카메라 기본 지식에 대한 깊이 있는 이해 (2)

3휴대전화 카메라에 대한 소개

여기에 이미지 설명을 삽입합니다.

휴대전화 카메라 시스템은 크기와 전력 소비의 한계 때문에 전문 카메라와 다를 수 없습니다.더 큰 렌즈로 쉽게 교체 할 수 있으며 더 큰 CCD/CMOS 광 민감 장치가 추가 될 수 있습니다.더 강력한 이미지 처리 모듈이 탑재되었기 때문에 휴대 전화에 대한 공간이 그리 크지 않습니다.주요 휴대 전화 제조업체는 여전히 제한된 공간과 배터리 수명을 사용하여 카메라 시스템을 일부 분야에서 전문 카메라와 비교 할 수 있습니다.다음으로, 크기가 작지만 높은 전력을 가진 이 카메라 시스템을 간단히 소개해 보겠습니다.

그림과 같이, 휴대 전화의 카메라 시스템은 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 하나는 카메라 모듈이고 다른 하나는 이미지 프로세서 ISP입니다.카메라 모듈은 광 전기 변환에 사용됩니다, 그리고 이미지 프로세서는 이미지가 처리되기 전에 도입되었습니다. 다음으로, 두 이동 전화에서 실행하는 방법을 살펴보자.

1카메라 모듈
크기 제한으로 인해 휴대 전화 카메라 모듈은 종종 매우 섬세하고 컴팩트하게 만들어지며 주로 렌즈, 초점 모터, 필터 및 센서를 포함합니다.

휴대 전화 의 렌즈 는 일반적으로 여러 가지 렌즈 를 조합 하여 염색 변형을 제거 한다. 휴대 전화 의 렌즈 는 예외 가 아니다.대부분의 재료는 유리와 플라스틱의 조합입니다.플라스틱 렌즈는 저렴한 비용으로 저렴한 애플리케이션에 적합합니다. 제품 내 카메라 시스템에 대해 유리 일반적으로 더 높은 이미지 품질을 가지고 있습니다.하지만 가격은 플라스틱 렌즈보다 약간 높습니다.이 렌즈의 특징은 다음과 같습니다.

시야장 FOV, 이 매개 변수는 렌즈를 통해 촬영할 수 있는 장면의 범위를 나타냅니다. 일반적으로, FOV가 클수록 볼 수 있는 장면의 범위가 넓어집니다.하지만 심각한 왜곡을 일으킬 수 있습니다.. 포스트 스테이지 왜곡 수정 알고리즘은 일반적으로 장면을 수정하는 데 사용됩니다. 큰 FOV로 인한 왜곡을 수정합니다.

초점 F는 렌즈의 주축에 평행한 모든 광선이 회전하는 지점을 초점이라고 부릅니다.그리고 초점에서 렌즈의 중심까지의 거리는 여기서 초점 거리입니다일반적으로 초점 거리가 커질수록 렌즈의 초점 거리는 작습니다. 초점 거리가 짧을수록 초점 거리는 커집니다.

오프레이션 값 f 는 렌즈 의 초점 거리 와 실제 오프레이션 지름 의 비율 로 지정 된다. 이 값 이 작을수록 들어오는 빛의 양 이 커진다.휴대 전화 의 렌즈 는 일반적으로 f/2 의 고정 된 개도 를 사용 한다.0.

다음으로는 주로 휴대 전화에 사용되는 초점 모터입니다. 렌즈 조절을 용이하게 하기 위해 렌즈 전체가 일반적으로 모터 모듈에 통합됩니다.메인보드는 I2C 버스를 통해 모터를 구동하는 명령을 전송렌즈를 움직이고 조정하여 초점이나 확대할 수 있도록, 여기서 우리는 간단히 음성 코일 모터를 소개합니다.

보이스 코일 모터는 전자제품에서 보이스 코일 모터라고 불린다. 보이스 코일이라고 불리는 이유는 그 구현 원리가 스피커와 비슷하기 때문이다.그것은 영구적인 자기장의 내부에 있으며 모터에 코일의 DC 전류를 변경. 그것은 스프링 잎의 상승 위치를 제어 하 고, 그 다음 집중 또는 확대 달성 하기 위해 위아래로 이동 하기 위해 렌즈를 드라이브. 그것의 높은 감수성 및 높은 정확성 때문에,그것은 휴대 전화의 주류 집중 구성 요소가되었습니다..

