カメラの基礎知識の詳細な理解 (2)

3携帯電話のカメラへの導入

画像説明をここに挿入します.

携帯電話のカメラシステムは サイズと消費量の限界のため プロのカメラと 似ていけませんより大きなレンズで簡単に交換し,より大きなCCD/CMOS光敏感装置を追加することができます.より強力な画像処理モジュールが組み込まれており,携帯電話のスペースはあまり大きくありません.しかし,それでも,主要な携帯電話メーカーは,一部の分野でプロのカメラに比べられるカメラシステムを作るために,まだ限られたスペースとバッテリー寿命を使用しています.次に,このカメラシステムを簡単に紹介しましょう. サイズは小さいが,パワーは高い.

図に示したように,携帯電話のカメラシステムは2つの部分に分けられる.一つはカメラモジュールで,もう一つは画像プロセッサ ISPである.カメラモジュールは光電変換に使用されます画像処理に使われる.次に,両方が携帯電話でどのように動作するかを見てみましょう.

1カメラモジュール
サイズ制限のため,携帯電話のカメラモジュールは,主にレンズ,焦点モーター,フィルター,センサーを含む非常に繊細でコンパクトなものです.

携帯電話 の レンズ は,色素 偏差 を 排除 する ため に,通常,複数の レンズ を 組み合わせ て 使用 し ます.携帯電話 の レンズ も 例外 です.材料はガラスとプラスチックが混ざっています. プラスチックレンズは低コストで,低端アプリケーションに適しています. 製品内のカメラシステムでは,ガラスは一般的により高いイメージング品質を持っています.しかしコストはプラスチックレンズより少し高いレンズは,画像品質を追求する一部の携帯電話で使用される.同時に,レンズは主に以下のパラメータを持っています:

視野 FOV,このパラメータはレンズを通してイメージできるシーンの範囲を示します.一般的に,FOVが大きいほど,見えるシーンの範囲が広がります.しかし,それは深刻な歪みを引き起こします.. ステージ後の歪曲修正アルゴリズムは通常,シーンを修正するために使用されます. 大きいFOVによる歪みを修正します.

焦点長 F は,レンズの主軸に平行するすべての光線が集まる点を焦点と呼びます.焦点からレンズの中心までの距離はここでの焦点距離です一般的に,焦点距離が大きいほど,レンズのFOVが小さい.焦点距離が短いほど,FOVが大きい.

アパレチャ値 f は,レンズの焦点距離と実際のアパレチャ直径の比で指定される.値が小さいほど,入ってくる光の量は大きい.携帯電話 の レンズ は,通常,固定 的 に f/2 の 開口 を 使う.0.

次に,主に携帯電話で使用される焦点モーターがあります.レンズの調整を容易にするために,レンズ全体が通常モーターモジュールに統合されます.マザーボードは,モーターを動かすためにI2Cバスを通して指示を送信レンズを動かし 調整して 焦点やズームを 達成するには ここで 音声コイルモーターを 簡単に紹介します

音声コイルモーターは,電子機器で音声コイルモーターと呼ばれます.音声コイルと呼ばれるのは,その実装原理がスピーカーに似ているからです.モーターのコイルのDC電流を変化させる浮き葉の引き上げ位置を制御し,その後レンズを上下に動かし,焦点化やズームアップを実現します.携帯電話のメインコンポーネントになりました.

携帯電話では,音声コイルモーターの使用は一般的に2つのモードに分かれ,一つはズーム,もう一つはフォーカスする.この2つの原則と目的は異なります.

ズーム: モーターはレンズグループ内の特定のレンズの動きを調整し,それによってレンズ全体の焦点距離を変化させ,視野の変化を引き起こします画面を拡大し 拡大し 拡大し 拡大し 拡大しこの方法は,通常,光学ズームと呼ばれます.このズーム方法の利点は,ズームインする過程で画像の詳細が失われないことです.しかし,デメリットも明らかです.容量が限られているため遠距離ズームの目的を達成するために,携帯電話メーカーは一般的に光学ズームとデジタルズームの組み合わせを使用する.

焦点: 音声コイルモーターは レンズ全体を前後を動かし 物体の画像平面を 光受容体の光敏感平面と一致させます画面がはっきりしているこの方法は,焦点を合わせるプロセスです.目的は,明確な画像を得ることです.

