カメラの基礎知識の詳細な理解 (1)

1紹介
ハードウェア・モジュールを通して 対象世界からの実際の光と影の効果を受け取りますコンピュータが知っているデジタル信号に変換します優れた画像データ,すべての部品は複雑で効率的です.優れたハードウェアの基盤は,カメラのフレーム全体の基盤のようなものであると言えます. 良い基礎を持つことは,摩天楼を建てるのに可能になります.次に,詳細に進めましょう.この部分で各コンポーネントの基本的な状況を紹介しましょう.

2基本的なハードウェア構造
今日のカメラのハードウェアシステムは 複雑ですが 詳しく調べてみると 基本部品はレンズと 光受容器と画像処理器だけですレンズは光を焦点にするために使用されます.光敏感装置は光電変換に使用される. 次に,これらの3つのコンポーネントでカメラシステムの世界を探索します.

1レンズ
時間の回転台を前方に移動して,それぞれの小学校時代に戻ってみよう.その時,先生は私たちに宿題を割り当てました.小穴画像のシンプルなモデルを作ることでしたこのシンプルなモデルは 私にとって最も馴染みのあるものです オリジナルで最もシンプルな画像システムですが 私はいつも疑問に思っていましたこの問題は,本物のカメラと接触した後で解決しました光が原因であることが判明しました

小穴画像の原理によると 小穴の片端は光源で もう片端は画像平面です光は小さな穴を通過し,飛行機に衝突していますこの飛行機に無数の光線が衝突し 光源の画像を形成します しかし問題があります つまり,光は散らばる道に沿って散らばります.光源の特定の点から放出される特定の光のビームは,小さな穴を通過した後,イメージング平面の特定の点に到達しますこの点から別の光源から光が放出され 光の干渉が生じます画像の最終的な効果に影響しますこの問題を解決するために レンズが発明されました 実はレンズは 日常生活で接触する 凸のレンズです光の相互干渉の問題を解決することですその原理は,凸のレンズの屈折原理を使用して,同じ点から光を逸らすことである. レンズの後ろにある光源の画像点です. レンズの後ろにある光源の画像点です.光源の点が変化し続けるとレンズを通過します. レンズの焦点と呼ばれます. レンズの焦点は,焦点からレンズの中心までの距離は焦点距離と呼ばれますレンズが作られれば 焦点距離が決定されます

2アペルチャーシャッター
完成したレンズでは,レンズの直径は任意に調整できませんので,アペルチャーと呼ばれる部品が追加されます.このコンポーネントは,一般的に通常の多角形または円形の穴状の格子を使用レンズは,格子を開閉するサイズを調整することによって制御されます.しかし,瞬時に入ってくる光の量は,入り込む光量を制御するには 光口だけに頼るだけでは不十分ですシャッターと呼ばれる別のコンポーネントが必要で,それは主に曝光長を決定します.元のシャッターはレンズの前のカバーを調整することによって調整されます.時代が進むにつれメカニカル・シャッターを含む複数の実装方法が生まれましたシャッター構造で,スプリングまたは他の機械構造のみを使用し,電力を駆動し速度を制御するために使用しない. 電子シャッター,シャッター構造は,モーターと磁石による電気駆動によって制御されます.電子切断シャターは,機械構造が全くないシャッター構造です.ショッター速度が高く,衝撃の速度は速い.欠点は,花が咲く傾向があることです.

シャッターが照射時間を制御します シャッターとシャッターが照射時間を制御します入る光の量を制御する目的が達成される画面の光と影の効果をさらに正確に再現し,過剰曝露を避け,全体的な画像品質を大幅に改善しました.

3フォーカスモーター
前述したように 射線がレンズを通過して 画像の点と呼ばれる点までたどると 円筒状の経路に収束し 円筒状の方向に離れるのです画像の点が画像の点にあるときこの平面は通常,画像平面と呼ばれます. この平面はすべての画像の点の収束点だからです.画像は飛行機ではっきりしています光敏感装置の平面と一致して,光敏感装置の明確な画像を形成する.一般的にはレンズを手動で移動することで 焦点を合わせることができますが,より一般的には 焦点を合わせモーターと呼ばれる装置で 焦点を合わせることができます.レンズを手動で調整し,焦点を合わせる作業を完了することに加えてレンズを自動移動して 焦点を合わせる作業を完了します 技術の継続的な発展により自動的なフォーカスの戦略を 開発しました基本原理は,レンズを前後に調整して,画像平面が光受容体の光敏感平面と一致するようにすることです.明らかに画像効果を生成するさらに,より複雑なカメラシステムでは,より優れたイメージング品質を得るために,複数のレンズ組み合わせが一般的に使用されます.染色異常を排除できるレンズ間の距離をモーターで調整し,レンズ群の焦点距離全体を動的に変更することで,より複雑なシーンのイメージングニーズを満たすことができます.

d) 光受容体 (センサー)
前述したように レンズの機能は 光を集めて 画像平面を形成することです しかし このいわゆる画像平面を コンピュータが知っている画像情報に どうやって変換するのでしょう?この光受容器は光受容体は現代社会の独占的な発明ではありません.実際,この概念は19世紀初頭にヨーロッパで存在していました.フランス人のニエプチェはラベンダー油にアスファルトを塗った"鳩の巣"と題した写真で 窓の外のシーンを撮影しましたそして,このアスファルトは,ラベンダーの油と混ぜて, 光敏感な素材です.1888年,アメリカン・コダック・カンパニーは新しいタイプの光敏感材料,柔らかいリワイバブルフィルム,光敏感材料の質的な飛躍でした. 1969年にベル研究室でCCDデジタル光敏感装置が発明され 光敏感技術がデジタル時代へと押し進みました大量生産を容易にしたCMOS技術が発展し続けている中で 画像システムもより小さなサイズに 押し上げられるようになりました明らかに優点を持つCCDを徐々に置き換えており,カメラシステムにおける主流の光敏感装置になりました.

