Глубокое понимание основных знаний Камеры (1)

1Введение.
Аппаратный слой камеры, как нижний слой всей рамы, получает реальные эффекты света и тени из объективного мира через аппаратный модуль,преобразует их в цифровые сигналы, известные компьютеру.Отличные данные изображения, вся часть сложна и эффективна.Можно сказать, что отличный аппаратный фундамент похож на фундамент для всей камеры. Наличие хорошего фундамента позволяет построить небоскреб. Далее, давайте займемся деталями. Давайте представим основную ситуацию каждого компонента в этой части.

2. Основная аппаратная структура
Сегодняшние аппаратные системы камер сложны, но если внимательно изучить, то вы обнаружите, что основными компонентами являются на самом деле только объектив, фоторецептор и процессор изображения.Линза используется для фокусировки света, а светочувствительный прибор используется для фотоэлектрического преобразования. Далее, мы начнем исследовать мир систем камер с этими тремя компонентами.

1. Линза
Передвинем время вперёд и вернемся в наши дни в начальной школе. Тогда учительница дала нам домашнее задание.Задача состояла в том, чтобы сделать простую модель изображения маленьких дырЭта простая модель была мне наиболее знакома, самая оригинальная и простая система визуализации, но у меня всегда был вопрос, почему изображение так размыто.Этот вопрос был решен только после того, как я вступил в контакт с настоящей камерой.Оказывается, все происходит из-за света.

Согласно принципу изображения маленьких дыр, один конец маленькой дыры - источник света, а другой конец - плоскость изображения.Свет проходит через маленькое отверстие и наступает на самолетБесчисленные лучи света падают на эту плоскость, образуя изображение источника света. , то есть, свет распространяется по дивергентному пути.Определенный луч света, излучаемый из определенной точки источника света, достигнет определенной точки плоскости изображения после прохождения через маленькое отверстиеЕще один луч света излучается из точки, образуя таким образом интерференцию света,что, в свою очередь, влияет на конечный эффект изображенияПоэтому, чтобы улучшить эту проблему, была изобретена линза. На самом деле, линза - это выпуклая линза, с которой мы контактируем в повседневной жизни.Его основной целью является решение проблемы взаимного помехи светаЕго принцип заключается в том, чтобы использовать принцип преломления выпуклой линзы, чтобы отклонить свет от одной и той же точки. Здесь точка конвергенции представляет собой точку изображения источника света за линзой.Поскольку точка источника света продолжает менятьсяТочка, которая затем сходится, называется фокусом линзы.и расстояние от фокуса до центра линзы называется фокусным расстояниемПосле того, как линза сделана, фокусное расстояние определяется.

2- Окна с диафрагмой.
Для готовой линзы диаметр линзы не может регулироваться по своему усмотрению, поэтому к ней добавляется компонент, называемый диафрагмой.Этот компонент, как правило, использует регулярный полигон или круглый отверстий в форме решеткиЛенза управляется путем регулирования размера открытия и закрытия решетки.Недостаточно полагаться только на диафрагму, чтобы контролировать общее количество света, входящего.Необходим еще один компонент, называемый затвора, который в основном определяет длительность экспозиции.Со временем, заслона теперь получила несколько методов реализации, включая механический заслон,которая представляет собой конструкцию затвора, которая использует только пружины или другие механические конструкции и не зависит от электричества для привода и управления скоростью. Электронная затвора, структура затвора управляется электрическим приводом через двигатель и магнит.Он имеет высокую скорость затвора и быструю частоту захвата удара, но недостатком является то, что он склонен подчеркивать цветение.

Апертура управляет мгновенным количеством света, и затвора управляет временем экспозиции.достигнута цель контроля количества входящего света, тем самым еще более точно воспроизводить эффекты света и тени сцены, и избежать переоблучения, что значительно улучшило общее качество изображения.

