Grondig begrip van de basiskennis van Camera (2)

3. Inleiding tot mobiele telefooncamera's

Voeg hier een beschrijving van de afbeelding in

Het camera-systeem van mobiele telefoons kan vanwege de afmetingen en het beperkte energieverbruik niet op een professionele camera lijken.het kan gemakkelijk worden vervangen door een grotere lens en een groter CCD/CMOS lichtgevoelig apparaat kan worden toegevoegdEr is een krachtigere beeldverwerkingsmodule geïntegreerd, zodat de ruimte voor mobiele telefoons niet erg groot is.De grote fabrikanten van mobiele telefoons gebruiken nog steeds beperkte ruimte en batterijduur om het camerasysteem op sommige gebieden vergelijkbaar te maken met professionele camera's.Vervolgens laten we dit camera-systeem kort introduceren dat klein is, maar veel vermogen heeft.

Zoals in de figuur wordt weergegeven, kan het camera-systeem van een mobiele telefoon in twee delen worden verdeeld, waarvan de ene de camera-module is en de andere de beeldverwerker ISP.De camera-module wordt gebruikt voor foto-elektrische conversieHet is de eerste versie van de nieuwe versie van de iPhone, en de beeldprocessor is zoals geïntroduceerd voor het wordt gebruikt voor de beeldverwerking.

1Camera-module
Vanwege afmetingsbeperkingen zijn mobiele telefooncameramodules vaak zeer fijn en compact gemaakt, met voornamelijk lenzen, scherpstellingsmotoren, filters en sensoren.

De lenzen in mobiele telefoons gebruiken over het algemeen een combinatie van meerdere lenzen om chromatische aberratie te elimineren.De meeste materialen zijn een combinatie van glas en plastic.. Plastic lenzen hebben lagere kosten en zijn geschikt voor low-end toepassingen. Voor het camerasysteem in het product heeft glas over het algemeen een hogere beeldkwaliteit,maar de kosten zijn iets hoger dan die van plastic lenzenDe lens heeft voornamelijk de volgende parameters:

FOV, deze parameter geeft het bereik van scènes aan dat kan worden afgebeeld door de lens.maar het kan ernstige vervorming veroorzaken. Post-stadium vervorming correctie algoritmen worden meestal gebruikt om de scène te corrigeren. Corrigeer vervorming veroorzaakt door grote FOV.

De brandpuntsafstand F bepaalt dat het punt waar alle lichtstralen parallel aan de hoofdas van het objectief convergeren, de brandpunt wordt genoemd,en de afstand van de brandpunt naar het midden van de lens is de brandpuntsafstand hierIn het algemeen, hoe groter de brandpuntsafstand, hoe kleiner de FOV van de lens. Hoe korter de brandpuntsafstand, hoe groter de FOV.

De waarde van het diafragma f wordt bepaald door de verhouding tussen de brandpuntsafstand van de lens en de diameter van de werkelijke diafragma.Mobiele telefoonlenzen hebben over het algemeen een vast diafragma van f/2.0.

De volgende is de scherpstellingsmotor, die voornamelijk in mobiele telefoons wordt gebruikt.Het moederbord zendt instructies door de I2C bus om de motor te rijdenOm de lens te verplaatsen en aan te passen om scherpstelling of zoom te bereiken, introduceren we hier kort de voice coil motor.

De stemspiraalmotor wordt in de elektronica een stemspiraalmotor genoemd.Het zit in een permanent magnetisch veld en verandert de gelijkstroom van de spoel in de motorHet controleert de opheffingspositie van de veerblaad en stuwt vervolgens het objectief omhoog en omlaag om scherpstelling of zoom te bereiken.het is een mainstream focus component geworden voor mobiele telefoons.

Op mobiele telefoons is het gebruik van spraak spoelmotoren over het algemeen verdeeld in twee modi, de ene is zoomen en de andere is scherpstellen.

Zoom: de motor past de beweging van een bepaalde lens in de lensgroep aan, waardoor de brandpuntsafstand van de hele lens verandert, waardoor veranderingen in het gezichtsveld optreden,Zo bereikt u het doel van in- en uitzoomen van de scèneDeze methode is wat we vaak optische zoom noemen. Het voordeel van deze zoommethode is dat beelddetails niet verloren gaan tijdens het zoomen.Vanwege het beperkte volumeDaarom gebruiken mobiele telefoonfabrikanten over het algemeen een combinatie van optische en digitale zoommethode om zoomdoeleinden met een hoog bereik te bereiken.

Focus: De stem spoel motor beweegt de hele lens direct heen en weer om het beeld vlak van het object samenvallen met de lichtgevoelige vlak van de fotoreceptor,om zo een helder beeld te verkrijgenDeze methode is het proces van scherpstellen. Het doel is om een duidelijk beeld te krijgen.

Nadat het licht door de lens is gegaan, komt het eerst in het volgende onderdeel - het filter.

