Verständnis für die Grundkenntnisse der Kamera (2)

3. Einführung in Mobiltelefonkameras

Beschreibung des Bildes hier einfügen

Das Kamera-System auf Mobiltelefonen kann aufgrund der Größe und des Stromverbrauchs nicht wie eine professionelle Kamera sein.es kann leicht durch eine größere Linse ersetzt werden und eine größere CCD/CMOS-Lösung hinzugefügt werdenEs wurde ein leistungsfähigeres Bildverarbeitungsmodul integriert, so daß für Mobiltelefone nicht viel Platz bleibt.Die größten Hersteller von Mobiltelefonen nutzen immer noch begrenzten Speicherplatz und eine begrenzte Akkulaufzeit, um das Kamerasystem in einigen Bereichen mit professionellen Kameras vergleichbar zu machen.Als nächstes wollen wir kurz dieses kleine, aber leistungsstarke Kamerasystem vorstellen.

Wie in der Abbildung dargestellt, kann das Kamerasystem eines Mobiltelefons in zwei Teile unterteilt werden, eine ist das Kameramodule und die andere ist der Bildprozessor ISP.Das Kamera-Modul wird für die photoelektrische Umwandlung verwendetDer Bildprozessor wird für die Bildverarbeitung eingesetzt.

1. Kamera-Modul
Aufgrund von Größenbeschränkungen sind Mobiltelefonkameramodule oft sehr empfindlich und kompakt gefertigt, die hauptsächlich Objektive, Fokusmotoren, Filter und Sensoren enthalten.

Linsen in Mobiltelefonen verwenden in der Regel eine Kombination mehrerer Linsen, um die chromatische Aberration zu beseitigen.Die meisten Materialien sind eine Kombination aus Glas und Plastik.. Kunststofflinsen haben niedrigere Kosten und eignen sich für Low-End-Anwendungen.aber die Kosten sind etwas höher als die von Kunststofflinsen, so dass es häufig in einigen Mobiltelefonen verwendet wird, die die Bildqualität anstreben.

Der Bildfeld FOV, dieser Parameter gibt den Bereich der Szenen an, die durch die Linse abgebildet werden können.aber es kann zu schweren Verzerrungen führen. Post-Stage-Verzerrungskorrektur-Algorithmen werden normalerweise verwendet, um die Szene zu korrigieren. Korrigieren Verzerrung durch große FOV verursacht.

Die Brennweite F legt fest, dass der Punkt, an dem alle Lichtstrahlen parallel zur Hauptachse der Linse konvergieren, der Brennpunkt genannt wird.und die Entfernung vom Fokus zum Zentrum der Linse ist die Brennweite hierIm Allgemeinen ist die Brennweite des Objektivs je größer, desto kleiner.

Der Lichtöffnungswert f wird durch das Verhältnis der Brennweite der Linse zum Durchmesser der tatsächlichen Blende festgelegt. Je kleiner der Wert, desto größer die Lichtmenge.Mobilfunkobjektive haben in der Regel eine feste Blende von f/2.0.

Als nächstes kommt der Fokusmotor, der hauptsächlich in Mobiltelefonen eingesetzt wird.Das Motherboard überträgt Anweisungen über den I2C-Bus, um den Motor anzutreiben. Um das Objektiv zu bewegen und anzupassen, um Fokus oder Zoom zu erreichen, stellen wir hier kurz den Sprachspulenmotor vor.

Der Sprachspulenmotor wird in der Elektronik als Sprachspulenmotor bezeichnet, da sein Implementierungsprinzip dem eines Lautsprechers ähnelt.Es befindet sich in einem permanenten Magnetfeld und ändert den Gleichstrom der Spule im MotorEs steuert die Hebungsposition des Federblätters und treibt dann die Linse nach oben und unten, um das Fokussieren oder Zoomen zu erreichen.Es ist zu einem wichtigen Schwerpunkt für Mobiltelefone geworden..

Bei Mobiltelefonen wird die Verwendung von Sprachspulenmotoren im Allgemeinen in zwei Modi unterteilt, der eine ist Zoom und der andere Fokussierung.