3Мотор фокусировки.
Как упоминалось ранее, падающие лучи света после прохождения через линзу сходятся в конусообразном пути до точки, которая называется точкой изображения, а затем расходятся в конусообразном виде.Все световые лучи, испускаемые с одного и того же расстояния, будут сходиться на свои точки, когда точка изображения находится на точке изображения., плоскость, состоящая из точек изображения, образуется, и эта плоскость обычно называется плоскостью изображения.Изображение ясное на самолете.Суть сегодняшнего фокусировки заключается в том, чтобы переместить объектив так, что плоскость изображения совпадает с плоскостью светочувствительного устройства, тем самым формируя четкое изображение на светочувствительном устройстве.В общем, фокусировку можно достичь, вручную перемещая линзу, но в более общем случае это достигается при помощи устройства, называемого двигателем фокусировки.В дополнение к ручной регулировке объектива для завершения операции фокусировки, более распространенным методом сейчас является автоматическое перемещение объектива для завершения операции фокусировки.Сегодняшний фокус разработал автоматическую стратегию фокусировки.Основной принцип заключается в регулировании объектива вперед и назад, чтобы плоскость изображения совпадала с светочувствительной плоскостью фоторецептора.тем самым формируя четкий эффект изображенияКроме того, для более сложных камерных систем, для получения лучшего качества изображения, для этого обычно используются комбинации нескольких линз.может быть устранено хроматическое отклонение, а во-вторых, расстояние между объективами может регулироваться через двигатель для динамической модификации всего фокусного расстояния группы объективов, что может удовлетворить потребности в изображении более сложных сцен.

d) Фоторецептор (сенсор)
Как упоминалось ранее, функция линзы состоит в том, чтобы собирать свет, чтобы сформировать плоскость изображения, но как преобразовать эту так называемую плоскость изображения в информацию об изображении, известную компьютерам?Это требует использования фоторецептора здесьФоторецептор не является изобретением современного общества. На самом деле, эта концепция существовала в Европе еще в начале 19 века.Француз по имени Нипче использовал асфальт для добавления масла лаванды, и используя свинцово-цинковую сплавную пластину в качестве основы фильма, он снял сцену за окном, увиденную с верхнего этажа своего дома, фотографию под названием "Гнездо голубей",А асфальт здесь смешанный с маслом лаванды это простой светочувствительный материалВ 1888 году американская компания Kodak выпустила новый тип светочувствительного материала, мягкую и переворачиваемую пленку.Это был качественный скачок в фоточувствительных материалах.. , затем в 1969 году в Bell Labs было изобретено цифровое светочувствительное устройство CCD, которое выдвинуло всю светочувствительную технологию в цифровую эру.которые способствовали массовому производствуПоскольку технология CMOS продолжает развиваться, мы можем использовать ее, чтобы уменьшить размеры систем визуализации.Он постепенно заменил CCD со своими очевидными преимуществами и стал основным светочувствительным устройством в системах камер.

4. инфракрасный фильтр
Из-за характеристик фоточувствительного материала он будет воспринимать свет в диапазоне волн видимого света, например, часть инфракрасного света.Поскольку эта часть инфракрасного света невидима, это не имеет практической пользы для нас (конечно, это не абсолютно, в некоторых случаях необходимо собирать инфракрасный свет информации (например, камеры ночного видения),и это может помешать последующей обработке ISP, поэтому часто необходимо использовать фильтр для фильтрации инфракрасного света, избегать помех инфракрасного света и корректировать входящий свет.Фильтры, как правило, делятся на интерференц-тип IR/AR-CUT (покрытые микросхемой низкопроходного фильтра), используя принцип разрушительности интерференций) и стекло абсорбционного типа (используя принцип спектрального абсорбции).

