카메라 기본 지식에 대한 깊이 있는 이해 (1)

1소개
카메라의 하드웨어 계층은 전체 프레임의 하위 계층으로서 하드웨어 모듈을 통해 객체 세계로부터 실제 빛과 그림자를 수신합니다.컴퓨터에 알려진 디지털 신호로 변환합니다., 일정 데이터 형식에 따라 지속적으로 안정적이고 이미지 효과를 제공합니다. 우수한 이미지 데이터, 전체 부분은 복잡하고 효율적입니다.우수한 하드웨어 기초는 카메라 프레임 전체의 기초와 같습니다 말할 수 있습니다. 좋은 기초가 있으면 초고층 빌딩을 짓는 것이 가능합니다. 다음으로 세부 사항에 대해 알아보겠습니다. 이 부분에서 각 구성 요소의 기본 상황을 소개합니다.

2기본 하드웨어 구조
오늘날 카메라 하드웨어 시스템은 복잡하지만, 자세히 연구하면, 핵심 부품은 실제로 렌즈, 광 수용체, 이미지 프로세서에 지나지 않는다는 것을 알게 될 것입니다.렌즈 는 빛 을 초점화 하기 위해 사용 된다, 광감각 장치는 광전력 변환에 사용됩니다. 다음으로, 우리는이 세 가지 구성 요소로 카메라 시스템의 세계를 탐구하기 시작할 것입니다.

1렌즈
시간 을 앞당겨서 우리 각자의 초등학교 시절로 돌아가 봅시다. 그 때 선생님이 우리에게 숙제를 맡겼습니다.작업은 작은 구멍 영상의 간단한 모델을 만드는 것이었습니다.이 간단한 모델은 제가 가장 잘 알고 있는 것 중 하나였습니다. 가장 원형적이고 간단한 영상 시스템이었죠.이 문제는 진짜 카메라와 접촉한 후에야 해결되었습니다.모든 것이 빛에 의해 발생한다는 것이 밝혀졌습니다.

작은 구멍 영상의 원리에 따르면 작은 구멍의 한쪽 끝은 빛의 원소이고 다른 끝은 영상 평면입니다.빛은 작은 구멍을 통과하고 비행기에 충돌수많은 광선이 이 평면으로 충돌하여 빛의 이미지를 형성하지만 문제가 있습니다. , 즉, 빛은 분산 경로에 따라 퍼집니다.빛의 특정 지점에서 방출 된 빛의 특정 빔은 작은 구멍을 통과 한 후 이미징 평면의 특정 지점에 도달 할 것입니다이 점에서는 또 다른 빛의 광선이 발산되는데,이는 최종 영상 효과에 영향을 미칩니다.그래서 이 문제를 해결하기 위해 렌즈가 발명되었습니다. 사실 렌즈는 우리가 일상 생활에서 접촉하는 웅덩이 렌즈입니다.그 근본적인 목적은 빛의 상호 간섭 문제를 해결하는 것입니다.그 원리는 선각 렌즈의 굴절 원리를 사용하여 같은 지점에서 빛을 돌리는 것입니다. , 한 지점으로 다시 융합하여 이미징 효과를 크게 향상시킵니다. 여기서 다시 융합하는 지점은 렌즈 뒤에 있는 광원 지점의 이미지 지점입니다.빛의 원천 지점이 계속 변하면서, 그 이미지 포인트는 그에 따라 변합니다. 그래서 우리는 종종 무한한 거리에서 빛을 렌즈를 통해 통과합니다.그리고 초점에서 렌즈의 중심까지의 거리는 초점 거리라고 합니다.렌즈가 만들어지면 초점 거리가 결정됩니다.