Zoom: Der Motor passt die Bewegung einer bestimmten Linse in der Linse an, wodurch die Brennweite der gesamten Linse verändert wird, was zu Veränderungen im Sichtfeld führt.Damit wird der Zweck der Vergrößerung der Szene erreicht.Diese Methode wird oft als optisches Zoom bezeichnet. Der Vorteil dieser Zoom-Methode besteht darin, dass Bilddetails beim Vergrößern nicht verloren gehen. Der Nachteil ist jedoch auch offensichtlich.Aufgrund des begrenzten VolumensDa das Gerät nicht in der Lage ist, eine große Bandbreite an optischem Zoom durchzuführen, verwenden die Hersteller von Mobiltelefonen im Allgemeinen eine Kombination aus optischem und digitalem Zoom.

Fokus: Der Stimmspule-Motor bewegt die gesamte Linse direkt hin und her, so dass die Bildfläche des Objekts mit der lichtempfindlichen Fläche des Photorezeptors übereinstimmt.so ein klares Bild zu erhaltenDiese Methode ist der Fokussierungsprozess. Der Zweck ist, ein klares Bild zu erhalten.

Nachdem das Licht durch die Linse gegangen ist, gelangt es zuerst in die nächste Komponente - den Filter. Dieser Teil verarbeitet das Licht weiter und hat zwei Hauptzwecke:

Filterung von Infrarotstrahlen: Da der Photorezeptor einen Teil der unsichtbaren Infrarotstrahlen wahrnimmt, was die anschließende Bildverarbeitung beeinträchtigt,Ein Filter ist erforderlich, um diesen Teil der Infrarotstrahlen auszufiltern und nur sichtbares Licht durchzulassen.

Lichtkorrektur: Wenn das Licht durch die Linse geht, ist es nicht ganz parallel und vertikal zum Photorezeptor.Natürlich, wenn es nicht abgefangen wird., wird es eine gewisse Störung des Photorezeptors verursachen,Die physikalischen Polarisierungseigenschaften von Quarz halten direktes Licht und reflektieren schräge Teile, um zu vermeiden, dass nahegelegene lichtempfindliche Punkte beeinflusst werden, was den Bildgebungseffekt weiter verbessert.

Nach Filterung und Korrektur durch den Filter hat das einfallende Licht eine gewisse Stabilität.Es ist notwendig, die photoelektrische Umwandlung durch den Kernfotorezeptor des Kamerasystems durchzuführen..

Zu den Photorezeptoren auf Mobiltelefonen gehören hauptsächlich CCD und CMOS.CMOS hat sich zu einem weit verbreiteten Photorezeptor in diesem Bereich entwickelt.CMOS auf Mobiltelefonen verwendet immer noch eine Drei-Schicht-Struktur. , Mikrolinsen/Filter/photosensitive Schicht, ist die spezifische Definition wie folgt:

Die Mikrolinsen-Schicht wird hauptsächlich zur Erweiterung der Lichtempfangsfläche eines einzelnen Pixels verwendet.

Der vom Filter verwendete Bayer-Modus ist dem RGB-Modus ähnlich. Er verwendet RGB-Farbkomponenten, um den Grauwert der drei Kanäle jedes Pixels zu messen.basierend auf der Grundregel, dass das menschliche Auge auf Grün empfindlicher reagiert, Bayer Der Modus betont die grüne Komponente weiter und definiert die grünen Komponenten somit als Gr bzw. Gb, um die Farbe und Helligkeit des Bildes besser auszudrücken.

Die lichtempfindliche Schicht wird verwendet, um Photonen in elektronische Signale umzuwandeln.und sie dann in digitale Signale umwandeln durch die Verstärkungsschaltung und die analoge-elektrische Umwandlungsschaltung.