光 が レンズ を 通過 し た 後,まず 次 の 部分 ― フィルター に 入っ て い ます.この 部分 は 光 を さらに 処理 し,二つの 主要 な 目的 を 果たし ます.

赤外線をフィルタリングする: 光受容体は見えない赤外線の一部を感知し,後続的な画像処理を妨げるので,この赤外線の部分をフィルターでフィルタリングし,可視光のみを通す必要があります..

光 を 矯正 する: 光 が レンズ を 通過 し た 後,光受容器 に 対し て すべて の 光 が 平行 と 垂直 で は ない.また,直接 の 光 の 束 で は ない 光 線 も 多く あり ます.明らかに,それが傍受されていない場合光受容器に一定的な干渉を起こすクォーツの物理的偏振特性により,直接光を保持し,光敏感点に影響しないように斜面を反射します.画像の効果をさらに向上させる.

フィルターによってフィルタリングと修正後,インシデントライトは一定の安定性を持っています.カメラシステムのコア光受容器を通して光電変換を行う必要があります.

携帯電話の光受容器には主にCCDとCMOSが含まれています.しかし,高いコストと大きなサイズのために,CCDは携帯電話であまり使用されません.CMOS は この 分野 で 主流 の 光 受容器 に なり まし た携帯電話のCMOSはまだ3層構造を使っています ,マイクロレンズ/フィルター/光敏感層,具体的な定義は以下のとおりです.

マイクロレンズ層は,主に単一のピクセルの光受信領域を拡大するために使用されます.

フィルタが使用するバイエルモードは,RGBモードに似ている.各ピクセルの3つのチャネルのグレー値を測定するためにRGB色成分を使用する.しかし,人間の目は緑に敏感だという基本法則に基づいていますこのモードでは,緑色構成要素をさらに強調し,緑色構成要素をそれぞれGrとGbとして定義し,画像の色と明るさをより良く表現します.

光敏感層は 光子を電子信号に変換するために使われます増幅回路やアナログから電源への変換回路を通ってデジタル信号に変換します.

光敏感層の核は光敏感ダイオードで,それぞれのダイオードにはアンプとデジタルからアナログ変換回路が含まれています.読み方を一定程度加速させる.増幅効果が一貫していることは保証できませんので,この設計は騒音をもたらす可能性があります.CMOS は,各ダイオードの隣に追加のハードウェア回路を追加しているためこのデザインは全体的な光敏感効果に影響します このデザインはフロントライトと呼ばれます この問題を解決するためにCMOS の 製造 者 たち は,裏照明 の 設計 を 導入 し て い ますこのデザインは,光敏感シートの両側に光敏感ピクセルと金属電極トランジスタを配置し,ピクセル作業サイクルを増加させ,光感知効率を向上させ,ピクセル数を増加させる信号とノイズの比率も向上し,画像効果も大幅に向上します.

2画像プロセッサ
携帯電話の画像プロセッサの実装プロセスは,基本的に,非携帯電話カメラシステムと類似しています.主にIFE/BPS/IPE/JPEGなどのハードウェアモジュールを含む画像処理の処理には,それぞれが責任があります. 次に,それらを一つずつ紹介します.

IFE (Image Front End): センサーによるデータ出力は,まずIFEに到着します.このハードウェアモジュールは,いくつかの色修正,ダウンサンプリング,プレビューとビデオ3Aデータ処理のための統計とデモザイク.

BPS (Bayer Processing Segment): このハードウェアモジュールは,主にデッドピクセル除去,相焦点化,デモザイク化,ダウンサンプリング,HDR処理と写真画像データのハイブリッドノイズ削減処理.

IPE (画像処理エンジン):このハードウェアは主にNPSとPPSで構成され,ハードウェアノイズ削減 (MFNR,MFSR),画像カット,騒音削減色処理や詳細の強化

JPEG: 写真データの保存は,この jpeg コーディングのハードウェアモジュールによって行われます.

プロのカメラと比較して 携帯電話のカメラの視聴者は プロの写真の知識があまりないプロのカメラの視聴者とは明らかに異なる特徴を持っています携帯性については言うまでもなく,携帯電話のカメラは全体としてコンパクト性で有名です.しかし,プレイ可能性に関しては,主要携帯電話メーカーも大きな努力をしてカメラのプレイ可能性を拡大するための多くの戦略を採用しています. その中でもマルチショットは比較の典型的な例です.

