Глубокое понимание основных знаний Камеры (2)

3. Введение в камеры мобильных телефонов

Вставьте описание изображения здесь

Для системы камер на мобильных телефонах, из-за ограничений размера и потребления энергии, она не может быть похожа на профессиональную камеру.его можно легко заменить на более крупную линзу и добавить более крупное светочувствительное устройство CCD/CMOSВ него был включен более мощный модуль обработки изображений, поэтому место для мобильных телефонов не очень большое.Крупные производители мобильных телефонов по-прежнему используют ограниченное пространство и время автономной работы, чтобы сделать систему камер сравнимой с профессиональными камерами в некоторых областях.Далее, давайте вкратце представить эту камеру, которая имеет небольшие размеры, но большую мощность.

Как показано на рисунке, камера системы мобильного телефона может быть разделена на две части, одна из которых - модуль камеры, а другая - обработчик изображений ISP.Модуль камеры используется для фотоэлектрической конверсии, и обработчик изображений, как представлено ранее Он используется для обработки изображений.

1Модуль камеры
Из-за ограничений размера модули камер мобильных телефонов часто изготавливаются очень деликатными и компактными, которые в основном включают объективы, двигатели фокусировки, фильтры и датчики.

Очки в мобильных телефонах обычно используют комбинацию нескольких линз для устранения хроматической аберрации.Большинство материалов состоит из стекла и пластика.Пластиковые линзы имеют более низкие затраты и подходят для низкокачественных приложений.но стоимость немного выше, чем у пластиковых линзВ то же время линза имеет в основном следующие параметры:

Поле зрения FOV, этот параметр указывает на диапазон сцен, которые могут быть изображены через объектив.но это может вызвать серьезное искажениеДля коррекции сцены обычно используются алгоритмы коррекции искажений после стадии.

Фокусное расстояние F устанавливает, что точка, где все световые лучи, параллельные главной оси объектива, сходятся, называется фокусом,и расстояние от фокуса до центра объектива - это фокусное расстояние здесьКак правило, чем больше фокусное расстояние, тем меньше фокусное расстояние объектива.

Значение диафрагмы f определяется отношением фокусного расстояния линзы к диаметру фактической диафрагмы.Очки для мобильных телефонов обычно имеют фиксированную диафрагму f/2.0.

Для облегчения настройки объектива, обычно вся линза интегрируется в моторный модуль.Материнская плата передает инструкции через шину I2C для управления моторомДля перемещения и регулировки объектива для достижения фокусировки или увеличения, здесь мы кратко представляем двигатель голосовой катушки.

Мотор голосовой катушки в электронике называют голосовой катушкой, потому что его принцип выполнения похож на динамик.Он находится внутри постоянного магнитного поля и меняет постоянный ток катушки в двигателеОн контролирует положение подъема пружины, а затем движет объективом вверх и вниз, чтобы достичь фокусировки или увеличения.Он стал основным компонентом для мобильных телефонов..

На мобильных телефонах использование голосовых катушек-моторов обычно делится на два режима, один - увеличение, а другой - фокусировка.

Увеличение: двигатель регулирует движение определенного объектива в группе объектива, тем самым изменяя фокусное расстояние всего объектива, вызывая изменения в поле зрения,тем самым достигая цели увеличения и удаления сценыЭтот метод часто называют оптическим зумом. Преимущество этого метода зума заключается в том, что детали изображения не будут потеряны во время процесса увеличения. Однако, недостаток также очевиден.Из-за ограничения объемаТаким образом, производители мобильных телефонов обычно используют комбинацию оптического и цифрового зума. метод для достижения целей высокого масштаба зума.

Фокус: двигатель голосовой катушки непосредственно перемещает всю линзу туда-обратно, чтобы плоскость изображения объекта совпадала с светочувствительной плоскостью фоторецептора,тем самым получая четкое изображениеЭтот метод - процесс фокусировки. Цель состоит в том, чтобы получить четкое изображение.

После того, как свет проходит через линзу, он сначала попадает в следующий компонент - фильтр.

Фильтрация инфракрасных лучей: Поскольку фоторецептор будет воспринимать часть невидимых инфракрасных лучей, что будет мешать последующей обработке изображения,фильтр необходим для фильтрации этой части инфракрасных лучей и только для пропуска видимого света.