Der Kern der lichtempfindlichen Schicht ist eine lichtempfindliche Diode, und jede Diode enthält einen Verstärker und einen digital-analogen Umwandlungskreis.Obwohl es das Lesen in gewissem Maße beschleunigt, kann nicht garantiert werden, daß der Verstärkungseffekt jedes Verstärkers konsistent ist, so daß diese Konstruktion möglicherweise Lärm mit sich bringt.da CMOS zusätzliche Hardware-Schaltungen neben jeder Diode hinzufügt, wird es unweigerlich die lichtempfindliche Fläche reduzieren, so dass dieses Design den gesamten lichtempfindlichen Effekt beeinflussen wird.CMOS-Hersteller haben ein Hintergrundlicht eingeführtDieses Design platziert auf beiden Seiten der lichtempfindlichen Platte lichtempfindliche Pixel und Metallelektrodentransistoren, wodurch der Arbeitszyklus der Pixel verlängert wird, die Lichtempfindungsleistung erhöht wird,erhöht die Anzahl der PixelDer Bildgebungseffekt wird erheblich verbessert.

2. Bildverarbeiter
Der Implementierungsprozess des Bildprozessors auf dem Mobiltelefon ähnelt im Grunde dem des nicht-mobiltelefonischen Kamerasystems.Es umfasst hauptsächlich Hardware-Module wie IFE/BPS/IPE/JPEGSie sind jeweils für nicht-passende Bildverarbeitungsaufgaben verantwortlich.

IFE (Image Front End): Die Daten aus dem Sensor kommen zuerst zum IFE.und Demosaicing-Statistiken für Vorschau und Video 3A-Datenverarbeitung.

BPS (Bayer Processing Segment): Dieses Hardware-Modul wird hauptsächlich für die Entfernung von toten Pixeln, Phasenfokussierung, Demosaicing, Downsampling,HDR-Verarbeitung und hybride Geräuschreduktionsverarbeitung von fotografierten Bilddaten durch Bayer.

IPE (Image Processing Engine): Diese Hardware besteht hauptsächlich aus NPS und PPS und ist für Bildverarbeitungsaufgaben wie Hardware-Rauschreduzierung (MFNR, MFSR), Bildbeschneidung,Geräuschminderung, Farbverarbeitung und Detailverbesserung.

JPEG: Die Speicherung von Fotodaten erfolgt durch dieses Hardware-Modul für die Jpeg-Codierung.

Im Vergleich zu professionellen Kameras kennt das Publikum für Mobiltelefonkameras nicht viel professionelles Fotografiewissen.Aber diese Gruppe hat eine Eigenschaft, die sich offensichtlich von der Publikum für professionelle Kameras unterscheidetEs ist unnötig zu sagen, dass Mobiltelefonkameras als Ganzes für ihre Kompaktheit bekannt sind.aber in Bezug auf die Spielbarkeit, haben auch die großen Mobilfunkhersteller große Anstrengungen unternommen und viele Strategien zur Erweiterung der Spielbarkeit von Kameras angenommen, unter denen Multi-Shot ein klassisches Vergleichsbeispiel ist.

Die ersten Mobiltelefonkameras hatten im Allgemeinen eine einzige Rückkamera und waren weltweit beliebt.Mit der Entwicklung der Zeit und der zunehmenden Zahl junger Nutzer, wurde die Nachfrage nach Selfies stärker, und es gab auch technologische Durchbrüche in diesem Bereich. Daher nutzten die Hersteller des Mobiltelefons diesen Trend und führten einen Dual-Camera-Modus ein und fügten ein zusätzliches Kamera-Modul an der Vorderseite des Telefons hinzu, hauptsächlich für Selfies.Sie haben auch innovativ einen Schönheitsalgorithmus zum ISP hinzugefügt.Unmittelbar danach integrierten Mobiltelefonanbieter mehrere Module in Mobiltelefone, um die Fotografiebedürfnisse mehrerer Szenen zu erfüllen.Der Nächste., werden wir kurz das Multi-Kamera-System vorstellen.

Die heutigen Mobiltelefonkameras verwenden häufig mehrere Kamera-Module. Es gibt spezielle Makromodule für die Aufnahme von Miniaturlandschaften, Weitwinkel-Module für die Aufnahme von Weitwinkel-Szenenund Doppelkamerasysteme entwickelt, um spezifischen Bedürfnissen gerecht zu werdenAufgrund der rasanten Entwicklung der Dual-Camera-Technologie wurden viele ausgereifte Lösungen entwickelt.