初期の携帯電話のカメラは,一般的に1つのバックカメラを持ち,世界中で人気がありました.その機能は比較的シンプルでした.時代が進むにつれて,若者の消費者が増加していますセルフィーの需要が強くなり この分野における技術的進歩もありました そのため,携帯電話メーカーはこの傾向を利用し,デュアルカメラモードを導入し,主にセルフィーを用いるために電話の前側に追加のカメラモジュールを追加しました.また,ISPに 美容アルゴリズムも追加しましたセルフィー画像効果を大幅に改善した.直後,携帯電話メーカーが複数のシーンの撮影ニーズを満たすために複数のモジュールを携帯電話に統合した.次はマルチカメラシステムを紹介します

現在の携帯電話のカメラは,しばしば複数のカメラモジュールを使用します.小型風景を撮影するためのマクロモジュール,広角モジュール,広角シーンを撮影するための広角モジュール,特殊なニーズに応えるために開発された2つのカメラシステム双カメラ技術の急速な発展により,多くの成熟したソリューションが生産されています.

2つのカメラモジュールを用いて 画像を別々に撮影します特定のイメージング要件を満たすため,それらを1つの画像に融合させるための特定のアルゴリズムを通じて処理します一般的には,現在のダブルカメラソリューションは,主に背景のぼやけ,暗光/夜景条件下での画像品質の向上,光学ズームを達成するために使用されています.簡潔な紹介です:

a) 背景の模糊 (RGB+RGB)
この目的を達成するために,主に2つのRGBカメラモジュールが同時にシーンをイメージするために使用されます.各点のフィールドデータの深さを計算するために三角化の原理が使用されます.この一連のデータに基づいて,前面と背景が分離され,その後,模糊アルゴリズムを通して背景模糊処理をターゲットにして,最終的に模糊した背景画像効果を作成します.トライアングル化の原理の限界により,, 2つのカメラモジュールは,画像平面が同じ平面にあり,ピクセルが並べられているように校正する必要があります.

(b) ダークライト強化 (RGB + MONO)

暗い環境では撮影効果がよく満足できないため,携帯電話メーカーではRGBとブラック&ホワイトカメラモジュール (MONO) を使って暗光画像効果を向上させる.特殊な原理は,黒白カメラモジュールは,バイエルフィルターがないためRGBカメラモジュールのカラーコンポーネントと組み合わせると,これはよりよく保証できます.暗光下での画像品質について2つのカメラモジュールのイメージングも融合する必要があるため,2つのカメラモジュールのピクセルアライナメントを維持するために,校正操作がまだ必要である.

c) オプティカルズーム (広角 + テレフォト)

前述のようにオプティカルズームは,焦点モーターで単一のレンズの焦点距離を調整することによってズームの目的を達成することができます.しかし,音量制限により,単一のカメラモジュールからより大きなズーム範囲を得ることはしばしば不可能ですそのため,携帯電話メーカーは,異なる焦点距離 (ワイドアングルとテレフォト) の2つのカメラモジュールを使用して,共同で光学ズームの目的を達成することを提案しています.広角モジュールを使って 幅広いシーンを 提示する原理です遠くのシーンの場合,モジュールスイッチングと優れた融合アルゴリズムにより,写真の撮影時に比較的スムーズなズーム操作が可能になります.

上記の紹介から,カメラシステムにはレンズ,開口シャッター,光受容器,画像プロセッサが構成されていることがわかります.画像の質を改善するために,フィルター,フォーカスモーター開発過程で徐々に追加されます. 同時に,携帯電話にカメラシステムを埋め込むためには,特定のハードウェアカットが避けられません.例えばサイズやバッテリーの寿命の制限により,電池の電源が電源の電源を制御する主にCMOSが使われていますしかし,ハードウェアがかなり制限されている場合でも,画像処理チップの継続的な開発とアルゴリズムの継続的な最適化によって携帯電話のカメラシステムは プロのカメラとのギャップを 徐々に縮めていると思います携帯電話カメラの画像効果は プロのカメラと完全に比較可能になります.