Compreensão aprofundada dos pontos de conhecimento básicos da Camera (2)

3Introdução às câmaras de telemóvel

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Para o sistema de câmaras em telefones celulares, devido às limitações de tamanho e consumo de energia, não pode ser como uma câmara profissional.pode ser facilmente substituído por uma lente maior e um dispositivo fotosensivel CCD/CMOS maior pode ser adicionadoUm módulo de processamento de imagem mais potente foi incorporado, de modo que o espaço deixado para os telemóveis não é muito grande.Os principais fabricantes de telefones celulares ainda usam espaço limitado e duração da bateria para tornar o sistema de câmera comparável a câmeras profissionais em alguns camposEm seguida, vamos apresentar brevemente este sistema de câmara que é pequeno em tamanho, mas tem alta potência.

Tal como mostrado na figura, o sistema de câmara de um telemóvel pode ser dividido em duas partes, uma é o módulo da câmara e a outra é o processador de imagem ISP.O módulo da câmara é utilizado para a conversão fotoelétricaEm seguida, vamos dar uma olhada em como os dois funcionam no telefone celular.

1Modulo de câmara
Devido a restrições de tamanho, os módulos de câmera de telemóvel são muitas vezes feitos muito delicados e compactos, que incluem principalmente lentes, motores de foco, filtros e sensores.

As lentes dos telefones celulares geralmente usam uma combinação de várias lentes para eliminar a aberração cromática.A maioria dos materiais são uma combinação de vidro e plástico.. As lentes de plástico têm custos mais baixos e são adequadas para aplicações low-end.mas o custo é um pouco mais alto do que o das lentes de plástico, por isso é frequentemente usado em alguns telefones celulares que buscam qualidade de imagem. Ao mesmo tempo, a lente tem principalmente os seguintes parâmetros:

Campo de visão FOV, este parâmetro indica a gama de cenas que podem ser imagens através da lente.Mas pode causar uma distorção graveAlgoritmos de correção de distorção pós-estágio são geralmente usados para corrigir a cena.

O comprimento focal F estipula que o ponto em que todos os raios de luz convergem paralelamente ao eixo principal da lente é chamado de foco,e a distância do foco para o centro da lente é a distância focal aquiEm geral, quanto maior a distância focal, menor a FOV da lente.

O valor de abertura f é especificado pela relação entre a distância focal da lente e o diâmetro da abertura real.As lentes de telemóvel geralmente usam uma abertura fixa de f/2.0.

Em seguida, o motor de foco, que é usado principalmente em telefones celulares.A placa-mãe transmite instruções através do barramento I2C para acionar o motorPara mover e ajustar a lente para alcançar foco ou zoom, aqui apresentamos brevemente o motor de bobina de voz.

O motor de bobina de voz é chamado de motor de bobina de voz na eletrônica.Ele está dentro de um campo magnético permanente e muda a corrente contínua da bobina no motorControla a posição de elevação da folha de mola e, em seguida, dirige a lente para se mover para cima e para baixo para alcançar o foco ou zoom.tornou-se um componente de foco principal para os telefones celulares.

Nos telefones celulares, o uso de motores de bobina de voz é geralmente dividido em dois modos, um é o zoom e o outro é o foco.

Zoom: O motor ajusta o movimento de uma determinada lente no grupo de lentes, alterando assim a distância focal de toda a lente, causando alterações no campo de visão,alcançando assim o propósito de zoom para dentro e para fora da cenaEste método é o que muitas vezes chamamos de zoom óptico. A vantagem deste método de zoom é que detalhes da imagem não serão perdidos durante o processo de zoom. No entanto, a desvantagem também é óbvia.Devido à limitação do volumePor isso, os fabricantes de telefones celulares geralmente usam uma combinação de zoom óptico e digital. método para alcançar fins de zoom de alto alcance.

Foco: O motor da bobina de voz move diretamente toda a lente para trás e para frente para fazer o plano de imagem do objeto coincidir com o plano fotossensível do fotorreceptor,obtendo assim uma imagem claraEste método é o processo de foco. O propósito é obter uma imagem clara.

Depois que a luz passa pela lente, ela primeiro entra no próximo componente - o filtro.

Filtragem de raios infravermelhos: Uma vez que o fotorreceptor irá detectar parte dos raios infravermelhos invisíveis, o que interferirá no processamento da imagem subsequente,Um filtro é necessário para filtrar esta parte dos raios infravermelhos e apenas permitir que a luz visível passe.

