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手机摄像头的成像原理

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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

物方光线进入系统,经过镜头,到达图像传感器,光子打到传感器上产生可移动电荷,这是内光电效应,可移动电荷汇集形成电信号,由于处理器无法识别电荷信号,需要把电信号转化为数字信号,对于图像传感器是cmos的系统不需要外加模数转换器,而对于以ccd作为图像传感器的系统需要A/D转换器,经过模数转换器件,电荷信号转换成数字信号,数字信号经过放大电路进入微处理器,数字信号经过DSP数字信号处理芯片经过存储处理后,传输到屏幕形成和物一样的图像。

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影响手机摄像头性能的一些关键因素

像素

通常所说的“XXX万像素”实际是指相机的分辨率,其数值大小主要由相机传感器中的像素点(即最小感光单位)数量决定,例如500万像素就意味着传感器中有500万个像素点,和手机屏幕中的像素数量决定屏幕是720p或1080p分辨率是一个道理。

像素决定照片质量?

通常会以为相机像素越高,拍的照片就越清晰,实际上。相机的像素唯一能决定的是其所拍图片的分辨率,而图片的分辨率越高,只代表了图片的尺寸越大,并不能说明图片越清晰。

但是当前主流的手机屏幕为1080p级别(1920×1080像素),无论是1300万像素相机所得的4208×3120像素照片,还是800万像素摄像头的3200×2400像素照片,都超出了1080p屏的解读范围,最终都会以1920×1080像素显示,所以肉眼所看到的清晰度也是没有区别的。

高像素的优势在哪里呢?

更高像素的相机所拍图片的尺寸更大,假如我们想把样张打印出来,以常规的300像素/英寸的打印标准来计算,1300万像素相机所拍的4208×3120像素样张,可打印17英寸照片,而800万像素相机的3200×2400像素样张,打印超过13英寸的照片就开始模糊了。很显然1300万像素相机样张可打印的尺寸更大。

传感器

既然像素不是决定图片质量的关键因素,那么谁才是呢?答案是传感器。

相机传感器主要分两种:CCD和CMOS。CCD传感器虽然成像质量好,但是成本较高,并不适用于手机,而CMOS传感器凭借着较低的功耗和价格以及优异的影像品质,在手机领域应用最为广泛。

CMOS传感器又分为背照式和堆栈式两种,二者系出同门,技术最早都由索尼研发,索尼背照式传感器品牌名为“Exmor R”,堆栈式传感器为“Exmor RS”。

相对来说,传感器尺寸越大,感光性能越好,捕捉的光子(图形信号)越多,信噪比越低,成像效果自然也越出色,然而更大的传感器却会导致手机的体积、重量、成本增加。

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背照式传感器的出现,有效的解决了这个问题,在相同尺寸下,它使传感器感光能力提升了100%,有效地改善了在弱光环境下的成像质量。

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2012年8月,索尼发布了全新堆栈式传感器(Exmor RS CMOS),需要注意的是,它和背照式传感器并非演进关系,而是并列关系,堆栈式传感器的主要优势是在像素数保持不变的情况下,让传感器尺寸变得更小,也可以理解为,在与背照式传感器的像素数相同时,堆栈式传感器的尺寸会更小,从而节省了空间,让手机变得更薄、更轻。

镜头

镜头是将拍摄景物在传感器上成像的器件,相当于相机的“眼睛”,通常由由几片透镜组成,光线信号通过时,镜片们会层层过滤杂光(红外线等),所以,镜头片数越多,成像就越真实。

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光圈

光圈由镜头中几片极薄的金属片组成,可以通过改变光圈孔的大小控制进入镜头到达传感器的光线量。光圈的值通常用f/2.2、f/2.4来表示,数字越小,光圈就越大,两者成反比例关系。

它的工作原理是,光圈开得越大,通过镜头到达传感器的光线就越多,成像画面就越明亮,反之画面就越暗。因此,在夜拍或暗光环境下,大光圈的成像优势就更明显。

除了控制通光量,光圈还具有控制景深的功能。生活中,我们时常会看到背景虚化效果很强的照片,不仅突出了拍摄焦点,还具有很唯美的艺术感,而这就是所谓的景深。光圈开的越大,景深越小,背景虚化效果就更明显。


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|电工学习网 ( )

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

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