装摄像头的初衷都是为了安全或者便利，除了商家、公共场所安装摄像头用于安全监控外，不少居民也选择在家中安装摄像头便于观察家中动向。这些摄像头在给公众提供安全、便利之余，也被部分不法分子盯上。他们利用破解、改装等手段，将这些摄像头甚至智能手机、手环改造成偷拍设备，甚至将家用摄像头的破解“教程”在网络上公开售卖。这种行为严重侵犯公民个人隐私，也给公众带来较大担忧和困扰。

记者在采访过程中发现，大多数用户对摄像头的安全意识不高。用户在选购摄像头的时候，只会从外观上看好不好看，并不去了解网络安全性，而且很多用户把摄像头买回来就直接用弱口令或者默认密码直接使用，这些都会给不法分子留下可乘之机。

“目前不法分子攻击网络摄像头的方式主要通过摄像头终端、手机端摄像头应用和云端数据信息窃取。”专家表示，摄像头产品质量瑕疵、云端安全防护脆弱、应用端使用弱口令等都可能导致网络摄像头泄露隐私。

工业和信息化部相关负责人介绍，本次摄像头网络安全集中整治工作将通过加大联网摄像头安全威胁监测处置力度、开展视频监控云平台网络和数据安全专项检查、规范摄像头生产企业产品安全漏洞管理等措施，消除摄像头网络安全隐患，保障网络安全，维护公民在网络空间的合法权益。下一步，工业和信息化部网络安全管理局将加强部省协同，组织各单位坚持标本兼治、综合施策，狠抓任务落实，确保集中整治工作取得实效。