Comprensione approfondita dei punti di conoscenza di base della Camera (1)

1Introduzione
Lo strato hardware della fotocamera, come strato inferiore dell'intero telaio, riceve gli effetti di luce e ombre reali dal mondo oggettivo attraverso il modulo hardware,li converte in segnali digitali noti al computer, e fornisce continuamente effetti stabili e di imaging secondo un certo formato di dati.Si può dire che una base di hardware eccellente è come la base per l'intero telaio della fotocamera. Avere una buona base rende possibile costruire un grattacielo.

2Struttura hardware di base
I sistemi hardware delle fotocamere di oggi sono complicati, ma se studiate attentamente, scoprirete che i componenti principali sono in realtà l'obiettivo, il fotorecettore e il processore di immagine.La lente è usata per focalizzare la luce, e il dispositivo fotosensibile viene utilizzato per la conversione fotoelettrica. In seguito, inizieremo ad esplorare il mondo dei sistemi di telecamere con questi tre componenti.

1Lenti.
Spostate il giradischi del tempo in avanti e torniamo ai nostri giorni di scuola elementare.Il compito era quello di realizzare un modello semplice di immagini di piccoli foriQuesto modello semplice era il più familiare per me, il sistema di imaging originale e più semplice, ma questa è una domanda che ho sempre avuto, perché l'immagine è così sfocata.Questa domanda è stata risolta solo dopo che sono entrato in contatto con una vera macchina fotografica.Sembra che tutto sia causato dalla luce.

Secondo il principio della rappresentazione di piccoli buchi, un'estremità del piccolo buco è la fonte luminosa e l'altra è il piano di rappresentazione.La luce passa attraverso il piccolo buco ed è incidente sul pianoInnumerevoli raggi di luce sono incidenti su questo piano, formando un'immagine della sorgente luminosa. , cioè, la luce si diffonde secondo il percorso divergente.Un certo fascio di luce emesso da un certo punto della sorgente luminosa raggiungerà un certo punto del piano di imaging dopo aver attraversato il piccolo foro, ma ovviamente questo punto riceverà anche luce da un'altra fonte di luce.che a sua volta influisce sull'effetto finale di imagingQuindi, per migliorare questo problema, la lente è stata inventata. In realtà, la lente è una lente convessa con cui entriamo in contatto nella vita quotidiana.Il suo scopo fondamentale è quello di risolvere il problema dell'interferenza reciproca della luceIl suo principio consiste nell'utilizzare il principio di rifrazione della lente convessa per deviare la luce dallo stesso punto. Il punto di riconvergenza qui è il punto di immagine del punto della sorgente luminosa dietro la lente.Mentre il punto della sorgente luminosa continua a cambiare, il suo punto d'immagine cambierà di conseguenza, quindi spesso passiamo la luce da una distanza infinita attraverso la lente.e la distanza dal fuoco al centro della lente si chiama distanza focaleUna volta realizzata la lente, viene determinata la distanza focale.

2. Persiane di apertura
Per una lente finita, il diametro della lente non può essere regolato a volontà, quindi vi viene aggiunto un componente chiamato apertura.Questo componente utilizza generalmente un poligono regolare o una griglia a forma di buco circolareLa lente è controllata regolando le dimensioni di apertura e chiusura della griglia.non è sufficiente basarsi esclusivamente sull'apertura per controllare la quantità totale di luce che entra. È necessario un altro componente chiamato obturatore, che determina principalmente la lunghezza di esposizione.Con l'avanzare dei tempi, l'otturatore ha ora derivato più metodi di implementazione, tra cui l'otturatore meccanico,che è una struttura di serratura che utilizza solo molle o altre strutture meccaniche e non dipende dall'elettricità per guidare e controllare la velocità. L'otturatore elettronico è una struttura senza alcuna struttura meccanica.Ha una velocità di scatto elevata e una frequenza di cattura di impatto veloce, ma lo svantaggio è che è incline a evidenziare la fioritura.

L'apertura controlla la quantità istantanea di luce che entra, e l'otturatore controlla il tempo di esposizione.è raggiunto lo scopo di controllare la quantità di luce che entra, riproducendo in modo più accurato gli effetti di luce e ombra della scena, evitando la sovraesposizione, che ha notevolmente migliorato la qualità generale dell'immagine.

