Compreensão aprofundada dos pontos de conhecimento básicos da Camera (1)

1Introdução
A camada de hardware da câmera, como a camada inferior de toda a estrutura, recebe os efeitos reais de luz e sombra do mundo objetivo através do módulo de hardware,Converte-os em sinais digitais conhecidos pelo computador, e fornece continuamente efeitos estáveis e de imagem de acordo com um determinado formato de dados.Pode-se dizer que uma excelente base de hardware é como a base para todo o quadro da câmera. Ter uma boa base torna possível construir um arranha-céu. Em seguida, vamos entrar em detalhes.

2Estrutura básica de hardware
Os sistemas de hardware das câmeras de hoje são complicados, mas se você estudar atentamente, descobrirá que os componentes principais são na verdade nada mais do que a lente, o fotorreceptor e o processador de imagem.A lente é usada para focar a luz, e o dispositivo fotossensível é utilizado para a conversão fotoelétrica. Em seguida, vamos começar a explorar o mundo dos sistemas de câmera com estes três componentes.

1Lente
Mova o toque do tempo para a frente e vamos voltar aos nossos respectivos dias de escola primária. Naquele momento, o professor nos atribuiu uma tarefa de casa.A tarefa era fazer um modelo simples de imagem de buracos pequenosEste modelo simples era o mais familiar para mim, o sistema de imagem original e mais simples, mas essa é uma pergunta que sempre tive, por que a imagem é tão turva.Esta questão só foi resolvida depois de eu ter entrado em contacto com uma câmara de verdade.Acontece que tudo é causado pela luz.

De acordo com o princípio da imagem de buracos pequenos, uma extremidade do buraco pequeno é a fonte de luz, e a outra extremidade é o plano de imagem.A luz passa através do pequeno buraco e é incidente no aviãoInumeráveis raios de luz são incidentes neste plano, formando uma imagem da fonte de luz, mas há um problema. , isto é, a luz se espalha de acordo com o caminho divergente.Um certo feixe de luz emitido a partir de um certo ponto da fonte de luz vai chegar a um certo ponto do plano de imagem depois de passar pelo pequeno buracoEste ponto também recebe luz de outra fonte de luz, um outro feixe de luz é emitido do ponto, formando assim interferência de luz.que por sua vez afeta o efeito de imagem finalPortanto, para melhorar este problema, a lente foi inventada. Na verdade, a lente é uma lente convexa com a qual entramos em contato na vida diária.O seu objectivo fundamental é resolver o problema da interferência mútua da luzO seu princípio é usar o princípio de refração da lente convexa para desviar a luz do mesmo ponto. O ponto de reconvergência aqui é o ponto de imagem do ponto da fonte de luz atrás da lente.À medida que o ponto da fonte de luz continua a mudar, seu ponto de imagem mudará de acordo, então muitas vezes passamos a luz de uma distância infinita através da lente.e a distância do foco para o centro da lente é chamada de distância focalUma vez que a lente é feita, a distância focal é determinada.

2Obturador de abertura.
Para uma lente acabada, o diâmetro da lente não pode ser ajustado à vontade, de modo que um componente chamado abertura é adicionado a ela.Este componente geralmente usa uma grade regular poligonal ou circular em forma de buracoA lente é controlada ajustando o tamanho de abertura e fechamento da grelha.Não é suficiente confiar apenas na abertura para controlar a quantidade total de luz que entraO obturador original é ajustado ajustando a tampa na frente da lente.Com o avanço dos tempos, o obturador tem agora derivado vários métodos de implementação, incluindo o obturador mecânico,que é uma estrutura de obturador que utiliza apenas molas ou outras estruturas mecânicas e não depende da eletricidade para conduzir e controlar a velocidade. O obturador de corte eletrônico é uma estrutura de obturador sem estrutura mecânica.Tem uma alta velocidade de obturação e uma frequência de captura de impacto rápida, mas a desvantagem é que é propenso a destacar a floração.

A abertura controla a quantidade instantânea de luz que entra e o obturador controla o tempo de exposição.O objetivo de controlar a quantidade de luz que entra é alcançado, reproduzindo assim mais verdadeiramente os efeitos de luz e sombra da cena, e evitando a sobreexposição, o que melhorou muito a qualidade geral da imagem.