5Флэш.
Для некоторых особых сцен, таких как съемки в темной среде, из-за отсутствия света не могут быть выполнены достаточное количество операций фоточувствительности.для получения нормальных нужд стрельбыДля мобильных телефонов они в основном делятся на два типа:ксеноновые лампы и светодиодные лампыПоскольку светодиодные флеш-лампы обладают преимуществами более низкого энергопотребления и меньшего размера, они являются основным выбором для флеш-ламп для мобильных телефонов.Многие мобильные телефоны теперь используют двухцветную стратегию флэшаДвухцветная вспышка может регулировать интенсивность двух огней в соответствии с потребностями окружающей среды, что может более близко приблизиться к эффекту естественного света.По сравнению с одной вспышкой, интенсивность улучшается, а цветовая температура также выше, чем у обычной двойной вспышки.

6Процессор изображения (ISP)
Как только светочувствительный прибор завершит фотоэлектрическое преобразование, данные будут переданы процессору изображения.Что такое шум темного токаДля CCD/CMOS не все из них обычно используются для светочувствительности.Некоторые из них специально блокируются и используются для сбора темного тока, когда нет светочувствительности.Таким образом, удаляется шум, вызванный темным током.

Из-за различных свойств индекса преломления линзы, по мере медленного увеличения поля зрения, наклонный луч, который может пройти через линзу, постепенно уменьшается,в результате большей яркости в центре изображения, чем на краю. Это явление происходит в оптике. Это называется виньеттированием в системе. Очевидно, что эта разница сделает изображение неестественным, поэтому ISP должен исправить это отклонение следующим.Коррекционный алгоритм - коррекция тени линзы. Конкретный принцип заключается в том, чтобы сделать яркость равномерной в середине изображения. Принимая площадь в качестве центра, вычислить скорость затемнения изображения из-за ослабления в каждой точке,таким образом, рассчитывая коэффициенты компенсации трех каналов RGB, и исправить изображение на основе этих компенсационных факторов.

Впоследствии, поскольку светочувствительный прибор использует три основных цвета красного, зеленого и синего для сбора света, данные, как правило, показывают эффект расположения, похожий на мозаику.Процесс демозаики должен быть завершен.Основной принцип заключается в том, что через определенный алгоритм интерполяции отсутствующий цветовой компонент пикселя угадывается из соседних цветовых компонентов,и истинный цветовой эффект каждого пикселя восстанавливается, тем самым формируя данные изображения с истинным цветом, и формат данных в настоящее время является форматом данных RAW. , то есть, самые оригинальные данные изображения.

Когда фоторецептор выполняет фотоэлектрическое преобразование, каждое звено будет производить определенное отклонение, и это отклонение в конечном итоге будет выражено в виде шума.Необходимо провести определенную обработку снижения шума на этой несущественной информации - шум.В настоящее время в основном используются нелинейные алгоритмы денозирования, такие как двусторонние фильтры.но также рассматривается степень сходства между пикселями, тем самым сохраняя общее разделение блоков оригинального изображения.

После дальнейшего уменьшения шума, интернет-провайдер должен обработать баланс белого изображения.значение компонента RGB необходимо корректировать в соответствии с определенным соотношением, так что в фоторецепторе белое по-прежнему кажется белым. . Баланс белого может использовать ручный баланс белого, который достигает цели баланса белого путем ручного регулирования пропорционального отношения между тремя цветовыми компонентами.используется автоматическая обработка баланса белогоЗдесь, интернет-провайдер отвечает за задачу автоматического баланса белого.и затем эффект изображения регулируется.

После корректировки баланса белого изображения, вам нужно дополнительно скорректировать цветовую ошибку.во время настройки, изображение, захваченное модулем камеры, будет сравниваться со стандартным изображением.ISP использует эту матрицу для коррекции цвета изображения на захваченном изображении, тем самым достигая цели восстановления истинного цвета на сцене съемки.

Ниже приведен краткий список нескольких основных функций процессора изображений.Можно видеть, что обработчик изображений используется для улучшения всего эффекта изображения системы камеры.