3Motore di messa a fuoco.
Come accennato in precedenza, i raggi di luce incidente convergono in un percorso a forma di cono dopo aver attraversato la lente fino a un punto, chiamato punto di immagine, e poi divergono in forma di cono.Tutti i raggi di luce emessi dalla stessa distanza convergeranno verso i rispettivi punti quando il punto dell'immagine è sul punto dell'immagine., un piano composto dai punti dell'immagine si forma, e questo piano è generalmente chiamato piano dell'immagine.L' immagine è chiara sul pianoL'essenza della messa a fuoco di oggi è quella di spostare l'obiettivo in modo che il piano dell'immagine coincida con il piano del dispositivo fotosensibile, formando così un'immagine chiara sul dispositivo fotosensibile.In generale, la messa a fuoco può essere realizzata spostando manualmente la lente, ma più in generale, viene realizzata da un dispositivo chiamato motore di messa a fuoco.Oltre a regolare manualmente la lente per completare l'operazione di messa a fuoco, il metodo più diffuso ora è quello di spostare automaticamente l'obiettivo per completare l'operazione di messa a fuoco.la focalizzazione di oggi ha sviluppato una strategia di focalizzazione automaticaIl principio di base è quello di regolare la lente avanti e indietro per far coincidere il piano dell'immagine con il piano sensibile alla luce del fotorecettore.formando così un chiaro effetto di immagineInoltre, per i sistemi di telecamere più complessi, per ottenere una migliore qualità d'immagine, sono generalmente utilizzate combinazioni di lenti multiple per raggiungere questo obiettivo.l'aberrazione cromatica può essere eliminata, e in secondo luogo, la distanza tra le lenti può essere regolata attraverso il motore per modificare dinamicamente l'intera lunghezza focale del gruppo di lenti può soddisfare le esigenze di imaging di scene più complesse.

d) Fotorecettore (sensore)
Come accennato in precedenza, la funzione della lente è quella di raccogliere luce per formare un piano d'immagine, ma come si può convertire questo cosiddetto piano d'immagine in informazioni d'immagine conosciute dai computer?Questo richiede l'uso del fotorecettore quiIl fotorecettore non è un'invenzione proprietaria della società moderna.Un francese di nome Niepce usava l'asfalto per aggiungere olio di lavanda., e usando una piastra di alluminio di piombo come base del film, ha girato la scena fuori dalla finestra vista dal piano superiore della sua casa, una foto chiamata "Nido di piccioni",E l'asfalto qui mescolato con olio di lavanda è un semplice materiale fotosensibileNel 1888, la Kodak Company americana produsse un nuovo tipo di materiale fotosensibile, una pellicola morbida e rivindibile.che è stato un salto qualitativo nei materiali fotosensibili. , poi nel 1969 ai Bell Labs, il dispositivo fotosensibile digitale CCD è stato inventato, spingendo l'intera tecnologia fotosensibile nell'era digitale.che ha facilitato la produzione di massa su larga scalaCome la tecnologia CMOS continua a svilupparsi, il sistema di imaging è diventato molto più grande e più veloce.ha gradualmente sostituito il CCD con i suoi evidenti vantaggi ed è diventato il principale dispositivo fotosensibile nei sistemi di telecamere.

4. Filtro IR
A causa delle caratteristiche del materiale fotosensibile, rileverà la luce nella gamma di lunghezze d'onda della luce visibile, come una parte della luce infrarossa.Dato che questa parte della luce infrarossa è invisibile, non ci è di alcuna utilità pratica (ovviamente, questo non è assoluto, in alcuni casi è necessario raccogliere informazioni di luce infrarossa (come le telecamere di visione notturna),e può interferire con il successivo trattamento ISP, quindi è spesso necessario utilizzare un filtro per filtrare la luce infrarossa, evitare interferenze della luce infrarossa e correggere la luce in entrata.I filtri sono generalmente divisi in tipo di interferenza IR/AR-CUT (rivestiti su un chip di filtro a basso passaggio), utilizzando il principio di distruttività da interferenze) e vetro di tipo di assorbimento (usando il principio di assorbimento spettrale).

