Comprensione approfondita dei punti di conoscenza di base della Camera (2)

3Introduzione alle telecamere dei telefoni cellulari

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Per quanto riguarda il sistema di telecamere dei telefoni cellulari, a causa delle dimensioni e dei limiti di consumo di energia, non può essere come una telecamera professionale.può essere facilmente sostituito con una lente più grande e può essere aggiunto un dispositivo fotosensibile CCD/CMOS più grandeUn modulo di elaborazione delle immagini più potente è stato incorporato, quindi lo spazio lasciato per i telefoni cellulari non è molto grande.I principali produttori di telefoni cellulari utilizzano ancora spazio limitato e durata della batteria per rendere il sistema di telecamere paragonabile alle telecamere professionali in alcuni campiIn seguito, presentiamo brevemente questo sistema di telecamere di piccole dimensioni ma di grande potenza.

Come illustrato nella figura, il sistema di telecamere di un telefono cellulare può essere suddiviso in due parti, una è il modulo della fotocamera e l'altra è il processore di immagine ISP.Il modulo della fotocamera è utilizzato per la conversione fotoelettricaIn seguito, diamo un'occhiata a come i due funzionano sul telefono cellulare.

1Modulo fotocamera
A causa delle restrizioni di dimensioni, i moduli delle fotocamere dei telefoni cellulari sono spesso realizzati in modo molto delicato e compatto, che comprendono principalmente lenti, motori di messa a fuoco, filtri e sensori.

Le lenti dei telefoni cellulari generalmente usano una combinazione di più lenti per eliminare l'aberrazione cromatica.La maggior parte dei loro materiali sono una combinazione di vetro e plasticaLe lenti in plastica hanno costi più bassi e sono adatte per applicazioni low-end.ma il costo è leggermente superiore a quello delle lenti di plastica, quindi è spesso utilizzato in alcuni telefoni cellulari che perseguono la qualità dell'immagine. Allo stesso tempo, l'obiettivo ha principalmente i seguenti parametri:

Il campo visivo FOV, questo parametro indica la gamma di scene che possono essere immaginate attraverso l'obiettivo.ma può causare gravi distorsioni. Gli algoritmi di correzione della distorsione post-stadio sono solitamente utilizzati per correggere la scena. Correggere la distorsione causata da grande FOV.

La lunghezza focale F stabilisce che il punto in cui convergono tutti i raggi luminosi paralleli all'asse principale della lente è chiamato fuoco,e la distanza dal fuoco al centro della lente è la distanza focale quiGeneralmente, maggiore è la lunghezza focale, minore è la FOV dell'obiettivo.

Il valore di apertura f è specificato dal rapporto tra la lunghezza focale della lente e il diametro dell'apertura effettiva.Le lenti per cellulari utilizzano generalmente un'apertura fissa di f/2.0.

Per facilitare la regolazione dell'obiettivo, l'intero obiettivo è solitamente integrato nel modulo motore.La scheda madre trasmette le istruzioni attraverso il bus I2C per guidare il motorePer spostare e regolare l'obiettivo per ottenere la messa a fuoco o lo zoom, qui introduciamo brevemente il motore della bobina vocale.

Il motore a bobina vocale è chiamato motore a bobina vocale in elettronica.Si trova all'interno di un campo magnetico permanente e cambia la corrente continua della bobina nel motoreControlla la posizione di sollevamento della foglia di molla e poi spinge l'obiettivo a muoversi su e giù per ottenere la messa a fuoco o lo zoom.è diventato un componente di riferimento per i telefoni cellulari.

Su telefoni cellulari, l'uso di motori a bobina vocale è generalmente diviso in due modalità, una è lo zoom e l'altra è la messa a fuoco.

Zoom: il motore regola il movimento di una determinata lente nel gruppo di lenti, cambiando così la lunghezza focale dell'intera lente, causando cambiamenti nel campo visivo,raggiungendo così lo scopo di ingrandire e allontanare la scenaQuesto metodo è quello che spesso chiamiamo zoom ottico. Il vantaggio di questo metodo di zoom è che i dettagli dell'immagine non verranno persi durante il processo di zoom in. Tuttavia, lo svantaggio è anche ovvio.A causa del volume limitatoPer questo motivo, i produttori di telefoni cellulari utilizzano generalmente una combinazione di zoom ottico e digitale.

Focalizzazione: il motore della bobina vocale muove direttamente l'intera lente avanti e indietro per far coincidere il piano dell'immagine dell'oggetto con il piano fotosensibile del fotorecettore,ottenendo così un'immagine chiaraQuesto metodo è il processo di messa a fuoco. Lo scopo è ottenere un'immagine chiara.

Dopo che la luce passa attraverso la lente, essa entra prima nel componente successivo, il filtro, che elabora ulteriormente la luce e ha due scopi principali:

Filtraggio dei raggi infrarossi: poiché il fotorecettore percepisce una parte dei raggi infrarossi invisibili che interferiscono con l'elaborazione successiva delle immagini,un filtro è necessario per filtrare questa parte dei raggi infrarossi e consentire solo la luce visibile di passare attraverso.

