一、Camera成像原理
景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器(Sensor)表面上,然后转为模拟的电信号,经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号,再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理,再通过I/O接口传输到CPU中处理,通过LCD就可以看到图像了。
图源见水印
二、术语
1.FF & AF
FF模组(Fix Focus):定焦模组。焦距固定,不能实现自动对焦
AF模组(Auto Focus):自动对焦模组。通过增加VCM和Driver IC配合算法实现自动对焦。
2.VCM
VCM:音圈马达。全称Voice Coil Montor,电子学里面的音圈电机,是马达的一种。因为原理和扬声器类似,所以叫音圈电机,具有高频响、高精度的特点。其主要原理是在一个永久磁场内,通过改变马达内线圈的直流电流大小,来控制弹簧片的拉伸位置,从而带动上下运动。手机摄像头广泛的使用VCM实现自动对焦功能,通过VCM可以调节镜头的位置,呈现清晰的图像。
更多知识见《Camera 模组之 VCM篇》。
3.LENS
一般来说,像素越高,镜头需要的镜片就越多,3P的镜头会用在5M以下的产品中,5M及以上的产品会用4P~6P的镜头。
3.1 FOV
Field Of View。视场角,camera视角的大小,和焦距成反比。
3.2 F/NO
F-Number。光圈比 = F/D(焦距/入瞳大小),决定镜头的明暗。
3.4 TV Distortion
TV畸变。一条直线经过镜头拍摄后,变成弯曲的现象称为畸变。
如下图:(a)理想情况;(b)枕形畸变;(c)桶形畸变。
3.5 RI(Relative Illumination)
相对照度。镜头明亮度取决于 F 值(即光圈值),这表示在镜头的光轴上,也就是画面中心的影像的明亮度。周边光量因受到镜头渐晕现象及余弦四次方定律的影响,与中心部相比,明亮度必然减少。通信行业标准YD\T 1607-2007规定了相当照度的测试方法。
3.6 Resolution
分辨率。反映了镜头能分辨物体细节的能力。
3.7 Flare & Ghost
杂散光和鬼影,和镜头的镀膜有很大关系。
3.8 EFL
Effective Focal Length,有效焦距。
3.9 BFL
Back Focal Length,后焦距。
3.10 CRA
主入射角度(CRA)。通过光圈中心并最终到达成像平面最边缘的光线叫做主光线,而主光线与水平方向的夹角叫主入射角度。
镜头与sensor的CRA必须要匹配,否则会产生较严重的暗角、偏色等问题。
3.11 IR-CUT
IR=infrared=红外线;CUT=滤、减。
IR-CUT的作用是滤掉红外光,减少照射到sensor表面的杂光。
3.12 BLK
Black level,当通光量为零的时候,sensor感光得到的数据RGB值定义为Black level
- 存在原因:理论上Black level=0,实际上Black level>0
- 作用:使Black level尽量接近0
- 实现方式:将部分pixel遮住不感光,从而得到一个偏移量
3.13 LSC
Lens Shading Correction
- 存在原因:镜头对透过的光线从中心开始往四周衰减
- 作用:使人眼感觉不到镜头对光线在衰减
- 实现方式:通过对图像四周pixel的RGB值进行额外补偿,从而弥补衰减
3.14 DNDD/EE
去噪/边缘增强。基本原理:减小/增加当前pixel与周围pixel的差异
3.15 AEC
Auto Exposure Control,自动曝光控制。
- 作用:最终得到的图像的亮度尽量适合人眼的感觉
- 实现方式:通过控制曝光时间(行)和gain值使图像的亮度达到target
- Banding/Flicker:日光灯有能量周期,sensor都是使用行曝光模式
- 消除Flicker方式:行曝光时间为光源能量周期的整数倍
3.16 Flicker:What & Why & How
3.17 AWB
Auto White Balance,自动白平衡。
- 原因:不同色温的光源表现出的颜色不一致,而人眼具有适应性
- 作用:使不同色温下面的白色表现为白色
- 实现方式:色温统计通道增益,计算偏色校正
三、输出数据格式与接口
1.数据格式
Raw Data
是sensor在将光信号转换为电信号时的电平高低的原始记录,单纯地将没有进行任何处理的图像数据,即摄像元件直接得到的电信号进行数字化处理而得到的。
YUV
是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法。其中"Y"表示明亮度(Luminance或Luma),就是灰阶值;而"U"和"V"表示色度(Chrominance或Chroma),描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。
2.接口
SPI
Serial Peripheral Interface:串行接口,用于超低端。
DVP
Digital Video Port:并口,普通常用。
MIPI
Mobile Industry Processor Interface:Camera采用差分信号,高速率,低功耗,应用于高像素产品。
四、软件
3A
3A技术即自动对焦(AF)、自动曝光(AE)和自动白平衡(AWB)。
3A数字成像技术利用了AF自动对焦算法、AE自动曝光算法及AWB自动白平衡算法来实现图像对比度最大、改善主体拍摄物过曝光或曝光不足情况、使画面在不同光线照射下的色差得到补偿,从而呈现较高画质的图像信息。采用了3A数字成像技术的摄像机能够很好的保障图像精准的色彩还原度,呈现完美的日夜监控效果。
ZSL
ZSL (zero shutter lag):零秒延迟。在日常生活中,使用手机camera拍照的时候往往会有一些延迟的体验。ZSL,就是为了消除这种延迟,提供一种“拍即视”的体验而被开发出来。
五、硬件
AVDD
模拟电路供电电源
DVDD
数字电路供电电源
IOVDD
I/O电源
六、测试&调试项
解析度测试
用机器拍下ISO12233 chart,用工具分析中心和四周h、v方向,读取单位毫米所能分辨的线对(单位LP/mm)。
ISO12233_Test_Chart
色彩还原测试
在不同色温下拍摄X-Rite ColorChecker Card,比较拍摄图样中的色块数值与标准值的差异,评价sensor的色彩还原能力。包括satuation,delta c,delta e。
X-Rite ColorChecker Card
Shading测试
在均匀照度下拍下灯箱灰壁,分析图片中心和四周的亮度差(参考)。
灰卡
灰阶测试
即动态范围测试。
几何失真测试
测试拍照系统成像的几何失真程度。