Βασική δομή και αρχή λειτουργίας της μονάδας κάμερας

Βασική δομή της μονάδας κάμερας

I. Δομή και αρχή λειτουργίας της κάμερας

Η σκηνή γυρίζεται μέσω του φακού, η παραγόμενη οπτική εικόνα προβάλλεται στον αισθητήρα και στη συνέχεια η οπτική εικόνα μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα μέσω μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό.Το ψηφιακό σήμα επεξεργάζεται από το DSP και στη συνέχεια αποστέλλεται στον υπολογιστή για επεξεργασία και τελικά μετατρέπεται σε εικόνα που μπορεί να δει κανείς στην οθόνη του τηλεφώνου.

Λειτουργία chip επεξεργασίας ψηφιακού σήματος (DSP): βελτιστοποίηση των παραμέτρων σήματος ψηφιακής εικόνας μέσω μιας σειράς πολύπλοκων μαθηματικών αλγορίθμων και μεταφορά των επεξεργασμένων σημάτων σε υπολογιστές και άλλες συσκευές μέσω USB και άλλων διεπαφών.Πλαίσιο δομής DSP:
1, ISP (επεξεργαστής σήματος εικόνας)
1. ISP (επεξεργαστής σήματος εικόνας)
2, Κωδικοποιητής JPEG
2. Κωδικοποιητής JPEG
3, Ελεγκτής συσκευής USB
3. Ελεγκτής συσκευής USB

Υπάρχουν δύο τύποι κοινών αισθητήρων κάμερας,

Ο ένας είναι ο αισθητήρας CCD (Chagre Couled Device), δηλαδή η συσκευή σύζευξης φόρτισης.
Ο άλλος είναι ο αισθητήρας CMOS (Συμπληρωματικός ημιαγωγός οξειδίου μετάλλου), δηλαδή συμπληρωματικός ημιαγωγός οξειδίου μετάλλου.
Το πλεονέκτημα του CCD έγκειται στην καλή ποιότητα απεικόνισης, αλλά η διαδικασία κατασκευής είναι περίπλοκη, το κόστος είναι υψηλό και η κατανάλωση ενέργειας είναι υψηλή.Στην ίδια ανάλυση, το CMOS είναι φθηνότερο από το CCD, αλλά η ποιότητα της εικόνας είναι χαμηλότερη από το CCD.Σε σύγκριση με το CCD, ο αισθητήρας εικόνας CMOS έχει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.Επιπλέον, με την πρόοδο της τεχνολογίας διεργασιών, η ποιότητα εικόνας του CMOS επίσης βελτιώνεται συνεχώς.Επομένως, οι τρέχουσες κάμερες κινητών τηλεφώνων στην αγορά χρησιμοποιούν όλες αισθητήρες CMOS.