Correção da luz: Depois de a luz passar pela lente, não é toda paralela e vertical ao fotorreceptor.Obviamente se não for interceptado, causará certa interferência no fotorreceptor,As propriedades polarizadoras físicas do quartzo retêm a luz direta e refletem partes obliques para evitar afetar pontos fotossensiveis próximos, melhorando ainda mais o efeito de imagem.

Após filtragem e correcção pelo filtro, a luz incidente tem uma certa estabilidade.É necessário realizar a conversão fotoelétrica através do fotorreceptor central do sistema de câmara..

Os fotorreceptores nos telefones celulares incluem principalmente CCD e CMOS. No entanto, devido ao seu alto custo e tamanho grande, o CCD não é muito usado em telefones celulares.O CMOS tornou-se o fotorreceptor dominante neste campoO CMOS dos telemóveis ainda utiliza uma estrutura de três camadas. , microlentes/filtro/camada fotossensível, a definição específica é a seguinte:

A camada de microlentes é usada principalmente para expandir a área de recepção de luz de um único pixel.

O modo Bayer usado pelo filtro é semelhante ao modo RGB. Ele usa componentes de cor RGB para medir o valor de cinza dos três canais de cada pixel.baseado na regra básica de que o olho humano é mais sensível ao verdeO modo enfatiza ainda mais o componente verde, definindo assim os componentes verdes como Gr e Gb, respectivamente, para expressar melhor a cor e o brilho da imagem.

A camada fotossensível é usada para converter fótons em sinais eletrónicos,e depois convertê-los em sinais digitais através do circuito de amplificação e o circuito de conversão analógico para elétrico.

O núcleo da camada fotossensível é um diodo fotossensível, e cada diodo contém um amplificador e um circuito de conversão digital para analógico.Embora acelerar a leitura até certo ponto, não pode garantir que o efeito de amplificação de cada amplificador seja consistente, por isso este projecto irá trazer possível ruído.desde CMOS adiciona circuitos de hardware adicionais ao lado de cada diodo, irá inevitavelmente reduzir a área fotossensível, por isso este projeto irá afetar o efeito fotossensível geral.Os fabricantes de CMOS introduziram um projeto de iluminação traseiraEsta concepção coloca pixels fotossensíveis e transistores de eléctrodos metálicos em ambos os lados da folha fotossensível, o que aumenta o ciclo de trabalho dos pixels, aumenta a eficiência de detecção de luz,aumenta o número de pixelsO efeito de imagem é muito melhorado.

2Processador de imagem
O processo de implementação do processador de imagem no telefone móvel é basicamente semelhante ao do sistema de câmera de telefone não móvel.Inclui principalmente módulos de hardware como IFE/BPS/IPE/JPEGEles são respectivamente responsáveis por tarefas de processamento de imagem não-pass.

IFE (Image Front End): A saída de dados pelo sensor chegará primeiro ao IFE. Este módulo de hardware fará alguma correção de cor, downsampling,e demosaicing estatísticas para visualização e processamento de dados de vídeo 3A.

BPS (Bayer Processing Segment): Este módulo de hardware é usado principalmente para remoção de pixels mortos, focalização de fase, demosaicing, downsampling,Processamento HDR e processamento híbrido de redução de ruído da Bayer de dados de imagem fotografados.

IPE (Engine de processamento de imagem): Este hardware é composto principalmente por NPS e PPS, e é responsável por tarefas de processamento de imagem, como redução de ruído de hardware (MFNR, MFSR), corte de imagem,redução do ruído, processamento de cores e melhoria de detalhes.

JPEG: O armazenamento de dados fotográficos é realizado por este módulo de hardware para codificação jpeg.

Em comparação com as câmaras profissionais, o público das câmaras de telemóvel não tem muito conhecimento de fotografia profissional.Mas este grupo tem uma característica que é obviamente diferente do público para câmeras profissionaisÉ desnecessário dizer sobre a portabilidade, as câmeras de telemóvel como um todo são famosas pela sua compacidade,mas em termos de jogabilidade, os principais fabricantes de telefones celulares também se esforçaram muito e adotaram muitas estratégias para expandir a capacidade de reprodução das câmeras, entre as quais o multi-shot é um exemplo clássico de comparação.