휴대 전화에서 음성 코일 모터의 사용은 일반적으로 두 가지 모드로 나뉘어 있습니다. 하나는 확대하고 다른 하나는 중점화합니다. 두 가지의 원칙과 목적은 다릅니다.

줌: 모터는 렌즈 그룹의 특정 렌즈의 움직임을 조절하여 전체 렌즈의 초점 거리를 변화시켜 시야의 변화를 유발합니다.따라서 장면을 확대하고 축소하는 목적을 달성이 방법은 흔히 광학 확대라고 합니다. 이 확대 방법의 장점은 확대 과정에서 이미지 세부 사항이 손실되지 않는다는 것입니다. 그러나 단점도 분명합니다.부피의 제한 때문에, 그것은 광학 줌의 넓은 범위를 수행 할 수 없습니다. 따라서, 휴대 전화 제조업체는 일반적으로 광학 및 디지털 줌의 조합을 사용합니다.

초점: 음성 코일 모터는 렌즈 전체를 앞뒤로 움직여서 객체의 이미지 평면과 광 수용체의 광 민감 평면이 일치하도록 합니다.따라서 명확한 이미지를 얻을 수 있습니다.이 방법은 초점화 과정입니다. 목적은 명확한 이미지를 얻는 것입니다.

빛 은 렌즈 를 통과 한 후, 먼저 다음 구성 요소 인 필터 로 들어갑니다. 이 부분 은 빛 을 더 처리 하며 두 가지 주요 목적 을 가지고 있습니다.

적외선 필터링: 광 수용기는 보이지 않는 적외선 중 일부를 감지하기 때문에 후속 이미지 처리에는 방해가 됩니다.적외선 광선의 이 부분을 필터링하여 가시광선만 통과하도록 필터가 필요합니다..

빛 을 교정 하는 것: 빛 이 렌즈 를 통과 한 후, 그 빛 은 모두 광 수용체 에 평행 하고 수직 이 되지 않는다. 또한 직접적이지 않은 많은 빛선 이 있다.분명히, 만약 그것을 가로채지 못한다면, 그것은 광 수용체에 특정 간섭을 일으킬 것입니다,그래서 필터가 사용 됩니다. 쿼츠의 물리적 양극화 특성은 직접 빛을 유지 하 고 근처 광 민감 한 점에 영향을 미치지 않도록 기울기 부분을 반사, 영상 효과를 더욱 향상시킵니다.

필터에 의해 필터링 및 수정 후, 충돌 빛은 일정 안정성을 가지고 있습니다.카메라 시스템의 핵심 광 수용기를 통해 광 전기 변환을 수행해야합니다..

휴대 전화의 광 수용체는 주로 CCD와 CMOS를 포함한다. 그러나, 높은 비용과 큰 크기 때문에, CCD는 휴대 전화에서 많이 사용되지 않는다.CMOS는 이 분야에서 주류 광 수용체가 되었습니다.휴대폰의 CMOS는 여전히 3층 구조를 사용합니다. , 마이크로렌즈/필터/광에 민감한 층, 구체적인 정의는 다음과 같습니다:

마이크로 렌즈 층은 주로 단일 픽셀의 빛 수신 영역을 확장하는 데 사용됩니다.

필터에서 사용하는 바이어 모드는 RGB 모드와 비슷합니다. 각 픽셀의 세 개의 채널의 회색 값을 측정하기 위해 RGB 색상 구성 요소를 사용합니다.인간의 눈은 초록색에 더 민감하다는 기본 규칙에 근거합니다., 바이어 모드는 녹색 구성 요소를 더 강조하여 녹색 구성 요소를 각각 Gr 및 Gb로 정의하여 이미지 색상과 밝기를 더 잘 표현합니다.

광감각층은 광자를 전자 신호로 변환하는데 사용됩니다.그리고 증폭회로와 아날로그-전기 변환회로로 디지털 신호로 변환합니다..