Απλή δομή κάμερας κινητού τηλεφώνου
Φακός: συγκεντρώστε φως και προβάλλετε τη σκηνή στην επιφάνεια του μέσου απεικόνισης.
Αισθητήρας εικόνας: το μέσο απεικόνισης, το οποίο μετατρέπει την εικόνα (φωτεινό σήμα) που προβάλλεται από τον φακό στην επιφάνεια σε ηλεκτρικό σήμα.
Κινητήρας: οδηγεί την κίνηση του φακού, έτσι ώστε ο φακός να προβάλλει μια καθαρή εικόνα στην επιφάνεια του μέσου απεικόνισης.
Φίλτρο χρώματος: Η σκηνή που βλέπει το ανθρώπινο μάτι βρίσκεται στη ζώνη ορατού φωτός και ο αισθητήρας εικόνας μπορεί να αναγνωρίσει τη ζώνη φωτός περισσότερο από το ανθρώπινο μάτι.Επομένως, προστίθεται ένα φίλτρο χρώματος για να φιλτράρει την περίσσεια ζώνη φωτός, έτσι ώστε ο αισθητήρας εικόνας να μπορεί να καταγράψει πραγματικές σκηνές που βλέπουν τα μάτια.
Τσιπ κίνησης κινητήρα: χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της κίνησης του κινητήρα και την κίνηση του φακού για την επίτευξη αυτόματης εστίασης.
Υπόστρωμα πλακέτας κυκλώματος: Μεταδώστε το ηλεκτρικό σήμα του αισθητήρα εικόνας στο πίσω άκρο.
II.Σχετικές παράμετροι και ουσιαστικά
1. Κοινές μορφές εικόνας
1.1 Μορφή RGB:
Η παραδοσιακή μορφή κόκκινου, πράσινου και μπλε, όπως RGB565 και RGB888.η μορφή δεδομένων 16-bit είναι 5-bit R + 6-bit G + 5-bit B. Το G έχει ένα ακόμη bit επειδή τα ανθρώπινα μάτια είναι πιο ευαίσθητα στο πράσινο.
1.2 Μορφή YUV:
Μορφή Luma (Y) + chroma (UV).Το YUV αναφέρεται στη μορφή εικονοστοιχείων στην οποία η παράμετρος φωτεινότητας και η παράμετρος χρωματισμού εκφράζονται χωριστά.Το πλεονέκτημα αυτού του διαχωρισμού είναι ότι όχι μόνο αποφεύγει τις αμοιβαίες παρεμβολές, αλλά μειώνει επίσης τον ρυθμό δειγματοληψίας χρώματος χωρίς να επηρεάζει πολύ την ποιότητα της εικόνας.Το YUV είναι ένας γενικότερος όρος.Για τη συγκεκριμένη διάταξη του, μπορεί να χωριστεί σε πολλές συγκεκριμένες μορφές.
Το Chroma (UV) ορίζει δύο πτυχές του χρώματος: την απόχρωση και τον κορεσμό, που αντιπροσωπεύονται από το CB και το CR αντίστοιχα.Μεταξύ αυτών, το Cr αντικατοπτρίζει τη διαφορά μεταξύ του κόκκινου μέρους του σήματος εισόδου RGB και της τιμής φωτεινότητας του σήματος RGB, ενώ το Cb αντικατοπτρίζει τη διαφορά μεταξύ του μπλε τμήματος του σήματος εισόδου RGB και της τιμής φωτεινότητας του σήματος RGB.
Οι κύριες μορφές δειγματοληψίας είναι YCbCr 4:2:0, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:1:1 και YCbCr 4:4:4.
1.3 Μορφή δεδομένων RAW:
Η εικόνα RAW είναι τα ακατέργαστα δεδομένα που ο αισθητήρας εικόνας CMOS ή CCD μετατρέπει το σήμα της πηγής φωτός που συλλαμβάνεται σε ψηφιακό σήμα.Ένα αρχείο RAW είναι ένα αρχείο που καταγράφει τις αρχικές πληροφορίες του αισθητήρα της ψηφιακής κάμερας και ορισμένα μεταδεδομένα (όπως ρυθμίσεις ISO, ταχύτητα κλείστρου, τιμή διαφράγματος, ισορροπία λευκού κ.λπ.) που δημιουργούνται από την κάμερα.Το RAW είναι μια μη επεξεργασμένη και μη συμπιεσμένη μορφή και μπορεί να θεωρηθεί ως "ακατέργαστα κωδικοποιημένα δεδομένα εικόνας" ή πιο έντονα αποκαλούμενη "ψηφιακό αρνητικό".Κάθε pixel του αισθητήρα αντιστοιχεί σε ένα φίλτρο χρώματος και τα φίλτρα κατανέμονται σύμφωνα με το μοτίβο Bayer.Τα δεδομένα κάθε pixel εξάγονται απευθείας, δηλαδή δεδομένα RAW RGB
Τα ακατέργαστα δεδομένα (Raw RGB) γίνονται RGB μετά την παρεμβολή χρώματος.