Wie der Name schon sagt, verwendet die Dual-Camera-Technologie zwei Kamera-Module, um separat zu fotografieren,und verarbeitet sie durch spezifische Algorithmen, um sie zu einem Bild zu verschmelzen, um spezifische Anforderungen an die Bildgebung zu erfüllenIm Allgemeinen wird die aktuelle Dual-Camera-Lösung hauptsächlich zur Erreichung von Hintergrundverschwommenheit, zur Verbesserung der Bildqualität bei dunklem Licht/Nachtszene und zum optischen Zoom eingesetzt.Im Folgenden eine kurze Einführung:

a) Hintergrundverschwommenheit (RGB + RGB)
Um diesen Zweck zu erreichen, werden hauptsächlich zwei RGB-Kameramodule verwendet, um die Szene gleichzeitig abzubilden.Auf der Grundlage dieser Datenreihe, werden Vordergrund und Hintergrund getrennt, und dann durch den Unschärfe-Algorithmus zielt die Hintergrundunschärfe-Verarbeitung und schafft letztendlich einen verschwommenen Hintergrund-Bildgebungseffekt.Es ist erwähnenswert, daß aufgrund der Begrenzung des Triangulationsprinzips, müssen die beiden Kameramodule so kalibriert werden, dass die Bildflächen der beiden auf derselben Ebene liegen und die Pixel ausgerichtet sind.

b) Verstärkung des dunklen Lichts (RGB + MONO)

In einer dunkleren Umgebung ist der Aufnahmeeffekt oft unbefriedigend, so dass die Hersteller von Mobiltelefonen ein RGB und ein Schwarz-Weiß-Kamera-Modul (MONO) verwenden, um den dunklen Lichteffekt zu verbessern.Das spezifische Prinzip ist, dass, da die schwarz-weiße Kamera Modul gibt es keinen Bayer Filter, so dass bei dunklem Licht mehr Licht erhalten werden kann und dadurch mehr Bilddetails erhalten werden.Bezüglich der Bildqualität bei dunklem Licht, da auch die Bildgebung der beiden Kameramodule zusammengeschmolzen werden muss, ist eine Kalibrierung noch erforderlich, damit die beiden Kameramodule die Pixelausrichtung beibehalten können.

c) Optischer Zoom (Weitwinkel + Telefoto)

Der optische Zoom, wie zuvor eingeführt, kann den Zweck des Zooms erreichen, indem die Brennweite einer einzelnen Linse im Brennmotor angepasst wird.es ist oft unmöglich, einen größeren Zoombereich aus einem einzigen Kameramodul zu erhaltenDaher haben die Hersteller von Mobiltelefonen vorgeschlagen, zwei Kamera-Module mit unterschiedlichen Brennweiten (Wide-Angle und Tele) zu verwenden, um gemeinsam den Zweck des optischen Zooms zu erreichen.Das Prinzip besteht darin, das Weitwinkelmodul zur Darstellung einer Vielzahl von Szenen zu nutzen.Für ferne Szenen ermöglichen Modulwechsel und ausgezeichnete Fusionsalgorithmen eine relativ reibungslose Vergrößerung beim Fotografieren.

Aus der obigen Einführung können wir sehen, dass ein Kamerasystem aus einer Linse, einer Blende, einem Photorezeptor und einem Bildprozessor besteht.BrennmotorenDabei werden während des Entwicklungsprozesses Schritt für Schritt Komponenten hinzugefügt. Gleichzeitig sind bestimmte Hardware-Schnitte unvermeidlich, um das Kamerasystem in das Mobiltelefon einbinden zu können.Zum Beispiel:, wird die Blende häufig in der verstellbaren Form aufgegeben und eine feste Blende angenommen.Hauptströmung Fotorezeptoren auf Mobiltelefonen hauptsächlich CMOS verwendet wird, und der Fokusbereich des Fokusmotors wird aufgrund von Volumenbeschränkungen ebenfalls reduziert.Durch die kontinuierliche Entwicklung von Bildverarbeitungsschiffen und die kontinuierliche Optimierung von Algorithmen in den letzten JahrenIch glaube, dass in naher Zukunft,Die Bildwirkung von Mobiltelefonkameras wird vollkommen vergleichbar mit professionellen Kameras sein..