광감각층의 핵심은 광감각 다이오드이며, 각 다이오드에는 증폭기와 디지털에서 아날로그 변환 회로가 포함되어 있습니다.비록 읽기를 어느 정도 가속화시키지만, 각 증폭기의 증폭 효과가 일관성을 보장 할 수 없으므로이 설계는 소음을 가져올 수 있습니다.CMOS가 각 다이오드 옆에 추가 하드웨어 회로를 추가하기 때문에, 그것은 필연적으로 광감각 영역을 줄일 것입니다, 그래서이 디자인은 전체 광감각 효과에 영향을 미칠 것입니다. 이 디자인은 앞등화라고합니다. 이 문제를 해결하기 위해,CMOS 제조업체들은 뒷등을 가진 디자인을 도입했습니다.이 디자인은 광감각 픽셀과 금속 전극 트랜지스터를 광감각 팩의 양쪽에 배치하여 픽셀의 작업 주기를 증가시키고, 빛 감지 효율을 증가시킵니다.픽셀 수를 증가시킵니다., 신호와 소음 비율을 향상시킵니다. 영상 효과는 크게 향상됩니다.

2이미지 프로세서
휴대 전화에 이미지 프로세서의 구현 과정은 기본적으로 휴대 전화가 아닌 카메라 시스템과 비슷합니다.주로 IFE/BPS/IPE/JPEG와 같은 하드웨어 모듈을 포함합니다.. 그들은 각각 통과되지 않는 이미지 처리 작업에 책임이 있습니다. 다음 우리는 간단히 하나씩 소개합니다:

IFE (영상 프론트 엔드): 센서의 데이터 출력은 먼저 IFE에 도착합니다. 이 하드웨어 모듈은 일부 색상 수정, 다운 샘플링,미리보기 및 비디오 3A 데이터 처리를 위한 통계 및 demosaicing.

BPS (베이어 처리 세그먼트): 이 하드웨어 모듈은 주로 죽은 픽셀 제거, 단계 중점화, 디모자이싱, 다운 샘플링,HDR 처리 및 바이어의 하이브리드 소음 감축 처리 사진 이미지 데이터.

IPE (영상 처리 엔진): 이 하드웨어는 주로 NPS와 PPS로 구성되어 있으며 하드웨어 노이즈 감축 (MFNR, MFSR), 이미지 절단,소음 감축, 색상 처리, 그리고 세부사항 향상.

JPEG: 사진 데이터의 저장은 jpeg 인코딩을 위한 이 하드웨어 모듈에 의해 수행됩니다.

전문 카메라에 비해 휴대전화 카메라의 관객들은 전문 사진에 대한 지식이 많지 않습니다.하지만 이 그룹은 분명히 전문 카메라의 관객과 다른 특징을 가지고 있습니다., 즉, 그들은 카메라의 휴대성과 재생성에 더 많은 관심을 기울입니다. 휴대성에 대해 말할 필요도 없습니다.하지만 플레이가 가능하다는 점에서, 주요 휴대 전화 제조업체도 많은 노력을 기울이고 카메라의 재생 가능성을 확장하기 위해 많은 전략을 채택했습니다. 그 중에서도 멀티 샷은 비교 클래식 사례입니다.

초기 휴대 전화 카메라는 일반적으로 하나의 후면 카메라를 가지고 있었고 전 세계적으로 인기가있었습니다.시대의 발전과 젊은 사용자들의 증가, 셀카에 대한 수요가 커졌고, 이 분야에서 기술적인 발전도 있었습니다. 따라서 휴대 전화 제조업체는 트렌드를 활용하여 두 개의 카메라 모드를 출시하여 셀카를 위해 휴대 전화의 앞면에 추가 카메라 모듈을 추가했습니다.그들은 또한 ISP에 혁신적인 아름다움 알고리즘을 추가했습니다., 이는 셀카 이미지 효과를 크게 향상 시켰습니다. 즉시 휴대 전화 제조업체는 여러 장면의 사진 요구를 충족시키기 위해 휴대 전화에 여러 모듈을 통합했습니다.다음, 우리는 간단하게 멀티 카메라 시스템을 소개합니다.

오늘날 휴대전화 카메라는 종종 여러 카메라 모듈을 사용합니다. 소형 풍경을 촬영하기 위한 전문 매크로 모듈, 광각 장면을 촬영하기 위한 광각 모듈,그리고 특정 필요에 맞게 개발된 듀얼 카메라 시스템듀얼 카메라 기술의 급속한 발전으로 인해 많은 성숙한 솔루션이 생산되었습니다.

