手機攝像模組相關(guān)知識

1、無錫凱爾科技有限公司_專業(yè)手機攝像模組制造商 毎W1豈手機攝像模組相關(guān)知識編寫：丁建宏2008.08.11CCM的基本構(gòu)成Stiffer/PhotonsMkrolonsCclor FilterPtiotodlodPSificcnMot al Opaque LayerSensor是數(shù)碼相機用來感光成像的部件，相當(dāng)于 光學(xué)廟統(tǒng)相機申的膠卷。sensor感光器有CCD和CMOS兩種，大部分手機攝像 頭的感光器是CMOS感光器。CCD與CMOS區(qū)別一luBJnwEtatab.sLast row readPhotodetectorActive- amplifierFirst row readAB ocr

2、tput amplifierCMOS框架圖CCD的框架圖CCD與CMOS兩者都是利用感光二極管(photodiode )來進行光電轉(zhuǎn)換的技術(shù)，也就 是將影像從模擬表現(xiàn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，而瓦主要差異就在資料傳送方式的不同。CCD 影像感測器屮每一行中每一個畫素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個畫素中，并由最底 端部分輸出，再經(jīng)由影像感測器邊緣的放大器進行放大輸出，簡單的說，當(dāng)CCD表而接 受到因快門開啟，而從鏡頭進來的光線照射時，即會將光線的能量轉(zhuǎn)換成電荷，光線越 強、電荷也就越多，這些電荷就成為判斷光線強弱大小的依據(jù)。CCD與CMOS區(qū)別亠皿亠素中的電荷移動，“而T 竺P牛2 出叫h 度更鬲之外（需

3、那加EoWdrJb；高甕短嵩手MCig義篠倉測器的水平。這兩種不同感光元件在畫質(zhì)上表現(xiàn)造成差異的原因在于： CCD的特殊架構(gòu)可確保證影像資料在傳送時不會失真，各 個畫素的資料可匯聚至邊緣再進行放人處理；而CMOS架 構(gòu)之下，資料在傳送距離較長時會產(chǎn)生噪音，也就是常見 的噪點，因此，必須預(yù)先做放大的動作，再整合各個畫素 的資料。而在功耗方面，CMOS影像感測器的影像采集方式為主動 式，感光三極管所產(chǎn)生的電直會直接由卑晶體放大喩出， 但CCD影像感測器為彳釆集，需外笳審壓讓每個畫卡辭計上的灘手機鏡頭結(jié)構(gòu).鏡筒(barre I)隔圈1隔圈2承座(Ho I der)5. 鏡片16. 鏡片

4、27. 濾光片1、鏡片的材料可分為:P(Plastic)和G (Glass) o2、組成(structure):VGA般有2P組成1. 3M 一般有3P、1G2P組成2. 0M 一般有3P、1G2P、1G3P、4P組 成3、鏡片分球面和非球面，手機鏡片一般都采用非球面設(shè)計，可消 除一定的球差，提高圖像的邊角解像力4、部件1、2、3、5、6等組合成的整體 叫做lens, lens和holder由配合螺紋 相連接。CCM的工作原理拜爾濾光片OOOUXJlJOXJ OU數(shù)字原始罔像ed1ee蘭 eeee e eeeee-吉eB eee相機處理單元000025525502552；50255255000

5、Q000025525502552:o0255255000:255025525502552552552:5255255:2552550255255025525502552552552 5525525 302552550255透鏡成像基本公式透鏡成像原理三條基本光線：1. 通過鏡心的光線不改變行徑2. 平行主軸的光線通過焦點光線能焦點f1之后會平行于 主光軸透鏡成像基本公式在焦距不變的情況下，改變像距，使更遠處的物體清晰 在Sensor表面成像，這也是Auto Focus模組的基本原理%入射平行光線像力IFII出射會聚光線磁頭像方焦距會聚光纟戈的反向延氏線9入射平行光線（或英 延長線）相交此點焦距

6、是鏡頭與入射光線在鏡頭后面聚焦的點之間的距離。 焦距是用毫米來度量的。如果一個鏡頭的焦距不是固定的（例如，變焦鏡頭），那么在相機的規(guī)格說明中焦距就會 表示為一個范圍。當(dāng)拉遠鏡頭以拍攝廣角的圖像時就使短 焦距，而當(dāng)拉近鏡頭以拍攝主題特寫時（攝遠鏡頭）時使 用長焦距。焦距固定的鏡頭，即定焦鏡頭；焦距可以調(diào)節(jié)變化的鏡頭， 就是變焦鏡頭。焦深與F （光圈）的關(guān)系f=50mm光圈容許錯亂圓F/1.8鏡頭,F/1 4F/29人孔徑焦深容許錯亂圓小孔徑焦深小光圈能得到更大的景深，由于手機攝像模組的焦距及光圈的限制，一般手機攝 像模組因體積的關(guān)系，光圈做得比較?。‵2.8）,這樣可以得到更大的景深。單個像索S