Παράδειγμα εικόνας σε μορφή RAW
2. Σχετικοί τεχνικοί δείκτες
2.1 Ανάλυση εικόνας:
SXGA (1280 x1024), 1,3 megapixel
XGA (1024 x768), 0,8 megapixel
SVGA (800 x600), 0,5 megapixel
VGA (640x480), 0,3 megapixel (0,35 megapixel αναφέρονται σε 648X488)
CIF (352x288), 0,1 megapixel
SIF/QVGA (320x240)
QCIF(176x144)
QSIF/QQVGA (160x120)
2.2 Βάθος χρώματος (αριθμός μπιτ χρώματος):
256 έγχρωμη κλίμακα του γκρι, 256 είδη γκρι (συμπεριλαμβανομένου του μαύρου και του λευκού).
Χρώμα 15 ή 16 bit (υψηλό χρώμα): 65.536 χρώματα.
Χρώμα 24 bit (αληθινό χρώμα): Κάθε βασικό χρώμα έχει 256 επίπεδα και ο συνδυασμός τους έχει 256*256*256 χρώματα.
Χρώμα 32 bit: Εκτός από το χρώμα 24 bit, τα επιπλέον 8 bit χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση των γραφικών δεδομένων του επικαλυπτόμενου στρώματος (κανάλι άλφα).
2.3 Οπτικό ζουμ και ψηφιακό ζουμ:
Οπτικό ζουμ: Μεγέθυνση/σμίκρυνση του αντικειμένου που θέλετε να τραβήξετε ρυθμίζοντας το φακό.Διατηρεί τα pixel και την ποιότητα της εικόνας βασικά αμετάβλητα, αλλά μπορείτε να τραβήξετε ιδανική εικόνα.Ψηφιακό ζουμ: Στην πραγματικότητα δεν υπάρχει ζουμ.Απλώς παίρνει από την αρχική εικόνα και μεγεθύνει. Αυτό που βλέπετε στην οθόνη LCD μεγεθύνεται, αλλά η ποιότητα της εικόνας δεν βελτιώνεται ουσιαστικά και τα pixel είναι χαμηλότερα από τα μέγιστα pixel που μπορεί να τραβήξει η φωτογραφική μηχανή σας.Η ποιότητα της εικόνας είναι βασικά ανάξια, αλλά μπορεί να προσφέρει κάποια ευκολία.
2.4 Μέθοδος συμπίεσης εικόνας:
JPEG/M-JPEG
H.261/H.263
MPEG
H.264
2.5 Θόρυβος εικόνας:
Αναφέρεται στο θόρυβο και τις παρεμβολές στην εικόνα και εμφανίζεται ως σταθερός χρωματικός θόρυβος στην εικόνα.
2.6 Αυτόματη ισορροπία λευκού:
Με απλά λόγια: η αποκατάσταση λευκών αντικειμένων από την κάμερα.Σχετικές έννοιες: θερμοκρασία χρώματος.
2.7 Γωνία θέασης:
Έχει την ίδια αρχή με την απεικόνιση του ανθρώπινου ματιού, η οποία είναι επίσης γνωστή ως εύρος απεικόνισης.
2.8 Αυτόματη εστίαση:
Η αυτόματη εστίαση μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: η μία είναι η αυτόματη εστίαση σε εύρος με βάση την απόσταση μεταξύ του φακού και του θέματος και η άλλη είναι η αυτόματη εστίαση ανίχνευσης εστίασης που βασίζεται σε καθαρή απεικόνιση στην οθόνη εστίασης (αλγόριθμος ευκρίνειας).
Σημείωση: Το μεγέθυνση είναι για να φέρει πιο κοντά μακρινά αντικείμενα.Η εστίαση είναι να γίνει η εικόνα καθαρή.
2.9 Αυτόματη έκθεση και γάμμα:
Είναι ο συνδυασμός διαφράγματος και κλείστρου.Διάφραγμα, ταχύτητα κλείστρου, ISO.Το γάμμα είναι η καμπύλη απόκρισης του ανθρώπινου ματιού στη φωτεινότητα.
III.Άλλη δομή κάμερας