手機(jī)攝像頭基礎(chǔ)知識(shí)

1、手機(jī)攝像頭基礎(chǔ)知識(shí)作為手機(jī)新型的拍攝功能，內(nèi)置的數(shù)碼相機(jī)功能與我們平時(shí)所見(jiàn)到的低端 的（10萬(wàn)130萬(wàn)像素）數(shù)碼相機(jī)相同。與傳統(tǒng)相機(jī)相比，傳統(tǒng)相機(jī)使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)碼攝像頭的“膠卷”就是其成像感光器件，是數(shù) 碼拍攝的心臟。感光器是攝像頭的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。攝像頭按結(jié)構(gòu)來(lái)分，有內(nèi)置和外接之分，但其基本原理是一樣的。按照其采用的感光器件來(lái)分，有CCD和CMOS之分：CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合組件）使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線(xiàn)轉(zhuǎn)變成電荷，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi) 部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤(pán)卡

2、保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來(lái)修改圖像。CCD由許多感光單位組 成，當(dāng)CCD表面受到光線(xiàn)照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫(huà)面。它就像傳統(tǒng)相機(jī)的底 片一樣的感光系統(tǒng)，是感應(yīng)光線(xiàn)的電路裝置，你可以將它想象成一顆顆微小的感應(yīng)粒子，鋪滿(mǎn)在光學(xué)鏡頭后方，當(dāng)光線(xiàn)與圖像從鏡頭透過(guò)、投射到CCD表面時(shí)， CCD就會(huì)產(chǎn)生電流，將感應(yīng)到的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成數(shù)碼資料儲(chǔ)存起來(lái)。CCD像素?cái)?shù)目越多、單一像素尺寸越大，收集到的圖像就會(huì)越清晰。因此，盡管CCD數(shù)目并不 是決定圖像品質(zhì)的唯一重點(diǎn)，我們?nèi)匀豢梢园阉?dāng)

3、成相機(jī)等級(jí)的重要判準(zhǔn)之一。目前掃描機(jī)、攝錄放一體機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)多數(shù)配備CCD。CCD經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個(gè)類(lèi)似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線(xiàn)路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠(chǎng)商。CMOS（Complementary etal-Oxide Semiconductor，附加金屬氧化物半導(dǎo)體組件）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線(xiàn)變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所

4、做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶電）和 P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn)，這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過(guò)于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象。CCD和CMOS各自的利弊，我們可以從技術(shù)的角度來(lái)比較兩者主要存在的區(qū)別：信息讀取方式不同。CCD傳感器存儲(chǔ)的電荷信息需在同步信號(hào)控制下一位一位的實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號(hào)，信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單。速度有所差別。

5、CCD傳感器需在同步時(shí)鐘的控制下以行為單位一位一位的輸出信息，速度較慢；而CMOS傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處理各單元的圖象信息，速度比CCD快很多。電源及耗電量。CCD傳感器電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)。成像質(zhì)量。CCD傳感器制作技術(shù)起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟，采用PN結(jié)合二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)CMOS傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。由于CMOS傳感器集成度高，光電傳感元件與電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較為嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖

6、象質(zhì)量影響很大。在 相同分辨率下，CMOS價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費(fèi)級(jí)別以及高端數(shù)碼相 機(jī)都使用CCD作為感應(yīng)器；CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上。是否具有CCD感應(yīng)器一度成為人們判斷數(shù)碼相機(jī)檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。而由于 CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多手機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)商采用的都是CMOS鏡頭?，F(xiàn)在，市面上大多數(shù)手機(jī)都采用的是CMOS攝像頭，少數(shù)也采 用了CCD攝像頭。  連拍原理連拍功能（continuous shooting）是通過(guò)節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間來(lái)捕捉攝影時(shí)機(jī)。連拍模式