7、iKcon像索表啲的微透鏡手機CCM的容許錯亂圓c一般在Z3個像素。也就是說，當(dāng) 理想成像點落在相鄰的23個像素之間時，均能得到清晰的景深與焦深VN丿物距S、滾點距離df、厶以后焦深和前焦深分別作為理想成像點，對應(yīng)的物距為近點距離dn 和遠點距離df。dn與df這間的距離叫做景深，依焦深的概念，在此距離 范圍內(nèi)的物體均可以拍攝清晰。一這就是為什么定焦的模組其實能在 一定的距離內(nèi)成清晰的像的原因。1、容許錯亂圓決定了鏡頭的景深，也就是清晰的成像距離范圍。軽2、容許錯亂圓與芯片的pixel size有關(guān)，一般為2-3個pixel.3、同一感光面積的Sensor,更高的像素意味著更小Wpixel S

8、ize結(jié)合1、2,高像素的景深就相對較小了。需要改變 像距來拍攝更大范圍的景物。4、更高像素的sensor,需要更大的光圈來單個像素上的光強, 但手機由丁彳本積的血需1b光圈一般為固定（匸28）或是兩 檔。（F2.8/5.6）5、特殊的功能需求，如名片識別，對像素有要求，同時對 拍攝距離也有要求，定焦產(chǎn)品難以滿足。景深細解相機焦距外11/32/3廠焦距內(nèi)冷也景深與鏡頭焦距有關(guān)。焦距長的鏡頭，景深小，焦距短的鏡頭， 景深大。景深與光圈有關(guān)。光圈越小，景深就越深；光圈越大，景深就越 淺。其次，前景深小于后景深,也就是說,，精確對焦之后,對焦 點前面只有很短一點距離內(nèi)的景物能清晰成像，而對焦點后面很

9、 長一段距離內(nèi)的景物,都是清晰的光學(xué)防抖動技術(shù)一開啟光學(xué)防抖功能關(guān)閉光學(xué)防抖開啟光學(xué)防抖鏡頭移動鏡片通過錢片的移動逬行調(diào)整在不用三腳架的手持?jǐn)z影中，從生物學(xué)角度看攝影者總會產(chǎn)生不可避免的 微小晃動，這些微小的晃動在一段快門時間內(nèi)，往往會使光軸發(fā)生偏移， 從而導(dǎo)致照片模糊。尤其是在日暮時分和在室內(nèi)拍攝時，由于快門速度較 低，晃動產(chǎn)生的影響會更大。而防抖動功能就是通過光學(xué)透鏡或者CCD的 移動來補償這種“光軸偏移”，從而使晃動的影響減少，使畫面更加清晰光學(xué)防抖動技術(shù)二光學(xué)防抖動技術(shù)二3X 干 Itaw畑請啊處理as3?BUAm 我it所傳移彩覆勸電特11片務(wù)紡破頭客朗卅性乎&對曲期軸半按快門全按快

10、門珈光時間關(guān) ：超級光學(xué)穩(wěn)定器開松下的MEGA O.I.S.光學(xué)防抖機構(gòu)光學(xué)防抖動技術(shù)手機展示索愛 S0905ics手機CCM的分類及結(jié)構(gòu)基本分類FPOCONNECTOR雙排BTB按連接器及外形金手指Socket兩段對焦自動對焦按變焦能力定焦兩段對焦 自動對焦 光學(xué)變焦定焦攝像模組I AnsStiffer/定焦攝像模組，鏡頭位置與Sensor的相對距離 是固定的。自動對焦攝像模組自動對焦攝像模組機械式VCM模組VCM AF攝像模組自動對焦攝像模組通過 VCM (Voice Coi nM otor)推 動鏡頭位置的變化，實現(xiàn)對焦。液體鏡頭模組VariOptics Philips Samsu采用

11、VariOptics 的416型液體鏡頭模組液體鏡頭模組（LLCCM）是一種特殊的AF模組，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含一顆液態(tài)鏡 頭，在鏡頭兩個電極上加不同的電壓，鏡頭的表面屈光度會按一定規(guī)律變化， 從而改變了鏡頭的焦距。自動對焦模組一外部控制AF Camera-External ControlOptical PartsSensorVCMSensor的I2C總線和VCM DRIVER I2C總線并連，此種 連接方式在做AF動作的時候 ,需要外部的CPU進行控制 o圖像的清晰度判定也需要外 部的CPU來完成。Sensor I2C: SDA-SSCL-SSDADSCLDoVCMDriverICVCM Driv