이름에서 알 수 있듯이, 이중 카메라 기술은 두 개의 카메라 모듈을 사용하여그리고 특정 알고리즘을 통해 처리하여 특정 이미지 요구 사항을 충족시키기 위해 하나의 이미지로 융합합니다.일반적으로, 현재의 듀얼 카메라 솔루션은 주로 배경 흐름을 달성하고 어두운 빛 / 야간 장면 조건에서 이미지 품질을 향상시키고 광학 줌을 위해 사용됩니다.다음은 짧은 소개입니다.:

a) 배경의 희미화 (RGB + RGB)
이 목적을 달성하기 위해 두 개의 RGB 카메라 모듈이 주로 동시에 장면을 이미지화하는 데 사용됩니다. 삼각법칙은 각 지점의 필드 데이터의 깊이를 계산하는 데 사용됩니다.이 일련의 데이터에 의존하여, 앞면과 뒷면이 분리되고, 그 다음 흐릿한 알고리즘을 통해 배경 흐릿한 처리를 목표로 하고 궁극적으로 흐릿한 배경 영상 효과를 만듭니다.삼각법칙의 한계 때문에, 두 카메라 모듈은 두의 이미지 평면이 같은 평면에 있고 픽셀이 정렬되도록 캘리브레이션해야합니다.

b) 어두운 빛 강화 (RGB + MONO)

어두운 환경에서 촬영 효과는 종종 만족스럽지 않으므로 휴대 전화 제조업체는 RGB와 흑백 카메라 모듈 (MONO) 을 사용하여 어두운 빛의 영상 효과를 향상시킵니다.특정 원리는 블랙 화이트 카메라 모듈이 바이어 필터가 없기 때문입니다., 그래서 어두운 빛 조건에서 더 많은 빛을 얻을 수 있으며, 따라서 더 많은 이미지 세부 사항을 보존 할 수 있습니다. RGB 카메라 모듈의 색상 구성 요소와 결합하면 이것은 더 잘 보장 될 수 있습니다.어두운 빛 아래의 이미지 품질에 관하여, 두 카메라 모듈의 이미징도 융합되어야하기 때문에 두 카메라 모듈이 픽셀 정렬을 유지할 수 있도록 캘리브레이션 작업이 여전히 필요합니다.

c) 광학 확대 (대각 + 텔레 포토)

앞서 소개된 광학 확대 (optical zoom) 는 초점 모터에서 단일 렌즈의 초점 거리를 조정함으로써 확대의 목적을 달성 할 수 있습니다. 그러나 부피 제한으로 인해,단일 카메라 모듈에서 더 큰 확대 범위를 얻는 것은 종종 불가능합니다.따라서 휴대폰 제조업체는 광학 확대의 목적을 공동으로 달성하기 위해 서로 다른 초점 길이를 가진 두 개의 카메라 모듈 (위드 앵글 및 텔레 포토) 을 사용하는 것을 제안했습니다.원리는 넓은 각도 모듈을 사용하여 광범위한 장면을 제시하는 것입니다.멀리 있는 장면에서 모듈 스위칭과 우수한 퓨전 알고리즘은 사진을 찍을 때 비교적 원활한 확대 작업을 달성합니다.

위의 소개에서, 우리는 카메라 시스템이 렌즈, 개도 셔터, 광 수용기, 이미지 프로세서로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.집중 모터, 플래시 등은 개발 과정에서 점차 추가됩니다. 부품. 동시에, 휴대 전화에 카메라 시스템을 내장하기 위해, 특정 하드웨어 절단 불가피합니다.예를 들어, 오프서는 종종 조절 가능한 형태로 포기되고 고정 된 오프러를 채택합니다. 또한 크기 및 배터리 수명 제한으로 인해휴대전화에서 주로 CMOS를 사용하는 일반 광 수용기하지만 하드웨어가 상당한 제한을 받더라도,최근 몇 년 동안 이미지 처리 칩의 지속적인 개발과 알고리즘의 지속적인 최적화, 휴대전화 카메라 시스템은 실제로 점차적으로 전문 카메라와의 격차를 좁혀가고 있습니다.휴대전화 카메라의 영상 효과는 전문 카메라와 완전히 비교될 것입니다..