7、通過(guò)將數(shù)據(jù)裝入數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器（高速緩存），而不是向存儲(chǔ)卡傳輸數(shù)據(jù)，可以 在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)拍攝多張照片。由于數(shù)碼相機(jī)拍攝要經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換及媒體記錄等過(guò)程，其中無(wú)論轉(zhuǎn)換還是記錄都需要花費(fèi)時(shí)間，特別是記錄花費(fèi)時(shí)間較 多。因此，所有數(shù)碼相機(jī)的連拍速度都不很快。連拍一般以幀為計(jì)算單位，好像電影膠卷一樣，每一幀代表一個(gè)畫(huà)面，每秒能捕捉的幀數(shù)越多，連拍功能越 快。目前，數(shù)碼相機(jī)中最快的連拍速度為7幀/秒，而且連拍3秒鐘后必須再過(guò)幾秒才能繼續(xù)拍攝。當(dāng)然，連拍速度對(duì)于攝影記者和體育攝影受好者是必須注意的指 標(biāo)，而普通攝影場(chǎng)合可以不必考慮。一般情況下，連拍捕捉的照片，分辨率和質(zhì)量都會(huì)有所減少。有

8、些數(shù)碼相機(jī)在連拍功能上可以選擇，拍攝分辨率較小的照片，連 拍速度可以加快，反之，分辨率大的照片的連拍速度會(huì)相對(duì)減緩。通過(guò)連續(xù)快拍模式，只須輕按按鈕，即可連續(xù)拍攝，將連續(xù)動(dòng)作生動(dòng)地記錄下來(lái)。光學(xué)變焦和數(shù)碼變焦原理光學(xué)變焦（Optical Zoom）是通過(guò)鏡頭、物體和焦點(diǎn)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(yùn)動(dòng)的時(shí)候，如下圖，視覺(jué)和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺(jué)像物體遞進(jìn)的感覺(jué)。顯 而易見(jiàn)，要改變視角必然有兩種辦法，一種是改變鏡頭的焦距。用攝影的話(huà)來(lái)說(shuō)，這就是光學(xué)變焦。通過(guò)改變變焦鏡頭中的各鏡片的相對(duì)位置來(lái)改變鏡頭的焦距。另 一種就是改變成像面的大小，即成像面的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)

9、短在目前的數(shù)碼攝影中，這就叫做數(shù)碼變焦。實(shí)際上數(shù)碼變焦并沒(méi)有改變鏡頭的焦距，只是通過(guò)改變成像面對(duì)角線(xiàn) 的角度來(lái)改變視角，從而產(chǎn)生了“相當(dāng)于”鏡頭焦距變化的效果。所以我們看到，一些鏡頭越長(zhǎng)的數(shù)碼相機(jī)，內(nèi)部的鏡片和感光器移動(dòng)空間更大，所以變焦 倍數(shù)也更大。我們看到市面上的一些超薄型數(shù)碼相機(jī)，一般沒(méi)有光學(xué)變焦功能，因?yàn)槠錂C(jī)身內(nèi)根部不允許感光器件的移動(dòng)，而像索尼F828、富士S7000這些 “長(zhǎng)鏡頭”的數(shù)碼相機(jī)，光學(xué)變焦功能達(dá)到5、6倍。數(shù)碼變焦（Digital Zoom）也稱(chēng)為數(shù)字變焦，數(shù)碼變焦是通過(guò)數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的處理器，把圖片內(nèi)的每個(gè)象素面積增大，從而達(dá)到放大目的。這種手法如同用圖像處理軟件把圖片的