12、er IC I2C: SDA-SSCL-S自動對焦模組一內(nèi)部控制AF Camera-External ControlOptical PartsSensorSensor的I2C總線獨立出來， VCM DRIVER I2C總線連在 sensor的GPIO口上，此種連 接方式在做AF動作的時候, 對焦動作由Sensor發(fā)出指令 完成，圖像的清晰度判定也 在sensor內(nèi)部完成。普通的Sensor沒有此功能的 ,OV3640QV3642均支持該 方式的對焦。VCM Driver ICVCM Driver IC I2C: SDA-SSCL-SVCMXr山 Mod y-JONO/VCJHStsslaSen

13、sor I2C: SDA-S、SCL-SSensor GPIO : GPIO1-SGPIO2-SS&QSd0ZOOM攝像模組傳統(tǒng)機械光學(xué)變焦ZOOM攝像模組600mm4。ZOOM攝像模組200mm12105mm |28mm50mm1 5mm4675110焦距與視角的關(guān)系通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發(fā)生變 化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運動的 時候，如下圖，視覺和焦距就會發(fā)生變化, 更遠的景物變得更清晰，讓人感覺像物體 遞進的感覺。機械光學(xué)變焦原理機械光學(xué)變焦原理電機透鍍 透鏡盤壬 組2組1快門透鏡機械光學(xué)變焦原理機械光學(xué)變焦原理籍輟靈組翳離噩翳菓從孵番鏡ZOOM手機展示ZOOM手機展示三星

14、G800/G808NOKIA N93/N93i索愛 S0905ics天宇C700夏普903SHZOOM攝像模組非機械光學(xué)變焦ZOOM攝像模組ZOOM攝像模組群組式特殊足位透鏡配合專用的算法，可以實現(xiàn)ZOOM的效果。結(jié)構(gòu)與定焦類似，功能強, 體積小。 Micro-le nsColor filterWafer layer傳統(tǒng)的機械ZOOM面臨問題低倍光學(xué)變焦（一般是三倍）放大效果有限。高倍光變模組設(shè)計復(fù)雜，成本較高，體積巨大。手機的便攜性及穩(wěn)定性要求奩光變模式下必、須有光學(xué)防抖 技術(shù)，這一技術(shù)百冃只有少數(shù)的日系廣家掌握。光變帶來Sensor成像角變化，對Sensor要求較高，普通 的Sensor效

15、果差，在長焦端會有很大的色差及相差，圖像 會模糊。高分辨率AF模組的沖擊。800萬像素以上的AF鏡頭，配合 數(shù)碼變焦，同樣可以獲得較好的有效像素。右圖 Sensor成像角太小，導(dǎo)致紅色 光線無法聚焦在Sensor上，相差較大 ，圖像模糊。Xenon閃光燈模組數(shù)碼相機內(nèi)帶的閃光燈通 ?？梢哉樟?10英寸（約三 米左右）的距離.手機使用的Xenon照亮距離 一般為1米5米左右。手機攝像模組的發(fā)展趨勢像素發(fā)展趨勢30萬11M1.3M34MAF+ZOOM二Video2M+AF/68萬Maccf1.3M+.11A叼手機攝像模組發(fā)展趨勢Kyocera4SEIKO%M.3MH8mmCMOS VGA/34MA

16、F+ZOOM%.5n, 1MvSany6z 1/7”, VGA 18x9.9x5.4mm-SanyoK51M,Mecha nicalShutter,! 7x11x7.6mm%，J CCDVGAx 1/7n CCDz CIRXCCD1.3Mx叮SamsuffgHMM 2x zoom. AF. 1M2.8x19.5x17.5mm dr GikoSEIKO h 二 7.05mm,AF,200mA for 2M 2x zoom.1/9,s:18 steps,K-FDK FCU1 O3h7.Zmm#160mAAF，0.38W/3VMac nica&FP2xzocn爲(wèi)p呀”，1MH9.7mmSHARP%.

