Estrutura básica e princípio de funcionamento do módulo de câmera

Estrutura básica do módulo de câmera

I. Estrutura da câmera e princípio de funcionamento

A cena é filmada através da lente, a imagem óptica gerada é projetada no sensor e, em seguida, a imagem óptica é convertida em sinal elétrico, que é convertido em sinal digital por meio da conversão de analógico para digital.O sinal digital é processado pelo DSP e depois enviado para o computador para processamento e, finalmente, convertido em uma imagem que pode ser vista na tela do telefone.

Função do chip de processamento de sinal digital (DSP): otimize os parâmetros do sinal de imagem digital por meio de uma série de algoritmos matemáticos complexos e transfira os sinais processados ​​para PCs e outros dispositivos por meio de USB e outras interfaces.quadro de estrutura DSP:
1、 ISP (processador de sinal de imagem)
1. ISP (processador de sinal de imagem)
2, codificador JPEG
2. Codificador JPEG
3, controlador de dispositivo USB
3. Controlador de dispositivo USB

Existem dois tipos de sensores de câmera comuns,

Um deles é o sensor CCD (Chagre Couled Device), ou seja, dispositivo de carga acoplada.
O outro é o sensor CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), ou seja, semicondutor de óxido metálico complementar.
A vantagem do CCD reside na boa qualidade de imagem, mas o processo de fabricação é complicado, o custo é alto e o consumo de energia é alto.Com a mesma resolução, o CMOS é mais barato que o CCD, mas a qualidade da imagem é inferior ao CCD.Comparado com o CCD, o sensor de imagem CMOS tem menor consumo de energia.Além disso, com o avanço da tecnologia de processo, a qualidade da imagem do CMOS também foi aprimorada continuamente.Portanto, todas as câmeras de celulares atuais no mercado usam sensores CMOS.

Estrutura simples da câmera do celular
Lente: reúna a luz e projete a cena na superfície do meio de imagem.
Sensor de imagem: o meio de imagem, que converte a imagem (sinal de luz) projetada pela lente na superfície em um sinal elétrico.
Motor: dirige o movimento da lente, de modo que a lente projete uma imagem nítida na superfície do meio de imagem.
Filtro de cores: A cena vista pelo olho humano está na faixa de luz visível, e o sensor de imagem pode reconhecer a faixa de luz mais do que o olho humano.Portanto, um filtro de cor é adicionado para filtrar o excesso de faixa de luz, para que o sensor de imagem possa capturar cenas reais vistas pelos olhos.
Chip de acionamento do motor: usado para controlar o movimento do motor e acionar a lente para obter foco automático.
Substrato da placa de circuito: Transmita o sinal elétrico do sensor de imagem para o back-end.
II.Parâmetros e substantivos relacionados
1. Formatos de imagem comuns
1.1 Formato RGB:
O tradicional formato vermelho, verde e azul, como RGB565 e RGB888;o formato de dados de 16 bits é R de 5 bits + G de 6 bits + B de 5 bits. G tem mais um bit porque os olhos humanos são mais sensíveis ao verde.
1.2 Formato YUV:
Luma (Y) + formato chroma (UV).YUV refere-se ao formato de pixel no qual o parâmetro de luminância e o parâmetro de crominância são expressos separadamente.A vantagem dessa separação é que ela não apenas evita a interferência mútua, mas também reduz a taxa de amostragem de croma sem afetar muito a qualidade da imagem.YUV é um termo mais geral.Por seu arranjo específico, pode ser dividido em vários formatos específicos.
Croma (UV) define dois aspectos da cor: matiz e saturação, que são representados por CB e CR, respectivamente.Entre eles, Cr reflete a diferença entre a parte vermelha do sinal de entrada RGB e o valor de brilho do sinal RGB, enquanto Cb reflete a diferença entre a parte azul do sinal de entrada RGB e o valor de brilho do sinal RGB.
Os principais formatos de amostragem são YCbCr 4:2:0, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:1:1 e YCbCr 4:4:4.
1.3 Formato de dados RAW:
A imagem RAW são os dados brutos que o sensor de imagem CMOS ou CCD converte o sinal da fonte de luz capturado em sinal digital.Um arquivo RAW é um arquivo que registra as informações originais do sensor da câmera digital e alguns metadados (como configurações ISO, velocidade do obturador, valor de abertura, balanço de branco, etc.) gerados pela câmera.RAW é um formato não processado e não compactado e pode ser conceituado como “dados codificados de imagem bruta” ou mais vividamente chamado de “negativo digital”.Cada pixel do sensor corresponde a um filtro de cor, e os filtros são distribuídos de acordo com o padrão Bayer.Os dados de cada pixel são enviados diretamente, ou seja, dados RAW RGB
Os dados brutos (Raw RGB) tornam-se RGB após a interpolação de cores.

Exemplo de imagem em formato RAW
2. Indicadores técnicos relacionados
2.1 Resolução da imagem:
SXGA (1280 x1024), 1,3 megapixels
XGA (1024 x768), 0,8 megapixels
SVGA (800 x600), 0,5 megapixels
VGA (640x480), 0,3 megapixels (0,35 megapixels referem-se a 648X488)
CIF(352x288), 0,1 megapixels
SIF/QVGA(320x240)
QCIF(176x144)
QSIF/QQVGA(160x120)
2.2 Profundidade de cor (número de bits de cor):
Escala de cinza de 256 cores, 256 tipos de cinza (incluindo preto e branco).
Cor de 15 ou 16 bits (cor alta): 65.536 cores.
Cor de 24 bits (cor verdadeira): Cada cor primária tem 256 níveis e sua combinação tem 256*256*256 cores.
Cor de 32 bits: Além da cor de 24 bits, os 8 bits extras são usados ​​para armazenar os dados gráficos da camada sobreposta (canal alfa).
2.3 Zoom óptico e zoom digital:
Zoom óptico: Aumente/diminua o zoom do objeto que deseja fotografar ajustando a lente.Ele mantém os pixels e a qualidade da imagem basicamente inalterados, mas você pode obter a imagem ideal.Zoom digital: Na verdade, não há zoom.Ele apenas tira a foto original e aumenta o zoom. O que você vê na tela LCD é ampliado, mas a qualidade da imagem não é substancialmente melhorada e os pixels são menores do que o máximo de pixels que sua câmera pode capturar.A qualidade da imagem é basicamente indigna, mas pode fornecer alguma conveniência.
2.4 Método de compressão de imagem:
JPEG/M-JPEG
H.261/H.263
MPEG
H.264
2.5 Ruído da imagem:
Refere-se ao ruído e interferência na imagem e aparece como ruído de cor fixa na imagem.
2.6 Balanço de branco automático:
Simplificando: a restauração de objetos brancos pela câmera.Conceitos relacionados: temperatura de cor.
2.7 Ângulo de visão:
Tem o mesmo princípio da imagem do olho humano, também conhecida como faixa de imagem.
2.8 Foco automático:
O foco automático pode ser dividido em duas categorias: uma é o foco automático de alcance baseado na distância entre a lente e o objeto, e a outra é o foco automático de detecção de foco baseado na imagem clara na tela de focagem (algoritmo de nitidez).
Observação: O zoom serve para aproximar objetos distantes.O foco é tornar a imagem nítida.
2.9 Exposição automática e Gama:
É a combinação de abertura e obturador.Abertura, velocidade do obturador, ISO.Gama é a curva de resposta do olho humano ao brilho.
III.Outra estrutura de câmera