As primeiras câmeras de telemóvel tinham geralmente uma única câmara traseira e eram populares em todo o mundo.O número de jovens utilizadores é cada vez maior., a demanda por selfies tornou-se mais forte, e também houve avanços tecnológicos neste campo. Portanto, os fabricantes de telefones celulares aproveitaram a tendência e lançaram um modo de câmera dupla, adicionando um módulo de câmera adicional à frente do telefone principalmente para selfies.Também adicionaram inovadoramente um algoritmo de beleza ao ISPImediatamente depois, os fabricantes de telefones celulares integraram vários módulos em telefones celulares para atender às necessidades de fotografia de várias cenas.A seguir., vamos apresentar brevemente o sistema de câmaras múltiplas.

As câmaras de telemóvel de hoje usam frequentemente múltiplos módulos de câmara. Existem módulos macro especializados para fotografar paisagens em miniatura, módulos de grande angular para fotografar cenas de grande angular,e sistemas de câmara dupla desenvolvidos para satisfazer necessidades específicasDevido ao rápido desenvolvimento da tecnologia de câmara dupla, foram produzidas muitas soluções maduras.

Como o nome sugere, a tecnologia de câmara dupla usa dois módulos de câmara para imagem separadamente,e os processa através de algoritmos específicos para fundir em uma imagem para atender a requisitos específicos de imagemEm termos gerais, a solução atual de câmera dupla é utilizada principalmente para obter o desfoque do fundo, melhorar a qualidade de imagem sob condições de luz escura / cena noturna e zoom óptico.A seguir está uma breve introdução:

a) Desfoque de fundo (RGB + RGB)
Para atingir esse objetivo, dois módulos de câmera RGB são usados principalmente para visualizar a cena ao mesmo tempo.Com base nesta série de dados, o primeiro plano e o fundo são separados e, em seguida, através do algoritmo de desfoque, o processamento de desfoque de fundo é alvo e, finalmente, cria um efeito de imagem de fundo desfocado.Vale a pena notar que, devido à limitação do princípio da triangulação, os dois módulos de câmara devem ser calibrados para que os planos de imagem dos dois estejam no mesmo plano e os pixels estejam alinhados.

b) Reforço da luz escura (RGB + MONO)

Em um ambiente mais escuro, o efeito de disparo é muitas vezes insatisfatório, de modo que os fabricantes de telefones celulares usam um RGB e um módulo de câmera em preto e branco (MONO) para melhorar o efeito de imagem de luz escura.O princípio específico é que porque o módulo de câmera em preto e branco não há filtro Bayer, assim, em condições de luz escura, mais luz pode ser obtida, preservando assim mais detalhes da imagem.Quanto à qualidade da imagem sob luz escura, uma vez que a imagem dos dois módulos de câmara também precisa ser fundida, ainda é necessária uma operação de calibração para que os dois módulos de câmara possam manter o alinhamento dos pixels.

c) Zoom óptico (amplo ângulo + teleobjetivo)

O zoom óptico, como introduzido anteriormente, pode atingir o propósito de zoom ajustando a distância focal de uma única lente no motor de foco.É frequentemente impossível obter uma faixa de zoom maior a partir de um único módulo de câmeraPor conseguinte, os fabricantes de telemóveis propuseram utilizar dois módulos de câmara com distâncias focais diferentes (wide-angle e tele) para alcançar conjuntamente o objectivo do zoom óptico.O princípio é usar o módulo de grande angular para apresentar uma ampla gama de cenasPara cenas distantes, a comutação de módulos e excelentes algoritmos de fusão permitem operações de zoom relativamente suaves ao tirar fotografias.

A partir da introdução acima, podemos ver que um sistema de câmera é composto por uma lente, um obturador de abertura, um fotorreceptor e um processador de imagem.motores de focoNo mesmo tempo, para incorporar o sistema de câmera no telemóvel, certos cortes de hardware são inevitáveis.Por exemplo:, a abertura é muitas vezes abandonada na forma ajustável e adota uma abertura fixa.fotorreceptores convencionais em telefones celulares principalmente CMOS é usado, e a faixa de foco do motor de foco também é reduzida devido a limitações de volume.através do desenvolvimento contínuo de chips de processamento de imagem e da otimização contínua de algoritmos nos últimos anos, os sistemas de câmaras de telemóvel estão a diminuir gradualmente a diferença com as câmaras profissionais.Os efeitos de imagem das câmaras de telemóvel serão completamente comparáveis às câmaras profissionais..