17、72M? Matsushita0=5.6,2M%” CCD / 眾%” CMOS.3MA KERRsqence凱爾 Road Map20072007200820082008All The Picture is Referenee20082009定焦手機攝像模組產(chǎn)品介紹定焦手機攝像模組產(chǎn)品介紹普通定焦模組(FF CCM),制作成本較低，調(diào)試方便,成像效果一般,常用于對拍照功能不苛刻手機。以下最小規(guī)格:FPC*CONNECTOR像素芯片最小尺寸cm量產(chǎn)能力CIFOV66805*5*3.5量產(chǎn)OV66904.5*4.5*2.8量產(chǎn)VGAOV76706*6*3.7童產(chǎn)OV76805*5*3.7量產(chǎn)OV

18、76904.5*4.528Sample1.3MOV96558*8*5.7量產(chǎn)OV96568*8*5.7量產(chǎn)OV96606*6*4.0量產(chǎn)2.0MOV26408*8*5.0量產(chǎn)OV26506.5*6.5*4.4Sample3.0MOV36408*8*5量產(chǎn)OV36428*8*5SampleFPC With LightFPC+GOLD FINGERPCB * Connector自動微距手機攝像模組產(chǎn)品介紹原理，用一組線圈控制鏡頭的近焦和遠焦，實現(xiàn)近景和AutoMacro實現(xiàn)微拍功能的模組。AMF是通過電磁遠景的切換。使用時，只要在控制引腳加上高電平或低電平，鏡 頭就會遠近伸縮移動。AMF只能控制兩

19、個對焦點。像素芯片最小尺寸cm近景范圍遠景范圍量產(chǎn)能力2.0MOV26409*9*5.48cm-40cm60cm-INF量產(chǎn)自動對焦手機攝像模組嚴(yán)品介紹自動對焦模組（AFCCM）是成像最好的模組，其動作原理和相機的工作 原理類似，鏡頭安裝在一個對焦馬達上，通過驅(qū)動馬達的移動，實現(xiàn)鏡頭的 伸縮，對焦過程：二通過實時檢測圖像的清晰度，自動調(diào)節(jié)鏡頭的調(diào)焦距離，如果不清晰就驅(qū) 動對焦馬達（VCM）調(diào)節(jié)鏡頭的BFL實現(xiàn)，直到圖像最佳，AFCCM的鏡 頭景深可以實現(xiàn)連續(xù)變化，這樣不論物體的遠近，AF CCM都能拍攝很好 的成像效果。1=在高端產(chǎn)h開發(fā)方面，凱爾一直走在前列，目前AutoFocus產(chǎn)品已實現(xiàn)

20、 量產(chǎn)能力，AutoFocus的生產(chǎn)線也已完成，并已進行了數(shù)次小批量及批量 生產(chǎn)。以下最小規(guī)格：自動對焦手機攝像模組嚴(yán)品介紹自動對焦手機攝像模組嚴(yán)品介紹像素芯片尺寸cm拍攝范圍量產(chǎn)能力1.3MOV966010*10*6.08cm-INFSample2.0MOV264010*10*6.08cm-INF量產(chǎn)OV265010*10*6.08cm-INF量產(chǎn)3.0MOV364010*10*6.08cm-INF童產(chǎn)紅外手機攝像模組產(chǎn)品介紹FPC TypeSocket Type紅外攝像模組，用在特殊場合。在極低的照度 下能提供清晰的圖像。在低照度下圖像為黑白SPEC:Resolution: 640*480

21、pixelSensor: OV7725Sensor Size: 1/41Shape: Same as Custom Module Module Size: 8*8*4.5mm(W*L*H) Capture Distance: 30mm-INFmm Focus Distance: Can be customized Output: YUV/RGBDay LightDark Environment手機攝像模組影像測試影像評價指標(biāo)一影像測試分辨率測試模組的細節(jié)表現(xiàn)能力色彩還原測試對色彩的還原能力亮度均勻性圖像四角與中心亮度差顏色均勻性顏色的均度白平衡不同色溫下色彩還原能力灰階對圖像層次的還原能力信噪

22、比畫面潔凈度畸變畫面幾何失真性 FLARE對強對比度畫面的穩(wěn)定影像評價指標(biāo)二AutoFocus對焦范圍姿勢差畫面清晰度對焦準(zhǔn)確性I分辨率IS012233分辨率測試卡標(biāo)準(zhǔn)光源燈箱分辨率：相機模組對圖像細節(jié)的表現(xiàn)能力，越高越好。 由于Sensor由個個的像素組成，每顆sensor都有極限 分辨率FiaUotuURiO分辨率測試軟件HY Res3.1色彩還原CrfCoSrCtwcltf Coicw IWndrion OwtP1CTJ110JPG測試模組對標(biāo)準(zhǔn)色卡顏色的復(fù)現(xiàn)能力，測試壞境要求D65標(biāo)準(zhǔn)光源及專業(yè)軟件。 采用Lab色度空間，主要指標(biāo)為色差ac,亮度差A(yù)E,色彩飽和度Sat：Sat =.J