5Flash.
Per alcune scene particolari, come le riprese in ambienti con luce scura, a causa della mancanza di luce stessa, non è possibile completare operazioni di fotosensibilità sufficienti.per ottenere le normali esigenze di tiroPer i telefoni cellulari, sono principalmente suddivisi in due tipi:Lampade a xenon e lampade a LEDDato che le lampadine a flash a LED hanno i vantaggi di un minor consumo energetico e di una dimensione più ridotta, sono la scelta principale per le lampadine a flash per cellulari.molti telefoni cellulari ora adottano una strategia flash a due coloriIl flash a due colori può regolare l'intensità delle due luci in funzione delle esigenze dell'ambiente, il che può avvicinare più da vicino l'effetto della luce naturale.Rispetto a un singolo lampo, l'intensità è migliorata e la temperatura del colore è anche superiore a quella di un normale doppio flash.

6. Processore di immagine (ISP)
Una volta che il dispositivo fotosensibile ha completato la conversione fotoelettrica, i dati verranno trasmessi al processore di immagine.Cos'è il rumore di corrente scura?Per il CCD/CMOS, non tutti sono solitamente utilizzati per la fotosensibilità.Alcuni di essi sono appositamente bloccati e utilizzati per raccogliere corrente oscura quando non c' è fotosensibilitàIn questo modo si elimina il rumore causato dalla corrente scura.

A causa delle diverse proprietà dell'indice di rifrazione della lente, man mano che il campo visivo aumenta lentamente, il fascio obliquo che può passare attraverso la lente diminuisce gradualmente,risultante in una luminosità maggiore al centro dell'immagine rispetto al bordo. Questo fenomeno si verifica in ottica. Si chiama vignettatura nel sistema. Ovviamente, questa differenza renderà l'immagine innaturale, quindi ISP deve correggere questa deviazione dopo.L' algoritmo di correzione è la correzione dell' ombra della lenteIl principio specifico è quello di rendere la luminosità uniforme al centro dell'immagine.calcolando così i fattori di compensazione dei tre canali RGB, e correggere l'immagine sulla base di questi fattori di compensazione.

In seguito, poiché il dispositivo fotosensibile utilizza tre colori primari di rosso, verde e blu per raccogliere la luce, i dati mostreranno generalmente un effetto di disposizione simile a un mosaico.Il processo di demosaicing deve essere completatoIl principio di base è che attraverso un certo algoritmo di interpolazione, la componente di colore mancante del pixel viene indovinata dalle componenti di colore vicine,e il vero effetto colore di ogni pixel viene ripristinato, formando così un dato di immagine con vero colore, e il formato dei dati in questo momento è il formato dei dati RAW. , cioè i dati di immagine più originali.

Quando il fotorecettore esegue la conversione fotoelettrica, ogni collegamento produrrà una certa deviazione, e questa deviazione sarà infine espressa sotto forma di rumore.è necessario eseguire un certo trattamento di riduzione del rumore su queste informazioni irrilevanti - rumoreAttualmente vengono utilizzati principalmente algoritmi di denosificazione non lineari, come i filtri bilaterali.ma anche il grado di somiglianza tra i pixel è considerato, mantenendo così la divisione generale del blocco dell'immagine originale.

Dopo aver ridotto ulteriormente il rumore, l'ISP deve elaborare il bilanciamento del bianco dell'immagine.il valore del componente RGB deve essere regolato in base a un certo rapporto, in modo che nel fotorecettore, il bianco appare ancora bianco. L'equilibrio del bianco può essere effettuato manualmente, in modo da regolare manualmente il rapporto proporzionale tra i tre componenti di colore.viene utilizzato un trattamento automatico del bilanciamento del biancoQui, l'ISP è responsabile della missione di bilanciamento del bianco automatico.e poi l'effetto di imaging viene regolato.

Dopo aver regolato il bilanciamento del bianco dell'immagine, è necessario regolare ulteriormente l'errore di colore. L'errore qui è causato principalmente dalla penetrazione del colore tra i blocchi di colore del filtro.durante il processo di sintonizzazione, l'immagine catturata dal modulo della fotocamera verrà confrontata con l'immagine standard.ISP utilizza questa matrice per eseguire la correzione del colore dell'immagine sull'immagine catturata, raggiungendo così lo scopo di ripristinare il vero colore nella scena delle riprese.

Il seguente è un breve elenco di diverse funzioni di base del processore di immagini.Si può vedere che il processore d'immagine è utilizzato per migliorare l'intero L'effetto di imaging del sistema di telecamera.