3Motor de foco.
Como mencionado anteriormente, os raios de luz incidentes convergirão em um caminho em forma de cone depois de passar pela lente até um ponto, que é chamado de ponto de imagem, e depois divergirão em forma de cone.Todos os raios de luz emitidos a partir da mesma distância convergirão para o seu respectivo Quando o ponto da imagem está no ponto da imagem, um plano composto pelos pontos da imagem é formado, e este plano é geralmente chamado de plano da imagem.A imagem está clara no avião., e agora A essência do foco de hoje é mover a lente para que o plano da imagem coincida com o plano do dispositivo fotossensível, formando assim uma imagem clara no dispositivo fotossensível.Em geral, o foco pode ser realizado movendo manualmente a lente, mas mais geralmente é realizado por um dispositivo chamado motor de foco.Além de ajustar manualmente a lente para completar a operação de focagem, o método mais comum agora é mover automaticamente a lente para completar a operação de focagem.O foco de hoje desenvolveu uma estratégia de foco automáticoO princípio básico é ajustar a lente para trás e para frente para que o plano da imagem coincida com o plano sensível à luz do fotorreceptor,formando assim um efeito de imagem claroAlém disso, para sistemas de câmaras mais complexos, a fim de obter uma melhor qualidade de imagem, são geralmente utilizadas combinações de lentes múltiplas para o efeito.A aberração cromática pode ser eliminada, e em segundo lugar, a distância entre as lentes pode ser ajustada através do motor para modificar dinamicamente toda a distância focal do grupo de lentes pode atender às necessidades de imagem de cenas mais complexas.

d) Fotorreceptor (sensor)
Como mencionado anteriormente, a função da lente é reunir luz para formar um plano de imagem, mas como converter esse chamado plano de imagem em informações de imagem conhecidas pelos computadores?Isto requer o uso do fotorreceptor aquiO fotorreceptor não é uma invenção exclusiva da sociedade moderna. De facto, este conceito existia na Europa já no início do século XIX.Um francês chamado Niepce usou asfalto para adicionar óleo de lavanda., e usando uma placa de liga de chumbo como base do filme, ele filmou a cena fora da janela vista do andar de cima de sua casa, uma foto chamada "Nido de Pombo",E o asfalto aqui misturado com óleo de lavanda é um material simples e fotossensível.Em 1888, a American Kodak Company produziu um novo tipo de material fotosensivel, uma película macia e rebobinável.que foi um salto qualitativo em materiais fotossensíveis. , em seguida, em 1969 nos Laboratórios Bell, o dispositivo fotosensivel digital CCD foi inventado, empurrando toda a tecnologia fotosensivel para a era digital.que facilitou a produção em massa em larga escalaA tecnologia CMOS continua a desenvolver-se, e a tecnologia CMOS está a desenvolver-se, e a tecnologia CMOS está a desenvolver-se.Ele gradualmente substituiu o CCD com suas vantagens óbvias e tornou-se o dispositivo fotossensível dominante nos sistemas de câmera.

4. Filtro IR
Devido às características do material fotossensível, irá detectar a luz na faixa de comprimento de onda da luz visível, como parte da luz infravermelha.Como esta parte da luz infravermelha é invisível, não é de utilidade prática para nós (é claro, isso não é absoluto, em alguns casos é necessário coletar informações de luz infravermelha (como câmeras de visão noturna),e pode interferir no processamento posterior do ISP, por isso, muitas vezes é necessário usar um filtro para filtrar a luz infravermelha, evitar interferências de luz infravermelha e corrigir a luz que entra.Os filtros são geralmente divididos em tipo de interferência IR/AR-CUT (revestidos num chip de filtro de passagem baixa), utilizando o princípio da destrutividade por interferência) e vidro de tipo absorvente (usando o princípio da absorção espectral).