Filtering van infraroodstralen: aangezien de fotoreceptor een deel van de onzichtbare infraroodstralen zal detecteren, wat de latere beeldverwerking zal verstoren,een filter is vereist om dit deel van de infraroodstralen te filteren en alleen zichtbaar licht door te laten gaan.

Licht corrigeren: Nadat het licht door de lens is gegaan, is het niet helemaal parallel en verticaal naar de fotoreceptor.Natuurlijk als het niet onderschept wordt., zal het een bepaalde interferentie veroorzaken bij de fotoreceptor,De fysieke polariserende eigenschappen van kwarts houden direct licht vast en reflecteren schuine delen om te voorkomen dat nabijgelegen lichtgevoelige punten worden beïnvloed, waardoor het beeldvormingseffect verder wordt verbeterd.

Na het filteren en corrigeren door het filter heeft het inslaglicht een zekere stabiliteit.het is noodzakelijk om foto-elektrische conversie uit te voeren via de fotoreceptor van het camera-systeem.

Fotoreceptoren op mobiele telefoons zijn voornamelijk CCD en CMOS.CMOS is de belangrijkste fotoreceptor op dit gebied gewordenCMOS op mobiele telefoons gebruikt nog steeds een drielaagse structuur. , microlens/filter/lichtgevoelige laag, is de specifieke definitie als volgt:

De microlenslaag wordt hoofdzakelijk gebruikt om het lichtontvangende gebied van een enkele pixel uit te breiden.

De Bayer-modus die door het filter wordt gebruikt, is vergelijkbaar met de RGB-modus.gebaseerd op de basisregel dat het menselijk oog gevoeliger is voor groen, Bayer De modus benadrukt verder de groene component, waardoor de groene componenten worden gedefinieerd als respectievelijk Gr en Gb om de kleur en helderheid van het beeld beter uit te drukken.

De lichtgevoelige laag wordt gebruikt om fotonen om te zetten in elektronische signalen.en zet ze vervolgens om in digitale signalen via het versterkingscircuit en het analoog-to-elektrische conversiecircuit.

De kern van de lichtgevoelige laag is een lichtgevoelige diode, en elke diode bevat een versterker en een digitaal-analoog conversiecircuit.Hoewel het het lezen tot op zekere hoogte versneltHet kan niet gegarandeerd worden dat het versterkingseffect van elke versterker consistent is.omdat CMOS naast elke diode extra hardware circuits toevoegtDit ontwerp wordt frontverlichting genoemd. Om dit probleem op te lossen, moet je een lichtgevoelige lamp gebruiken.CMOS-fabrikanten hebben een ontwerp met achteruitverlichting ingevoerdDit ontwerp plaatst lichtgevoelige pixels en metalen elektrode transistors aan beide zijden van het lichtgevoelige plaatje, waardoor de pixelwerkcyclus wordt verlengd, de lichtgevoelige efficiëntie wordt verhoogd,vergroot het aantal pixelsHet beeldvormingseffect is aanzienlijk verbeterd.

2Beeldverwerker
Het implementatieproces van de beeldprocessor op de mobiele telefoon is in principe vergelijkbaar met dat van het camera-systeem voor niet-mobiele telefoons.het bevat voornamelijk hardware-modules zoals IFE/BPS/IPE/JPEGDeze zijn respectievelijk verantwoordelijk voor niet-passende beeldverwerkingstaken.

IFE (Image Front End): De gegevensuitvoer van de sensor zal eerst bij de IFE aankomen.en demosaicing statistieken voor voorproef en video 3A gegevensverwerking.

BPS (Bayer Processing Segment): Deze hardware module wordt voornamelijk gebruikt voor het verwijderen van dode pixels, fasefocussen, demosaicing, downsampling,HDR-verwerking en hybride geluidsreductieverwerking van gefotografeerde beeldgegevens door Bayer.

IPE (Image Processing Engine): Deze hardware bestaat voornamelijk uit NPS en PPS en is verantwoordelijk voor beeldverwerkingstaken zoals hardware geluidsreductie (MFNR, MFSR), beeldbewerking,geluidsreductie, kleurenverwerking en detailverbetering.

JPEG: De opslag van foto-gegevens wordt uitgevoerd door deze hardware-module voor jpeg-codering.

In vergelijking met professionele camera's kent het publiek van mobiele telefooncamera's niet veel professionele fotografische kennis.Maar deze groep heeft een kenmerk dat duidelijk verschilt van het publiek voor professionele camera'sHet is overbodig om over draagbaarheid te spreken, mobiele telefooncamera's in hun geheel staan bekend om hun compactheid.maar in termen van speelbaarheid, grote fabrikanten van mobiele telefoons hebben ook grote moeite gedaan en hebben veel strategieën aangenomen om de speelbaarheid van camera's uit te breiden, waaronder multi-shot is een vergelijkend klassiek voorbeeld.