2셔터
완성된 렌즈의 경우, 렌즈의 지름은 마음대로 조절할 수 없으므로, 개막이라고 불리는 구성 요소가 추가됩니다.이 구성 요소는 일반적으로 규칙적인 다각형 또는 원형 구멍 모양 격자 사용렌즈는 격자 열기와 닫는 크기를 조정하여 제어됩니다. 그러나 입력되는 빛의 순간적 양은전체 빛의 양을 제어하기 위해 오프처에만 의존하는 것은 충분하지 않습니다.. 노출 기간 을 결정 하는 셔터 라는 또 다른 부품 이 필요 합니다. 원래 셔터 는 렌즈 앞 에 덮개 를 조정 함 으로 조정 됩니다.시대의 흐름에 따라, 셔터는 이제 기계적인 셔터를 포함하여 여러 구현 방법을 도출했습니다.그것은 단지 스프링이나 다른 기계 구조를 사용하는 셔터 구조이며, 전기를 구동하고 속도를 제어하는 데 의존하지 않습니다.. 전자 셔터, 셔터 구조는 모터와 자석을 통해 전기 드라이브에 의해 제어됩니다. 전자 절단 셔터는 기계 구조가 전혀없는 셔터 구조입니다.높은 셔터 속도와 빠른 충격 캡처 주파수, 그러나 단점은 꽃을 강조하는 경향이 있다는 것입니다.

열개는 빛의 임시 양을 조절하고, 셔터는 노출 시간을 조절합니다.들어오는 빛의 양을 조절하는 목적이 달성됩니다., 따라서 장면의 빛과 그림자 효과를 더 정확하게 재생하고 과도한 노출을 피하여 전체 이미지 품질을 크게 향상시킵니다.

3포커스 모터
앞서 언급했듯이, 부딪히는 빛선은 렌즈를 통과하여 이미지 포인트라고 불리는 지점에 도달한 후 피침 모양의 경로로 융합되어 피침 모양으로 분리가 됩니다.같은 거리에서 방출되는 모든 빛선은 각각의 점에 가까워질 것입니다.이 평면은 일반적으로 이미지 평면이라고 불립니다. 이 평면은 모든 이미지 포인트의 회합이기 때문에비행기에서 이미지가 명확합니다., 그리고 지금 오늘의 중점의 본질은 렌즈를 이동하여 이미지 평면 광감각 장치의 평면과 일치, 따라서 광감각 장치에 명확한 이미지를 형성.일반적으로, 초점을 맞추는 것은 렌즈를 수동으로 움직임으로써 이루어질 수 있지만, 더 일반적으로, 이것은 초점 모터라고 불리는 장치에 의해 이루어집니다.수동으로 렌즈를 조정하는 것 외에도 초점을 맞추는 작업을 완료, 더 주류 방법은 이제 자동으로 렌즈를 움직여 중점 작업을 완료하는 것입니다. 기술의 지속적인 발전과 함께,오늘날의 집중은 자동 집중 전략을 개발했습니다., including phase focusing and contrast. 집중. 기본 원칙은 사진 평면이 광 수용체의 빛 민감 평면과 일치하도록 렌즈를 앞뒤로 조정하는 것입니다.따라서 명확한 영상 효과를 형성합니다.또한, 더 복잡한 카메라 시스템에서는 더 나은 이미지 품질을 얻기 위해, 여러 렌즈 조합이 일반적으로 사용됩니다.색상 편차를 제거 할 수 있습니다.두 번째로, 렌즈 사이의 거리를 모터를 통해 조정하여 동적으로 수정 할 수 있습니다. 렌즈 그룹의 전체 초점 거리는 더 복잡한 장면의 이미지 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.