Коррекция света: после того, как свет проходит через линзу, он не полностью параллелен и вертикален к фоторецептору.Очевидно, если его не перехватили., это вызовет определенные помехи фоторецептору,Физические поляризационные свойства кварца удерживают прямой свет и отражают наклонные части, чтобы избежать воздействия на близлежащие светочувствительные точки, дальнейшее улучшение эффекта визуализации.

После фильтрации и коррекции фильтром падающий свет имеет определенную стабильность.необходимо выполнять фотоэлектрическое преобразование через фоторецептор ядра системы камеры..

Фоторецепторы на мобильных телефонах в основном включают CCD и CMOS. Однако из-за их высокой стоимости и больших размеров CCD не часто используется в мобильных телефонах.CMOS стал основным фоторецептором в этой областиCMOS на мобильных телефонах по-прежнему использует трехслойную структуру. , микролинзы/фильтр/фоточувствительный слой, конкретное определение:

Склад микролинз в основном используется для расширения светоприемной области одного пикселя.

Режим Bayer, используемый фильтром, похож на режим RGB. Он использует RGB цветовые компоненты для измерения серого значения трех каналов каждого пикселя.основываясь на основном правиле, что человеческий глаз более чувствителен к зеленому, Bayer Режим дополнительно подчеркивает зеленую составляющую, таким образом, определяя зеленую составляющую как Gr и Gb соответственно, чтобы лучше выразить цвет и яркость изображения.

Фоточувствительный слой используется для преобразования фотонов в электронные сигналы,и затем преобразовывать их в цифровые сигналы через схему усиления и аналогово-электрической конверсии.

Ядром светочувствительного слоя является светочувствительный диод, и каждый диод содержит усилитель и цифрово-аналоговую схему преобразования.Хотя это немного ускоряет чтение., он не может гарантировать, что эффект усиления каждого усилителя является последовательным, поэтому эта конструкция принесет возможный шум.поскольку CMOS добавляет дополнительные аппаратные схемы рядом с каждым диодом, это неизбежно уменьшит светочувствительную область, поэтому эта конструкция повлияет на общий светочувствительный эффект. Эта конструкция называется фронтальной. Чтобы решить эту проблему,Производители CMOS представили дизайн с обратным освещениемЭта конструкция размещает светочувствительные пиксели и металлические электродные транзисторы по обе стороны светочувствительного листа, что увеличивает рабочий цикл пикселей, повышает эффективность светочувствительного процесса,увеличивает количество пикселей, и улучшает соотношение сигнал-шум.

2. Обработчик изображений
Процесс внедрения процессора изображения в мобильный телефон в основном аналогичен процессу внедрения системы камеры для немобильных телефонов.в основном включает в себя аппаратные модули, такие как IFE/BPS/IPE/JPEGОни отвечают соответственно за задачи обработки изображений без прохождения.

IFE (Image Front End): вывод данных датчиком сначала прибывает в IFE. Этот аппаратный модуль будет выполнять некоторую коррекцию цвета, снижение выборки,и демозаикационная статистика для предварительного просмотра и обработки данных видео 3A.

BPS (Bayer Processing Segment): Этот аппаратный модуль в основном используется для удаления мертвых пикселей, фазового фокусирования, демозайки, снижения выборки,Обработка HDR и гибридная обработка Bayer для уменьшения шума фотографированных изображений.

IPE (Image Processing Engine): это оборудование состоит в основном из NPS и PPS и отвечает за задачи обработки изображений, такие как снижение шума оборудования (MFNR, MFSR), обрезка изображений,уменьшение шума, обработка цвета и улучшение деталей.

JPEG: Хранение фотоданных выполняется этим аппаратным модулем для кодирования jpeg.

По сравнению с профессиональными камерами, аудитория для камер мобильных телефонов не знает много профессиональных фотографических знаний,но эта группа имеет характеристику, которая, очевидно, отличается от аудитории для профессиональных камер, то есть они уделяют больше внимания переносимости и воспроизводимости камеры.но с точки зрения игровой способности, крупнейшие производители мобильных телефонов также приложили большие усилия и приняли много стратегий для расширения игровой способности камер, среди которых многозаметность является классическим примером сравнения.