10、面積 改大，不過(guò)程序在數(shù)碼相機(jī)內(nèi)進(jìn)行，把原來(lái)影像感應(yīng)器上的一部份像素使用“插值”處理手段做放大，將影像感應(yīng)器上的像素用插值算法將畫(huà)面放大到整個(gè)畫(huà)面。與光學(xué)變焦不同，數(shù)碼變焦是在感光器件垂直方向向上的變化，而給人以變焦效果的。在感光器件上的面積越小，那么視覺(jué)上就會(huì)讓用戶(hù)只看見(jiàn)景物的局部。但是由于焦距沒(méi)有變化，所以，圖像質(zhì)量是相對(duì)于正常情況下較差。通過(guò)數(shù)碼變焦，拍攝的景物放大了，但它的清晰度會(huì)有一定程度的下降，所以數(shù)碼變焦并沒(méi)有太大的實(shí)際意義。因?yàn)樘蟮臄?shù)碼變焦會(huì)使圖像嚴(yán)重受損，有時(shí)候甚至因?yàn)榉糯蟊稊?shù)太高，而分不清所拍攝的畫(huà)面。手機(jī)拍攝4個(gè)小技巧？拍攝手機(jī)的像素一般不高。但只要用點(diǎn)心思，還是可以用

11、手機(jī)拍出好照片的。法則一用“三等分法”構(gòu)圖。在實(shí)際攝影構(gòu)圖中將主體景物與中心稍錯(cuò)開(kāi)，并注意主體與其它物體之間的呼應(yīng)。這樣拍攝的照片主體景物鮮明、突出，不會(huì)模糊不清。法則二側(cè)光最能突出質(zhì)感。一般情況下，從側(cè)面射入的光線(xiàn)能更好地突出物體的質(zhì)感，因此要盡量利用側(cè)面光。逆光或者側(cè)逆光時(shí)，可以考慮用物品進(jìn)行遮擋，實(shí)在不行就用手在攝像頭旁遮一下，緩解逆光的影響。在強(qiáng)光下拍攝也需要注意，千萬(wàn)不要用手機(jī)鏡頭對(duì)著強(qiáng)光拍攝。法則三按鍵后不宜馬上轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī)。手機(jī)拍照延遲現(xiàn)象一般比較明顯，若使用外置攝像頭的手機(jī)拍照，這種延遲現(xiàn)象會(huì)更明顯。如果在按下快門(mén)的一瞬間手抖動(dòng)了，拍出的照片會(huì)發(fā)虛或者模糊不清。所以，切記不要按下拍

12、攝鍵后馬上轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)。法則四盡量不用數(shù)碼變焦拍攝。如果用數(shù)碼變焦來(lái)拍照，會(huì)減弱圖像的清晰度，效果還不如不用數(shù)碼變焦拍攝的好。例如，一張使用數(shù)碼變焦拍攝、分辨率為640×480的照片，實(shí)際分辨率可能只有320×240，在計(jì)算機(jī)上看時(shí)，圖像不是變小就是變得模糊。手機(jī)攝像頭參數(shù)配置時(shí)的問(wèn)題1。 很多時(shí)候其實(shí)是鬼影，畫(huà)面顏色亂得鬼畫(huà)圖書(shū)一樣（但顏色顯示不正常、并帶有較大的色塊光斑等等現(xiàn)象），不專(zhuān)業(yè)的同志往往把這也叫花屏。這個(gè)原因主要是數(shù)據(jù) 線(xiàn)上的信號(hào)不對(duì)，比如D5跟GND短路，或者斷開(kāi)。越是高位的信號(hào)線(xiàn)出問(wèn)題，鬼影現(xiàn)象將越嚴(yán)重，低位信號(hào)（如D1、D0）則對(duì)畫(huà)面影響不大， 所以，在十位

13、輸出格式中，往往為了兼容8 位的IO口，把低兩位去掉，只要高8位。如何理解高位信號(hào)線(xiàn)的重要性？大家知道8位信號(hào)可以表示256個(gè)不同的級(jí)別，比如亮度值Y的高低級(jí)別、或者色度值 U/V的強(qiáng)度級(jí)別。假如D7:0=10000000代表的是128亮度值，那么顯示出來(lái)就是灰色，但是如果D7斷開(kāi)、或者短路，那么CPU得到的 值將是00000000，顯示出黑色，差別就大咯。同樣對(duì)于色度信號(hào)，也將出現(xiàn)顏色錯(cuò)誤。所以出現(xiàn)這種情況，先查查信號(hào)通路（一般是Connector連 接不良居多、然后是Sensor焊接綁定不良次之），然后再看驅(qū)動(dòng)程序是否有弄錯(cuò)2。圖像反色，在RGB顏色系統(tǒng)中就 是紅綠藍(lán)三個(gè)顏色的錯(cuò)亂，在YU