23、q *2 +* C 二 J(Q _ Q *)2 + (/? _ b *)2AE = J(L_ L+ (a _ q *尸 + (b_Z?*)?號為標(biāo)準(zhǔn)值亮度均勻性Lumirionce con(our)IMG 9875 IS01GOO f45PG采用多重鏡片組合設(shè)計的鏡頭，鏡片材質(zhì)、形狀 ,或多或少都會影響光線路徑和光量人小；理想 鏡頭于均勻光線下，自中心到邊緣的光分布應(yīng)為 相同，但實際上卻不容易做到，形成許多攝影人 員口中的暗角現(xiàn)象。亮度均勻性檢測，可以看出鏡頭中心到邊緣影像光線不均勻分布的情形Picwre Wmocv. Pro Light Fa toff settrsLens Length (

24、mm) 25 Firn SUe (mm) 362S-!/a-.2OO5 12 X !:Imatost訕Q 2OCS:O3:2323：2C:?5Ree: 3504x2336FL 22-OnrCCD: Wrwtxp： 0 005$ (inzw 化5ISO 1500Imatest測試結(jié)果可調(diào)LED標(biāo)準(zhǔn)白光源顏色均勻性KODAK Gray CardsKODAK Q18測試卡測試模組對色彩均勻性的還原能力。主要測試在圖像邊緣 區(qū)域?qū)ι实倪€原是否失真。白平衡白平衡差異（White Balance）影響數(shù)字相機的色彩表現(xiàn)甚巨，雖然大多數(shù)的數(shù)字相 機自動白平衡（AUTOWB）都能應(yīng)付一般 的拍攝狀況。不過，

25、若將白平衡誤差更進 一步以（K）色溫來區(qū)分，則誤差普遍存在 于各廠家的設(shè)定之中。ColorChecker特別針對白平衡部分設(shè)計了 圖塊檢測，1為原始攝影圖塊2為理想的ColorChecker HSV值合并運算曝光之 表現(xiàn)3原始ColorChecker理想值，以HSV和K兩種 系統(tǒng)顯示白平衡的誤差比值。Imcr xjuarw lOcalCctorChccKcf rcponjc wth. w/q Ijminancc ocfrortion1003 0! tROflWhite Balance Enor:HSV Saturation ($Degrees K MrwK00160.046 OOM 00000

26、.0S90080163(-3 8)*C91 F10 8*450 卜 25 心門卜仃彳佃目 772 卜 24Exaggocoiod WhHa B血neo onorlit3nvu 00f0 VI iMutu XtWN | l4qK4/My)灰階響應(yīng)測試模組對灰階的響應(yīng) 能力,一祗人晅能分辨 的灰階差為8DN以上。O The Bffen Company4000KODAK Gray ScaleKodakLICENSED PRODUCTA 123456 M 89101112131415171819Kodak的Q13灰階測試卡信噪比信噪比（SNR）:測試模組拍攝畫面的潔凈程度Caiwn e&10d Col

27、QfCheckJbjpgs 08 06intdiest1 2Zone (4 is middle gray： 2601 pixels totall& 04X02-(IP 二 2s-0M6s_ONBJ Figure No. 1: Gray patch tone and noise analysis-i-Gavro * 0.0lrrf ccder:CokxCtieckOf analyticLog Exposuro | Target donsity)Density reporw & curve tiw18Hobo; RG； B.Y (LumlMnce. gray)b*e5 en rh-s4exi ;/

28、(12?JRG8V% ，0C W M1 0 ?8 Ava. rxe Z24 RGBY . 0 9f 0.73 0 t2 073*Selected EXIF data FM1811 Oil?畑.Cn；H2CO2 C 2:17 55 1:ie Met 2*01 17777 Ct-CCD 2” &七 00n , ;iMl 0SO畸變畸變：測試畫面的透 視關(guān)系是否失真Distortion H Apr 2007 11:22:45DSCMJ15ZJPG桶形畸變IV Distortion =1 8$%. 片= 0.0329 (cu=(f m cerrteF-comerunrts) nrh. = 0.0513,-0 00577PWPro Coen = O.O3O0C PWPio Scalo = 0 9E5 line calc: 3rd ord erSelected EXIF data小剛倔Qrie 100701 M0102560 100旳敘S0Yrinocei DscwsoT&en 2CO?:C1:2OO1(2畸變測試FLARE對強點光源的還原情況，是否有毛茸茸的 效果。