Ранние камеры мобильных телефонов, как правило, имели одну заднюю камеру и были популярны во всем мире.С развитием времени и увеличением числа молодых пользователей, спрос на селфи стал сильнее, и были также прорывы в технологии в этой области. Поэтому производители мобильных телефонов воспользовались этой тенденцией и запустили режим двойной камеры, добавив дополнительный модуль камеры в переднюю часть телефона, в основном для селфи.Они также инновационно добавили алгоритм красоты в интернет-провайдерВскоре после этого производители мобильных телефонов интегрировали несколько модулей в мобильные телефоны, чтобы удовлетворить потребности в фотографиях из нескольких сцен.Следующий., мы кратко представим систему с несколькими камерами.

Сегодняшние камеры мобильных телефонов часто используют несколько модулей камеры. Существуют специализированные макромодули для съемки миниатюрных пейзажей, широкоугольные модули для съемки широкоугольных сцен,и системы с двумя камерами, разработанные для удовлетворения конкретных потребностейВ связи с быстрым развитием технологии двойной камеры было создано множество зрелых решений.

Как следует из названия, технология двойной камеры использует два модуля камеры для изображения отдельно,и обрабатывает их с помощью специальных алгоритмов, чтобы объединить их в одно изображение для удовлетворения конкретных требований к изображениюВ целом, текущее решение с двумя камерами в основном используется для достижения размытия фона, улучшения качества изображения при темном свете / условиях ночной сцены и оптического зума.Ниже приведено краткое введение:

a) Размытый фон (RGB + RGB)
Для достижения этой цели в основном используются два модуля RGB-камеры для одновременного изображения сцены.Основываясь на данной серии данных, передний и задний план отделяются, а затем через алгоритм размывания нацелены на обработку размытия фона и в конечном итоге создает эффект размытого фонового изображения.Стоит отметить, что из-за ограничения принципа триангуляции, два модуля камеры должны быть калиброваны таким образом, чтобы плоскости изображения обоих находились на одной плоскости и пиксели были выровнены.

b) Улучшение темного света (RGB + MONO)

В более темной среде эффект съемки часто неудовлетворителен, поэтому производители мобильных телефонов используют RGB и черно-белый модуль камеры (MONO) для улучшения эффекта съемки темного света.Конкретный принцип заключается в том, что из-за черно-белого модуля камеры нет фильтра Bayer.В сочетании с цветовой составляющей модуля RGB-камеры это может быть лучше гарантировано.Качество изображения при темном свете, поскольку изображение двух модулей камеры также должно быть слияно, все еще требуется калибровка, чтобы два модуля камеры могли поддерживать выравнивание пикселей.

в) оптический зум (широкоугольный + телефото)

Оптический зум, как был представлен ранее, может достичь цели зума путем регулирования фокусного расстояния одного объектива в фокусном моторе.часто невозможно получить больший диапазон увеличения с одного модуля камерыПоэтому производители мобильных телефонов предложили использовать два модуля камеры с разными фокусными расстояниями (широкоугольный и телефото) для совместного достижения цели оптического зума.Принцип заключается в использовании широкоугольного модуля для представления широкого спектра сценДля удаленных сцен переключение модулей и отличные алгоритмы слияния обеспечивают относительно плавные операции зума при съемке.

Из приведенного выше введения мы видим, что система камеры состоит из объектива, затвора диафрагмы, фоторецептора и процессора изображения.двигатели фокусировкиВ то же время, чтобы встроить систему камеры в мобильный телефон, определенные аппаратные сокращения неизбежны.Например,, диафрагма часто отказывается от регулируемой формы и принимает фиксированную диафрагму.основные фоторецепторы на мобильных телефонах в основном используется CMOSНо даже если аппаратное обеспечение подвергается значительным ограничениям,через постоянное развитие чипов обработки изображений и постоянную оптимизацию алгоритмов в последние годыЯ считаю, что в ближайшем будущемэффекты изображения камер мобильных телефонов будут полностью сопоставимы с профессиональными камерами.