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手机摄像头组成结构

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[LV.3]偶尔看看II

发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式

手机摄像头主要由以下几个部分组成:PCB板、DSP(CCD用)、传感器(SENSOR)、固定器(HOLDER)、镜头(LENS ASS′Y)。其中镜头(LENS ASS′Y), DSP(C,CD用),传感器(SENSOR)是最重要的三个部分。

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PCB板

PCB板又分为硬板,软板,软硬结合板三种(如下图),CMOS可用任何一种板,但CCD的话就只能用软硬结合板。这三种板中软硬结合板价格最高,而硬板价格最低。

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镜头

镜头是仅次于CMOS芯片影响画质的第二要素,其组成是透镜结构,由几片透镜组成,一般可分为塑胶透镜(plastic)或玻璃透镜(glass)。当然,所谓塑胶透镜也非纯粹塑料,而是树脂镜片,当然其透光率感光性之类的光学指标是比不上镀膜镜片的。

通常摄像头用的镜头构造有:

1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、2G3P、4G、5G等。透镜越多,成本越高,相对成像效果会更出色;而玻璃透镜又比树脂贵。因此一个品质好的摄像头应该是采用多层玻璃镜头!现在市场上的多数摄像头产品为了降低成本,一般会采用廉价的塑胶镜头或一玻一塑镜头(即:1P、2P、1G1P、1G2P等),对成像质量有很大影响!

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镜头由透镜、滤光装置、镜筒三部分组成,镜头参数有三个,即焦距f′、相对孔径D/f′和视场角2ω。

镜头焦距是镜头的一个重要指标,决定了物和像的比例,如物在无限远,像的大小由下式决定y′=-f′·tanω(ω是物方视场角)。

相对孔径D/f'和光圈数F是镜头的关键光学指标。相对孔径,它表示能进入镜头到达底片上的光能量,因而决定像平面照度,其定义为入瞳直径D与镜头焦距f'之比,暗景物和高速运动物体的照相需要大相对孔径物镜,大相对孔径物镜可以提高像平面照度,根据相对孔径大小,照相物镜分为弱光照物镜(D/f'1:6.3以下)普通物镜(D/f'1:5.6-1:3.5)强光物镜(D/f'1:2.8-1:1.4)超强光物镜(D/f'1:1-1:0.8)为了使同一镜头使用不同的环境,通常孔径光阑采用可连续变化的可变光阑。

相对孔径的倒数称为光圈系数,又称F数,照相镜头上标有F数,国家标准按照光通量的大小规定了各光级圈数的排列

0.7、1、 1.4、 2、 2.8 、4 、5.6、 8、 11、 16 、22···随着光圈数的加大,光孔变小,光通量减少,光圈每差一级,光通量相差一倍,对照相机镜头来说,F数越低,镜头相容性就愈好,使用范围更大。相对孔径还影响像面上获得清晰像的空间深度范围-景深,相对孔径越大,成像的景深越大,照相过程中调节光圈大小控制景深。

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视场角2ω照相物镜的视场角2ω决定了物方空间的范围,照相物镜的视场由像平面上具有满意成像质量的圆形区域的直径决定,或由相机所采用感光元件的感光面尺寸决定。

照相物镜的基本类型:1、.按镜头焦距和视场角分为:标准镜头、短焦镜头、长焦镜头。2、按镜头焦距能否变化分为:定焦镜头、变焦镜头。

固定器和滤色片

固定器的作用,实际上就是来固定镜头,另外固定器上还会有一块滤色片。

滤色片也即“分色滤色片”,目前有两种分色方式,一种是RGB原色分色法,另一种是CMYK补色分色法。

原色CCD的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪声问题,一般采用原色CCD的数码相机,ISO感光度多半不会超过400。相对的,补色CCD多了一个Y黄色滤色器,牺牲了部分影像的分辨率,但ISO值一般都可设定在800以上。

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DSP(数字信号处理芯片)

它的功能是通过一系列复杂的数学算法运算,对数字图像信号进行优化处理,最后把处理后的信号传到显示器上。

DSP结构框架:(1). ISP(image signal processor)(镜像信号处理器);(2). JPEG encoder(JPEG图像解码器)。

ISP的性能强大是决定影像流畅的关键,JPEG encoder的性能也是关键指标之一。而JPEG encoder又分为硬件JPEG压缩方式,和软件RGB压缩方式。

DSP控制芯片的作用是:将感光芯片获取的数据及时快速地传到baseband中并刷新感光芯片,因此控制芯片的好坏,直接决定画面品质(比如色彩饱和度、清晰度)与流畅度。

上面所说的DSP是CCD中会使用,是因为,在CMOS传感器的摄像头中,其DSP芯片已经集成到CMOS中,从外观上来看,它们就是一个整体。而采用CCD传感器的摄像头则分为CCD和DSP两个独立部分。

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图像传感器

在摄像头的主要组件中,最重要的就是图像传感器了,因为感光器件对成像质量的重要性不言而喻。

传感器将从镜头上传导过来的光线转换为电信号,再通过内部的DA转换为数字信号。由于传感器的每个pixel只能感光R光或者B光或者G光,因此每个像素此时存贮的是单色的,我们称之为RAW  DATA数据。要想将每个像素的RAW DATA数据还原成三基色,就需要信号处理器ISP来处理。

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图像传感器是起感光记录作用的元件,和胶卷类似。有CMOS和CCD两种类型 CCD又叫电荷转移器件,光电二极管排成一列叫一维型直线式传感器,光电二极管行排列叫二维型面积式图像传感器。

CCD由光电二极管感光部件、ccd转移部件和电荷放大器件组成,当光照射时,光子激发电荷,电荷产生堆积,感光部件与转移部件之间加上栅电压,堆积的电荷在栅电压的作用下,开始定向移动至转移部件,经放大输出,这些输出的电荷信号带有图像信息。

图像传感器的发展趋势是高敏感化、高分辨率、省电、低压工作等高性能方向发展。

CMOS图像传感器由金属氧化物半导体集合而成,每一个像素可以集成多种器件,比如放大器,A/D转换器等。

两种感光元件的不同之处:

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CCD成像质量好,但是制作起来比较复杂,而且耗能大,CMOS虽然成像质量较差,但是驱动电压低,制造简单,CMOS可以和其他器件集成,每一个像素都可以实现完整的功能,相比CCD是成千上万个像素排列,每一个像素激发的电荷汇集到一起,运输到放大器和数据处理器,这样给后续处理增加不少负担,而且大量的电荷汇集,也给通道提出了更高的要求,在技术上出现了瓶颈,CMOS中每个像素单独完成信号放大和信号处理工作,这些特点,造成CMOS噪声较大。如果CMOS克服噪声大的缺点,提高成像质量,CMOS就会超越CCD,成为图像传感器的首选。


有的厂家在宣传中会提到“背照式”“BSI”等概念,实际上BSI就是背照式CMOS的英文简称,背照式CMOS是CMOS的一种,它改善了传统CMOS感光元件的感光度,在夜拍和高感的时候成像效果相对好一些。



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GMT+8, 2018-4-20 03:28

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