14、V系統(tǒng)中就是亮度信號(hào)跟色度信號(hào)的錯(cuò)亂，當(dāng)然也有兩個(gè)色度信號(hào)之間錯(cuò)亂的。舉例說(shuō)明，一個(gè)YUV422格式的 Camera，其輸出的有效Pixel一般是:(Y0U0)、(Y1V0)、(Y2u1)、(Y3V1).，如果因?yàn)镃amera的輸出時(shí) 序錯(cuò)位(比如 Camera輸出的是(U0Y0)、(V0Y1).)，而CPU還傻不拉幾地認(rèn)為是前面一種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序，那么就出現(xiàn)每個(gè)象素點(diǎn)的亮度信號(hào)跟色度信 號(hào)反了，對(duì)于構(gòu)建畫(huà)面清晰最為重要的亮度信號(hào)Y被拉去作為U（或叫藍(lán)色偏量Cb），那么就會(huì)出現(xiàn)高亮度的地方呈現(xiàn)綠色，低亮度的區(qū)域呈現(xiàn)紅色，而且畫(huà)面整 體亮度也大大偏低。其他情況大體相似，可以類(lèi)推之。不過(guò)出現(xiàn)畫(huà)面反色一般

15、都表現(xiàn)為畫(huà)面大紅大綠的情況。對(duì)這種情況，一般先看看送給Sensor的參數(shù)中有 沒(méi)有設(shè)錯(cuò)相關(guān)寄存器的值，或者檢查CPU這邊驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)置是否跟送出來(lái)的數(shù)據(jù)格式一致。3。畫(huà)面條紋，而且一般都是 彩色的橫條紋。這種彩色的條紋是固定在某些行，或者不斷閃現(xiàn)在不同的行。從單個(gè)行數(shù)據(jù)來(lái)看，出錯(cuò)的原因跟上面第2條一樣，都是由數(shù)據(jù)錯(cuò)位引起。這次拿 RGB Raw數(shù)據(jù)格式來(lái)說(shuō)，RGB Raw輸出一般是第一行/第二行：RGRG./GBGB.,如果第一行的數(shù)據(jù)R沒(méi)有被采樣到，那么CPU采集到的數(shù)據(jù)實(shí)際上就是GRGR. 0/GBGB.(假設(shè)此CPU對(duì)一行數(shù)據(jù)中不足的位用0補(bǔ)齊)，但是它又按照前面那個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)排列來(lái)進(jìn)行

16、顏色插補(bǔ)的工作（對(duì)顏色插補(bǔ)不明白的等以 后有時(shí)間再討論），如果照偏綠色的背景（R的分量很小，G的分量很大），但是由于采樣錯(cuò)位，CPU把較大分量G的值當(dāng)成是第一個(gè)象素R的值，本來(lái)弱小的R 分量就這樣莫名其妙的被大大地提升了，所以顯示保存圖片的時(shí)候這一行將整體的偏紅色，了解顏色插補(bǔ)的同志應(yīng)該還會(huì)想到，即使第二行沒(méi)有錯(cuò)位，也會(huì)受到一定 的影響，呈現(xiàn)出偏紅的跡象。對(duì)于這樣的問(wèn)題，不像第2那樣是整個(gè)畫(huà)面出現(xiàn)錯(cuò)位，而只是某些行數(shù)據(jù)出現(xiàn)，這一般是由元器件制造時(shí)的差別引起的，Sensor 生產(chǎn)商不能保證每個(gè)Sensor的性能都一樣，也不能保證每行的數(shù)據(jù)時(shí)序都分毫不差。當(dāng)然也跟信號(hào)受到外部的影響有關(guān)，比如行同步