d) 광 수용체 (센서)
앞서 언급했듯이, 렌즈의 기능은 광선을 수집하여 이미지 평면을 형성하는 것입니다. 하지만 어떻게 이 소위 이미지 평면을 컴퓨터가 알고 있는 이미지 정보로 변환할 수 있을까요?이것은 여기에 광 수용기를 사용해야 합니다. 광 수용체는 현대 사회의 독점적인 발명품이 아닙니다. 사실, 이 개념은 19세기 초에 유럽에 이미 존재했습니다.프랑스인 니프스는 라벤더 오일을 첨가하기 위해 아스팔트를 사용했습니다., 그리고 주석 진료 합금판을 필름 베이스로 사용해서, 그는 창문 밖의 장면을 촬영했습니다.그리고 여기 있는 아스팔트는 라벤더 오일과 섞여서 단순한 광감각 물질입니다.1888년, 미국 코닥 회사는 새로운 유형의 광감각 물질, 부드럽고 재접속 가능한 필름을 생산했습니다.이것은 광감각 물질의 질적 도약이었습니다.. 1969년 벨 연구소에서, CCD 디지털 광감각 장치가 발명되었고, 전체 광감각 기술을 디지털 시대에 밀어 넣었습니다.대규모 대량 생산을 촉진한, 시대가 요구하는대로 등장하여 이미지 시스템을 더 작은 크기로 밀어붙였습니다. 더 나은 방향으로 큰 발전을 거듭했습니다. CMOS 기술이 계속 발전함에 따라,그것은 점차적으로 CCD를 대체하여 명백한 장점으로 카메라 시스템에서 광감각 장치의 주류가되었습니다.

4IR 필터
광감각성 물질의 특성상, 적외선 빛의 일부와 같은 가시광선 파장 범위에서 빛을 감지합니다.적외선 빛의 이 부분은 보이지 않기 때문에, 그것은 우리에게 실용적인 사용 (물론, 이것은 절대적인, 어떤 경우에는 적외선 정보를 수집하는 것이 필요합니다) (밤 비전 카메라와 같이),그리고 후속 ISP 처리에 방해가 될 수 있습니다., 그래서 적외선을 필터링하고 적외선 간섭을 피하고 들어오는 빛을 수정하기 위해 필터를 사용하는 것이 종종 필요합니다.필터는 일반적으로 간섭형 IR/AR-CUT로 나?? 다., 간섭 파괴성의 원리를 사용하여) 및 흡수 유형의 유리 (전광 흡수 원리를 사용하여).

5플래시
어두운 빛 환경에서의 촬영 필요와 같은 일부 특수 장면에서 빛 부족 자체로 인해 충분한 광 민감성 작업이 완료 될 수 없습니다.정상적인 촬영 필요를 얻기 위해, 외부 충전 조명이 추가 조명 보상으로 종종 필요합니다. 이를 기반으로 플래시 램프가 탄생했습니다. 휴대 전화의 경우 주로 두 가지 유형으로 나뉘어 있습니다.젠론 램프 및 LED 램프LED 플래시 램프는 낮은 전력 소비와 작은 크기의 장점을 가지고 있기 때문에 휴대 전화 플래시 램프의 주류 선택입니다.많은 휴대 전화는 이제 두 가지 색상 플래시 전략을 채택이색 플래시는 환경의 필요에 따라 두 개의 빛의 강도를 조정할 수 있으며, 이는 자연광의 효과에 더 가깝게 접근 할 수 있습니다.단 한 번의 플래시와 비교하면, 강도가 향상되고 색 온도 또한 일반 이중 플래시보다 높습니다. 더 정확하게 말하면 전체 효과는 더 좋습니다.

6이미지 프로세서 (ISP)
광감각 장치가 광전력 변환을 완료 한 후에는 데이터가 이미지 프로세서에 전달됩니다. ISP가 수행해야 할 첫 번째 단계는 어두운 전류 소음을 제거하는 것입니다.암흑 전류 소음이란 무엇인가요?? 이것은 광감각 장치에서 시작합니다. CCD/CMOS의 경우, 모두 광감각에 일반적으로 사용되지 않습니다.그 중 일부는 특별히 차단되어 광감각이 없을 때 어두운 전류를 수집하는 데 사용됩니다.이렇게하면 어두운 전류로 인한 소음을 제거합니다.