5Flash.
Para algumas cenas especiais, tais como as necessidades de fotografia em ambientes de luz escura, devido à falta de luz em si, não podem ser concluídas operações de fotossensibilidade suficientes.para obter necessidades normais de disparoPara os telefones celulares, eles são divididos principalmente em dois tipos:Lâmpadas de xenônio e lâmpadas LEDUma vez que as lâmpadas flash LED têm as vantagens de menor consumo de energia e menor tamanho, são a escolha principal para lâmpadas flash de telemóvel.muitos telefones celulares agora adotam uma estratégia flash de duas coresO flash de duas cores pode ajustar a intensidade das duas luzes de acordo com as necessidades do ambiente, o que pode aproximar mais do efeito da luz natural.Em comparação com um único flash, a intensidade é melhorada e a temperatura da cor também é maior do que a de um flash duplo comum.

6Processador de imagem (ISP)
Uma vez que o dispositivo fotossensível completa a conversão fotoelétrica, os dados serão entregues ao processador de imagem.O que é ruído de corrente escuraPara CCD/CMOS, nem todos eles são geralmente utilizados para a fotossensibilidade.Alguns deles são especialmente bloqueados e usados para coletar corrente escura quando não há fotossensibilidadeDesta forma eliminar o ruído causado pela corrente escura.

Devido às diferentes propriedades do índice de refração da lente, à medida que o campo de visão aumenta lentamente, o feixe oblíquo que pode passar através da lente diminui gradualmente,resultando num brilho mais elevado no centro da imagem do que na bordaEste fenômeno ocorre na óptica. É chamado de vignetting no sistema. Obviamente, essa diferença tornará a imagem não natural, então o ISP precisa corrigir esse desvio em seguida.O algoritmo de correcção é a correcção da sombra da lenteO princípio específico é tornar o brilho uniforme no meio da imagem. Tomando a área como centro, calcule a velocidade de escurecimento da imagem devido à atenuação em cada ponto,Calculando assim os fatores de compensação dos três canais RGB, e corrigir a imagem com base nestes factores de compensação.

Posteriormente, uma vez que o dispositivo fotossensível usa três cores primárias de vermelho, verde e azul para coletar luz, os dados geralmente mostram um efeito de arranjo semelhante a um mosaico.O processo de desmosaicing precisa ser concluído.O princípio básico é através de um certo algoritmo de interpolação, o componente de cor que falta do pixel é adivinhado a partir dos componentes de cor próximos,e o verdadeiro efeito de cor de cada pixel é restaurado, formando assim um dado de imagem com cor verdadeira, e o formato de dados neste momento é o formato de dados RAW. , ou seja, os dados de imagem mais originais.

Quando o fotorreceptor realiza a conversão fotoelétrica, cada ligação produzirá um certo desvio, e este desvio será eventualmente expresso na forma de ruído.É necessário realizar um certo processamento de redução de ruído sobre esta informação irrelevante - ruídoNo presente, os algoritmos de denolização não-lineares são utilizados principalmente, como filtros bilaterais.Mas também o grau de similaridade entre pixels é considerado, mantendo assim a divisão geral do bloco da imagem original.

Depois de reduzir ainda mais o ruído, o ISP precisa processar o equilíbrio de branco da imagem.o valor do componente RGB precisa ser ajustado de acordo com uma certa proporção, de modo que no fotorreceptor, o branco ainda aparece branco. O equilíbrio de branco pode usar o equilíbrio de branco manual, que atinge o propósito do equilíbrio de branco ajustando manualmente a relação proporcional entre os três componentes de cor.É utilizado o processamento automático do balanço de brancoAqui, o ISP é responsável pela missão de balanço de branco automático.e então o efeito de imagem é ajustado.

Depois de ajustar o equilíbrio de branco da imagem, você precisa ajustar ainda mais o erro de cor. O erro aqui é causado principalmente pela penetração de cores entre os blocos de cores do filtro.durante o processo de afinação, a imagem capturada pelo módulo da câmara será comparada com a imagem padrão.ISP usa esta matriz para executar correção de cor de imagem na imagem capturada, alcançando assim o propósito de restaurar a verdadeira cor na cena do tiroteio.

A lista acima é uma breve lista de várias funções básicas do processador de imagem. Embora os ISPs produzidos por cada fabricante sejam diferentes, eles basicamente incluem os passos acima.Pode-se ver que o processador de imagem é usado para melhorar todo O efeito de imagem do sistema de câmera.