4IRフィルター
光敏感な材料の特性により 紫外線の一部のような 可視光波長範囲の光を感知します紫外線のこの部分は見えないので(もちろん,これは絶対的ではありません) 部分的には赤外線情報 (ナイトビジョンカメラなど) を収集することが必要です.ISPの処理に干渉する可能性があります赤外線をフィルタリングし,赤外線の干渉を回避し,入ってくる光を修正するためにフィルタを使用することがしばしば必要です.フィルターは一般的に,干渉型IR/AR-CUTに分かれます.干渉破壊性原理を用いた) と吸収型ガラス (スペクトル吸収原理を用いた).

5フラッシュ
暗い光環境での撮影などの特殊なシーンでは,光不足のため,十分な光敏感化操作は完了できません.しかし,通常の射撃の必要性を獲得するために電気灯は,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填し,電源を外から充填する.クセノンランプとLEDランプLEDフラッシュランプは,消費電力の低さやサイズが小さいという利点があるため,携帯電話のフラッシュランプの主流の選択肢です.多くの携帯電話は,現在,二色フラッシュ戦略を採用しています.双色フラッシュは,環境のニーズに応じて2つの光の強度を調整することができ,自然光の効果をより近いものにすることができます."つの閃光と比べると,強度が向上し,色温も普通のダブルフラッシュよりも高くなります.より正確に言うと,全体的な効果はより良いです.

6画像処理器 (ISP)
光敏感装置が光電変換を完了すると,データは画像プロセッサに送られる.ISPがしなければならない最初のステップはダーク電流のノイズを取り除くことである.暗黒電流の騒音とはCCD/CMOSでは,それらはすべて通常光敏感性のために使用されません.光感がないとき 暗黒電流を集めます暗黒電流による騒音を排除する

レンズの屈折率の性質が異なるため,視野がゆっくりと拡大するにつれて,レンズを通過できる斜光束は徐々に減少します.画像の端よりも画像の中心部で明るさが高くなりますこの現象は光学で起こります. システムではヴィネッティングと呼ばれます. 明らかに,この差は画像を不自然にします.修正アルゴリズムはレンズ影修正です. 特定の原理は,画像の真ん中に明るさを均一にする. 面積を中心として,各点の衰弱による画像の暗くなる速度を計算します.RGBチャンネル3つの補償因子を計算するこの補償因子に基づいてイメージを修正します

照明感受装置は,赤,緑,青の3つの主要色を用いて光を収集するので,データは一般的にモザイクのような配置効果を示します.デモザイク処理が完了する必要があります基本的な原理は ある種の挿入アルゴリズムによって 近くにある色成分から ピクセルの欠落した色成分が推測されますそしてそれぞれのピクセルの真の色効果が復元されますRAWのデータフォーマットです. この画像は,Rawのデータ形式で,Rawのデータ形式で, つまり,最もオリジナルの画像データです.

光受容器が光電変換を行うとき,各リンクは一定の偏差を生成し,この偏差は最終的にノイズとして表現されます.したがって,この無関係な情報 - 騒音に特定のノイズ削減処理を行う必要があります.現在では,双方向フィルターなどの非線形デノイジングアルゴリズムが主に使用されています. サンプリングでは,空間距離におけるピクセル間の関係だけでなく,ピクセル間の類似度も考慮されます画像のブロック分割を保持する.エッジ情報には有効である.

画面のホワイトバランスを処理する必要があります. 異なるシーンの異なる外部の色温のために,RGBコンポーネントの値は一定の比率で調整する必要があります白色が白色に見えるように ホワイトバランスは3つの色成分間の比例関係を手動で調整することによって,ホワイトバランスの目的を達成する手動のホワイトバランスを使用することができます.より一般的に,自動ホワイトバランス処理が使われます自動ホワイトバランスのミッションは ISPが担当します. 現在の画像は,それぞれの色構成要素の比例関係を得るために分析されます.そして画像効果を調整します.

画像のホワイトバランスを調整した後,色誤差をさらに調整する必要があります. ここでエラーは主にフィルターの色ブロック間の色浸透によって引き起こされます. 一般的に,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色がフィルターに浸透している場合,色が表示される場合,色が表示調節過程中にカメラモジュールによって撮影された画像は標準画像と比較されます.比較によって修正行列が得られます.ISP はこのマトリックスを使用して,撮影した画像の色修正を行います.撮影現場の真の色を復元するという目的を達成する.

上記は,画像プロセッサのいくつかの基本的な機能の簡潔なリストです.各メーカーによって生産されるISPは異なりますが,基本的に上記のステップが含まれています.カメラシステムのイメージング効果を向上させるために使用されます..