렌즈의 다른 굴절 지수 특성으로 인해 시장이 서서히 증가함에 따라 렌즈를 통과 할 수있는 기울기 빔은 점차 감소합니다.가장자리에보다 이미지의 중심에서 더 높은 밝기를 가져옵니다. 이 현상은 광학에서 발생합니다. 그것은 시스템에서 비네이팅이라고합니다. 분명히,이 차이가 이미지를 비자연적으로 만들 것입니다, 그래서 ISP는 다음이 이 오차를 수정해야합니다.수정 알고리즘은 렌즈 그림자 수정입니다. 특수한 원리는 이미지 중간에 밝기를 균일하게 만드는 것입니다. 지역을 중심으로 삼아 각 지점에서 희소화로 인한 이미지 어두움의 속도를 계산합니다.따라서 세 개의 RGB 채널의 보상 인수를 계산합니다., 그리고 이 보상 요인을 바탕으로 이미지를 수정합니다.

그 후, 광감각 장치가 빛 수집을 위해 빨간색, 녹색, 파란색의 세 가지 기본 색상을 사용하기 때문에, 데이터는 일반적으로 모자이크와 같은 배열 효과를 나타냅니다.디모자이크 처리 완료가 필요합니다.기본 원리는 어떤 인터폴레이션 알고리즘을 통해 픽셀의 색상 구성 요소가 부근 색상 구성 요소로부터 추측됩니다.그리고 각 픽셀의 진정한 색상 효과는 복원됩니다, 이를 통해 진정한 색을 가진 이미지 데이터를 형성하고, 현재 데이터 형식은 RAW 데이터 형식입니다. , 즉, 가장 독창적인 이미지 데이터입니다.

광 수용체가 광 전기 변환을 수행 할 때, 각 링크는 특정 오차를 생성하고, 이 오차는 결국 소음 형태로 표현됩니다. 따라서,이 무관한 정보에 대한 소음 감소 처리를 수행해야합니다 - 소음현재는 양방향 필터와 같은 비선형 단화 알고리즘이 주로 사용됩니다. 샘플링을 할 때 공간 거리의 픽셀 사이의 관계뿐만 아니라하지만 또한 픽셀 사이의 유사도 고려됩니다., 따라서 원본 이미지의 일반적인 블록 분할을 유지합니다. 가장자리 정보에 잘 적용됩니다.

더 많은 소음을 줄이면서 ISP는 화면의 화이트 밸런스를 처리해야 합니다.RGB 구성 요소의 값은 특정 비율에 따라 조정해야합니다., 그래서 광 수용체에서 흰색은 여전히 흰색으로 보입니다. . 화이트 밸런스는 수동 화이트 밸런스를 사용할 수 있습니다. 이는 세 가지 색상 구성 요소 사이의 비례 관계를 수동으로 조정함으로써 화이트 밸런스의 목적을 달성합니다. 더 일반적으로,자동 화이트 밸런스 처리여기, ISP는 자동 화이트 밸런스의 임무에 책임이 있습니다. 현재 이미지는 각 색 구성 요소의 비례 관계를 얻기 위해 분석됩니다.그리고 그 다음 영상 효과를 조정합니다.

화면 화이트 밸런스를 조정 한 후 색상의 오류를 추가 조정해야합니다. 여기서 오류는 주로 필터의 색상 블록 사이의 색상 침투로 인해 발생합니다. 일반적으로,튜닝 과정에서, 카메라 모듈에 의해 캡처 된 이미지는 표준 이미지와 비교됩니다. 비교를 통해 수정 행렬이 얻습니다.ISP는 이 매트릭스를 사용하여 캡처된 이미지에 이미지 색상 수정 작업을 수행합니다., 따라서 촬영 현장의 진정한 색상을 복원하는 목적을 달성합니다.

위는 이미지 프로세서의 몇 가지 기본 기능의 간략한 목록입니다. 각 제조사가 생산하는 ISP가 다르지만 기본적으로 위의 단계를 포함합니다.그것은 이미지 프로세서가 전체 개선하기 위해 사용된다는 것을 볼 수 있습니다 카메라 시스템의 영상 효과를.