Correzione della luce: dopo che la luce passa attraverso la lente, non è tutta parallela e verticale al fotorecettore.Ovviamente se non viene intercettato, causerà una certa interferenza al fotorecettore,Le proprietà fisiche polarizzanti del quarzo trattenono la luce diretta e riflettono parti obliqui per evitare di influenzare i punti fotosensibili vicini, migliorando ulteriormente l'effetto di imaging.

Dopo la filtrazione e la correzione del filtro, la luce incidente ha una certa stabilità.è necessario eseguire la conversione fotoelettrica attraverso il fotorecettore centrale del sistema fotocamera.

I fotorecettori sui telefoni cellulari includono principalmente CCD e CMOS. Tuttavia, a causa del loro alto costo e delle loro grandi dimensioni, il CCD non è molto utilizzato nei telefoni cellulari.Il CMOS è diventato il fotorecettore principale in questo campoIl CMOS sui telefoni cellulari utilizza ancora una struttura a tre strati. , microlenti/filtro/strato fotosensibile, la definizione specifica è la seguente:

Lo strato di microlenti è utilizzato principalmente per espandere l'area di ricezione della luce di un singolo pixel.

La modalità Bayer utilizzata dal filtro è simile alla modalità RGB. Utilizza componenti di colore RGB per misurare il valore grigio dei tre canali di ogni pixel.basato sulla regola di base che l'occhio umano è più sensibile al verde, Bayer La modalità sottolinea ulteriormente la componente verde, definendo così le componenti verdi come Gr e Gb rispettivamente per esprimere meglio il colore e la luminosità dell'immagine.

Lo strato fotosensibile viene utilizzato per convertire i fotoni in segnali elettronici,e poi convertirli in segnali digitali attraverso il circuito di amplificazione e il circuito di conversione analogico-elettrico.

Il nucleo dello strato fotosensibile è un diodo fotosensibile, e ogni diodo contiene un amplificatore e un circuito di conversione digitale-analogo.anche se accelera la lettura in una certa misura, non può garantire che l'effetto di amplificazione di ciascun amplificatore sia coerente, quindi questa progettazione porterà un possibile rumore.dal momento che CMOS aggiunge circuiti hardware aggiuntivi accanto a ciascun diodo, ridurrà inevitabilmente l'area fotosensibile, quindi questo disegno influenzerà l'effetto fotosensibile complessivo.I produttori di CMOS hanno introdotto un design con retroilluminazioneQuesto disegno posiziona pixel fotosensibili e transistor di elettrodi metallici su entrambi i lati del foglio fotosensibile, che aumenta il ciclo di lavoro dei pixel, aumenta l'efficienza di rilevamento della luce,aumenta il numero di pixelL'effetto di imaging è notevolmente migliorato.

2. Processore di immagine
Il processo di implementazione del processore di immagine sul telefono cellulare è fondamentalmente simile a quello del sistema di telecamere non cellulare.comprende principalmente moduli hardware quali IFE/BPS/IPE/JPEGSono rispettivamente responsabili di attività di elaborazione delle immagini non passate.

IFE (Image Front End): l'uscita dei dati da parte del sensore arriverà prima all'IFE. Questo modulo hardware eseguirà una correzione del colore, downsampling,e statistiche di demosaicing per l'anteprima e l'elaborazione dei dati video 3A.

BPS (Bayer processing segment): questo modulo hardware è utilizzato principalmente per la rimozione dei pixel morti, la messa a fuoco di fase, il demosaicing, il downsampling,L'elaborazione HDR e l'elaborazione ibrida di Bayer per la riduzione del rumore dei dati di immagine fotografati.

IPE (Image Processing Engine): questo hardware è composto principalmente da NPS e PPS, ed è responsabile di attività di elaborazione delle immagini come la riduzione del rumore hardware (MFNR, MFSR), il ritaglio delle immagini,riduzione del rumore, elaborazione dei colori e miglioramento dei dettagli.

JPEG: la memorizzazione dei dati fotografici è eseguita da questo modulo hardware per la codifica jpeg.

Rispetto alle fotocamere professionali, il pubblico delle fotocamere per cellulari non conosce molte conoscenze fotografiche professionali.Ma questo gruppo ha una caratteristica che è ovviamente diverso dal pubblico per le telecamere professionali, vale a dire che prestano più attenzione alla portabilità e alla riproducibilità della fotocamera.ma in termini di giocabilità, i principali produttori di telefoni cellulari hanno anche fatto grandi sforzi e adottato molte strategie per espandere la giocabilità delle fotocamere, tra cui il multi-shot è un esempio classico di confronto.