17、信號(hào)HREF受到外部影 響，上升沿長(zhǎng)，將可能引起第一個(gè)PCLK丟失。再假如PCLK信號(hào)如果受到干擾、或者驅(qū)動(dòng)能力不夠，也有可能導(dǎo)致某些象素的丟失，從而一行數(shù)據(jù)的排列都會(huì) 錯(cuò)位，出現(xiàn)畫(huà)面的條紋現(xiàn)象。所以在設(shè)計(jì)硬件或者調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候，良好的信號(hào)同步策略，以及設(shè)置更好的信號(hào)容差范圍將是系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的基礎(chǔ)4。 畫(huà)面噪點(diǎn)，畫(huà)面過(guò)多的噪點(diǎn)也往往會(huì)被說(shuō)成是畫(huà)面花屏，可能從直觀(guān)理解，噪點(diǎn)這種“花屏”才真叫花，照出來(lái)滿(mǎn)臉的麻子，而且是花花綠綠，姹紫嫣紅啊。噪點(diǎn)我 放到最后才講是因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題嘛，現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越不是問(wèn)題了。隨著CMOS技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)ISP的集成，Sensor中降噪的能力越來(lái)越強(qiáng)，除了低照度

18、（幾個(gè)LUX）下的噪點(diǎn)還很難消除外，其它時(shí)候已經(jīng)可以通過(guò)顏色矯正、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)、自動(dòng)Gmma、黑白點(diǎn)矯正等ISP功能基本消除掉。如果是用RGB Raw數(shù)據(jù)格式的兄弟可是要費(fèi)一番功夫了，調(diào)試驅(qū)動(dòng)的時(shí)候要充分利用CPU集成的一些ISP功能，消除掉那些紅鬼藍(lán)鬼。畫(huà)面噪點(diǎn)主要跟Sensor的設(shè)計(jì) 制造技術(shù)有關(guān)，我們往往也只能望而興嘆，但是如果Boss比較大方、應(yīng)用于高端機(jī)型的，還是得買(mǎi)貴的Sensor啊，現(xiàn)在這個(gè)市場(chǎng)啊，已經(jīng)擠得水泄不通 了，價(jià)格也不會(huì)不靠譜，基本上是一分錢(qián)一分貨了。本人從事cellphone以及PC camera 的應(yīng)用工作，我來(lái)談?wù)勎业囊恍┛捶?，不足的地方?qǐng)補(bǔ)充！主要是CMOS I

19、MAGE SENSOR的應(yīng)用，先說(shuō)說(shuō)整個(gè)模塊！構(gòu)成:整個(gè)系統(tǒng)由三部分構(gòu)成:圖像采集模塊、圖像處理模塊和圖像傳輸模塊。1圖像采集模塊：圖像的采集過(guò)程是把光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；首先，光通過(guò)鏡頭進(jìn)入sensor，有sensor里的photodiode轉(zhuǎn)化為電壓電流，然后經(jīng)過(guò)AMP放大，再有ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；2圖像處理模塊 ：該過(guò)程主要對(duì)sensor出來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，稱(chēng)ISP，image signal process主要包括：lens shading ; Gamma correction;color interpolation;contrast;saturation;AE;AWB;color correction;bad pixel correction等下面主要談?wù)凙E（自動(dòng)曝光）與AWB（自動(dòng)白平衡）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤、目標(biāo)的識(shí)別與提取等基于圖像內(nèi)容的處理,對(duì) 圖像質(zhì)量要求較高。影響成像質(zhì)量的兩個(gè)重要因素為曝光和白平衡:人眼對(duì)外部環(huán)境的明暗變化非常敏感,在強(qiáng)光環(huán)境下,瞳孔縮小,使得景物不那么刺眼;而光線(xiàn) 較弱時(shí),瞳孔擴(kuò)大,使景物盡可能地變清楚。這在成像中,稱(chēng)為曝光。當(dāng)外界光線(xiàn)較