Vroege mobiele telefooncamera's hadden over het algemeen een enkele achtercamera en waren over de hele wereld populair.De ontwikkeling van de tijd en het toenemende aantal jonge gebruikers, werd de vraag naar selfies sterker, en er waren ook technologische doorbraken op dit gebied. Daarom maakten de fabrikanten van mobiele telefoons gebruik van de trend en lanceerden een dual-camera-modus, waarbij een extra camera-module aan de voorzijde van de telefoon werd toegevoegd, vooral voor selfies.Ze hebben ook een schoonheidsalgoritme toegevoegd aan de ISP.Onmiddellijk daarna integreerden mobiele telefoonfabrikanten meerdere modules in mobiele telefoons om aan de fotografische behoeften van meerdere scènes te voldoen.Volgende., zullen we kort het multi-camera systeem introduceren.

De huidige mobiele telefooncamera's maken vaak gebruik van meerdere camera-modules.en dubbelcamerasystemen ontwikkeld om aan specifieke behoeften te voldoenDoor de snelle ontwikkeling van de dual-camera-technologie zijn veel volwassen oplossingen geproduceerd.

Zoals de naam al doet vermoeden, maakt dual-camera technologie gebruik van twee camera modules om afzonderlijk afbeeldingen te maken,en verwerkt ze via specifieke algoritmen om ze te fuseren in één beeld om aan specifieke beeldvormingseisen te voldoenIn het algemeen wordt de huidige oplossing met twee camera's hoofdzakelijk gebruikt om achtergrondwazigheid te bereiken, de beeldkwaliteit onder donker licht/nachtscèneomstandigheden te verbeteren en optische zoom te vergroten.Een korte inleiding:

a) achtergrondwazigheid (RGB + RGB)
Om dit doel te bereiken worden voornamelijk twee RGB-cameramodules gebruikt om tegelijkertijd de scène af te beelden.Gebaseerd op deze reeks gegevens, de voorgrond en de achtergrond worden gescheiden, en vervolgens door het waas algoritme richt zich op achtergrondwaas verwerking en creëert uiteindelijk een waas achtergrond beeldvorming effect.Het is de moeite waard op te merken dat vanwege de beperking van het principe van triangulatie, moeten de twee camera-modules worden gekalibreerd zodat de beeldvlakken van beide op hetzelfde vlak liggen en de pixels zijn uitgelijnd.

b) Versterking van donker licht (RGB + MONO)

In een donkere omgeving is het opname-effect vaak onbevredigend, dus mobiele telefoonfabrikanten gebruiken een RGB- en een zwart-witcameramodule (MONO) om het effect van het donkere licht te verbeteren.Het specifieke principe is dat omdat de zwart-wit camera module is er geen Bayer filterIn combinatie met de kleurencomponent van de RGB-cameramodule kan dit beter gegarandeerd worden.Met betrekking tot de beeldkwaliteit bij donker licht, aangezien de afbeelding van de twee camera-modules ook moet worden samengevoegd, is nog steeds een kalibratieoperatie vereist zodat de twee camera-modules de pixel-uitlijning kunnen behouden.

c) Optische zoom (breedhoek + telefoto)

Optische zoom, zoals eerder geïntroduceerd, kan het doel van zoomen bereiken door de brandpuntsafstand van een enkele lens in de scherpmotor aan te passen.het is vaak onmogelijk om een groter zoombereik te verkrijgen van een enkele camera moduleDaarom hebben de fabrikanten van mobiele telefoons voorgesteld om twee camera-modules met verschillende brandpuntsafstanden (wide-angle en tele) te gebruiken om gezamenlijk het doel van optische zoom te bereiken.Het principe is om de groothoekmodule te gebruiken om een breed scala aan scènes te presenteren.Voor afgelegen scènes kunnen moduleschakelen en uitstekende fusie-algoritmen relatief soepele zoomoperaties bereiken bij het maken van foto's.

Uit de bovenstaande inleiding kunnen we zien dat een camerasysteem bestaat uit een lens, een diafragma sluiter, een fotoreceptor en een beeldprocessor.scherpstelmotorenDe camera's worden geleidelijk toegevoegd tijdens het ontwikkelingsproces, maar om het camera-systeem in de mobiele telefoon te integreren, zijn bepaalde hardware-afmetingen onvermijdelijk.Bijvoorbeeld:, wordt het diafragma vaak verlaten in de verstelbare vorm en neemt een vaste diafragma aan.de fotoreceptoren van mobiele telefoons worden voornamelijk CMOS gebruiktDe concentratie van de scherpstelling van de scherpstellingsmotor wordt ook verkleind door de volumebeperkingen.door de voortdurende ontwikkeling van beeldverwerkingschips en de voortdurende optimalisatie van algoritmen in de afgelopen jaren, mobiele telefooncamera's zijn eigenlijk geleidelijk de kloof met professionele camera's verkleinen. Ik geloof dat in de nabije toekomst,De beeldeffecten van mobiele camera's zullen volledig vergelijkbaar zijn met professionele camera's..