Le prime telecamere dei telefoni cellulari avevano generalmente una singola fotocamera posteriore e erano popolari in tutto il mondo.L'evoluzione dei tempi e l'aumento del numero di giovani consumatori, la domanda di selfie è diventata più forte, e ci sono state anche scoperte tecnologiche in questo campo. Pertanto, i produttori di telefoni cellulari hanno approfittato della tendenza e hanno lanciato una modalità a doppia fotocamera, aggiungendo un modulo di fotocamera aggiuntivo alla parte anteriore del telefono principalmente per i selfie.Hanno anche aggiunto un algoritmo di bellezza all' ISPImmediatamente dopo, i produttori di telefoni cellulari hanno integrato più moduli nei telefoni cellulari per soddisfare le esigenze fotografiche di più scene.Il prossimo., introdurremo brevemente il sistema multi-camera.

Le fotocamere dei telefoni cellulari di oggi utilizzano spesso più moduli di fotocamera.e sistemi a doppia telecamera sviluppati per soddisfare esigenze specificheA causa del rapido sviluppo della tecnologia dual-camera, sono state prodotte molte soluzioni mature.

Come suggerisce il nome, la tecnologia a doppia fotocamera utilizza due moduli di fotocamera per l'immagine separatamente,e li elabora attraverso algoritmi specifici per fonderli in un'unica immagine per soddisfare specifici requisiti di imagingIn generale, l'attuale soluzione a doppia fotocamera è utilizzata principalmente per ottenere lo sfocamento dello sfondo, migliorare la qualità dell'immagine in condizioni di luce scura / scena notturna e zoom ottico.Di seguito una breve introduzione:

a) sfocatura dello sfondo (RGB + RGB)
Per raggiungere questo scopo, due moduli di telecamere RGB vengono utilizzati principalmente per immaginare la scena contemporaneamente.Sulla base di questa serie di dati, il primo piano e lo sfondo sono separati, e quindi attraverso l'algoritmo di sfocatura si rivolge all'elaborazione di sfocatura di sfondo e alla fine crea un effetto di immagini di sfondo sfocato.Va notato che a causa della limitazione del principio di triangolazione, i due moduli della fotocamera devono essere calibrati in modo che i piani di imaging dei due siano sullo stesso piano e i pixel siano allineati.

b) Maggiorazione della luce scura (RGB + MONO)

In un ambiente più buio, l'effetto di scatto è spesso insoddisfacente, quindi i produttori di telefoni cellulari utilizzano un modulo RGB e un modulo fotocamera in bianco e nero (MONO) per migliorare l'effetto di immagini a luce scura.Il principio specifico è che perché il modulo della fotocamera in bianco e nero non c'è un filtro Bayer, quindi in condizioni di luce scura, più luce può essere ottenuta, preservando così più dettagli dell'immagine.Per quanto riguarda la qualità dell'immagine sotto luce scura, poiché anche l'immagine dei due moduli della fotocamera deve essere fusa, è ancora necessaria un'operazione di taratura affinché i due moduli della fotocamera possano mantenere l'allineamento dei pixel.

c) Zoom ottico (angolo largo + teleobiettivo)

Lo zoom ottico, come introdotto in precedenza, può raggiungere lo scopo dello zoom regolando la lunghezza focale di un singolo obiettivo nel motore di messa a fuoco.è spesso impossibile ottenere una gamma di zoom più ampia da un singolo modulo fotocameraPertanto, i produttori di telefoni cellulari hanno proposto di utilizzare due moduli di fotocamera con lunghezze focali diverse (wide-angle e tele) per raggiungere congiuntamente lo scopo dello zoom ottico.Il principio è quello di utilizzare il modulo grandangolare per presentare una vasta gamma di scenePer le scene lontane, la commutazione dei moduli e gli eccellenti algoritmi di fusione consentono di effettuare operazioni di zoom relativamente fluide durante la fotografia.

Dall'introduzione precedente, possiamo vedere che un sistema di telecamere è composto da un obiettivo, un'otturatrice di apertura, un fotorecettore e un processore di immagine.motori di messa a fuocoNel processo di sviluppo vengono aggiunti gradualmente componenti, come i flash, ecc. Allo stesso tempo, per incorporare il sistema di telecamere nel telefono cellulare, sono inevitabili alcuni tagli hardware.Per esempio:, l'apertura è spesso abbandonata nella forma regolabile e adotta un'apertura fissa.i fotorecettori tradizionali dei telefoni cellulari utilizzano principalmente CMOS, e la gamma di messa a fuoco del motore di messa a fuoco è anche ridotta a causa di limiti di volume.attraverso il continuo sviluppo dei chip di elaborazione delle immagini e la continua ottimizzazione degli algoritmi negli ultimi anni, i sistemi di telecamere per cellulari stanno in realtà riducendo gradualmente il divario con le telecamere professionali.gli effetti di imaging delle telecamere dei telefoni cellulari saranno completamente paragonabili alle telecamere professionali.