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    手機(jī)攝像頭的心得體會(huì)---camera模組的結(jié)構(gòu)和選擇

    2020-01-01 12:16:34 瀏覽次數(shù):
      一個(gè)手機(jī),我們從app中打開camera,然后就看到camera的拍攝的景色,然后按下開關(guān)就會(huì)形成一個(gè)靜態(tài)的照片,那么這張照片是怎樣形成的呢?他的整個(gè)過程又是怎樣的?如成像原理如下圖:

      在成像原理圖中我們看到了從光線進(jìn)入到JPG圖片形成,經(jīng)過鏡頭,光圈,傳感器等等元器件,最后經(jīng)過ISP處理形成了一張漂亮的圖片,而這些小元器件組裝在一起我們就稱作為camera模組。

      首先我們還是以手機(jī)攝像頭為例,先拿一張手機(jī)camera模組的結(jié)構(gòu)圖(如果你身邊有這樣一顆模組的話,你自己最好拆一顆看看內(nèi)部的構(gòu)造,然后這樣更容易理解):

      這個(gè)結(jié)構(gòu)圖中camera模組主要是由鏡頭,sensor,馬達(dá)電機(jī)和一下固定的塑料固件組成。具體結(jié)構(gòu)如下:

      而這些模組的作用是什么呢?最簡單的說法就是把景物變成如下的圖像Whatasensorsee,而最后這些東西經(jīng)過ISP處理就變成Whatanend-usersee。(順便說一下)而我們的工作就是調(diào)整ISP的處理方式,讓用戶擁有更好的圖片質(zhì)量體驗(yàn)。

      既然這篇文章是介紹模組的結(jié)構(gòu)的,那么我們就把這顆模組拆開了揉碎了,說一說。

      一.鏡頭LENS

      首先我們來說一說最重要的鏡頭,而一個(gè)鏡頭他屬于精密儀器,這個(gè)假如您看過我上一篇文章中的模組廠如何組裝鏡頭的話,您就了解了,一個(gè)好的鏡頭選擇對(duì)于一顆模組來說是多么的重要,鏡頭結(jié)構(gòu)如下圖:

      而在手機(jī)攝像頭的參數(shù)表中常常體現(xiàn)的是這個(gè)鏡頭是多少P的,在這里一般鏡頭P數(shù)越多,相對(duì)來說鏡頭的shading會(huì)少,但P數(shù)不是越多越好,那么鏡頭的好壞如何決定呢,我們一般會(huì)通過imtest測試解析力,解析力越高越好。查看如下圖:

      關(guān)于鏡頭,最主要的參數(shù)應(yīng)該是他的焦距,對(duì)于不同焦距有著不同的分類如下:

      而且不同的焦距提供的視角也是不一樣的如下:

      二.電機(jī)馬達(dá)

      接下來我們就倆聊一聊跟我本職工作比較接近的電機(jī)馬達(dá)。有人會(huì)感覺到奇怪,為什么攝像頭上怎么還有馬達(dá)呢?這個(gè)主要是由于人懶。像以前的人們拍照,拍照片的話,拍照的人需要不停的移動(dòng)位置,找到一個(gè)合適的位置,找到圖像的最清晰的點(diǎn)進(jìn)行拍照,而人懶就使用電機(jī)馬達(dá)代替人類不停的移動(dòng)找到最清晰圖片的位置(這個(gè)是自己瞎扯,真正原因是什么去查查歷史就行,哈哈)。言歸正傳,我們首先認(rèn)識(shí)一下這個(gè)電機(jī)馬達(dá)長什么樣?如下圖:

      我把他剖析出來,您就可以清晰的看到一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),這個(gè)馬達(dá)長得有點(diǎn)怪,如果高中學(xué)過電磁感應(yīng)的話,就會(huì)明白,線圈通電會(huì)產(chǎn)生磁場,流經(jīng)磁場的電流大小可以推動(dòng)如圖中的鏡頭進(jìn)行向前或者向后的移動(dòng)。這就形成一個(gè)簡易的馬達(dá),這種結(jié)構(gòu)叫做VCM(VoiceCoilActuator/VoiceCoilMoto),這個(gè)過程將電能轉(zhuǎn)換成了機(jī)械能。

      普遍手機(jī)用的都是這種VCM的電機(jī)控制鏡頭移動(dòng),而這種馬達(dá)又隨著技術(shù)的進(jìn)步分為了open,closeloop,中置馬達(dá)。關(guān)于open和closeloop的不同:

      簡單來說,由于馬達(dá)控制鏡頭的移動(dòng),由于這是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程,所以有各種不確定性(例如彈簧彈力,鏡頭重量等等),假如ISP讓鏡頭移動(dòng)到10mm處,但是鏡頭只移動(dòng)到了8mm處或者11mm處,但是ISP不清楚呀,這樣就會(huì)造成問題,呈現(xiàn)在用戶手中的照片是有點(diǎn)虛。為了解決這個(gè)問題,從open馬達(dá)發(fā)展成為了closeloop,如下圖,提供了一個(gè)HallSensor,加了一個(gè)反饋機(jī)制,這樣做有如下好處:

      1)說移動(dòng)到哪里就移動(dòng)到哪里,更加精確。

      2)對(duì)于ISP來說依賴更少了,所以對(duì)焦更快,

      3)同時(shí)電機(jī)更加穩(wěn)定,從而更省電,功耗更小。

      同時(shí)這樣的成本就高了起來。

      open和close的系統(tǒng)對(duì)比如下:

      關(guān)于中置馬達(dá)的問題,

      就是說一個(gè)簡單的例子,一個(gè)百米賽跑,open和closeloop的馬達(dá)都是從0的位置開始起跑的,而中置馬達(dá)是從50m的位置可以正負(fù)兩個(gè)方向進(jìn)行移動(dòng),那么這樣做的話,最重要的優(yōu)點(diǎn)就是你給camera供電的電壓就更小了,原來可能需要5v,現(xiàn)在只需要+-2.5V就ok了,這樣的話,功耗就更小了,速度更快,成本沒有增加。

      三.IR濾波片

      接下來說一下這個(gè)IR濾波片的作用,首先為什么要有這個(gè)東西,沒有他行不行,答案肯定是不行的,你可以想一想,做手機(jī)的往死了扣成本,不會(huì)無緣無故加?xùn)|西的,那么這個(gè)有什么作用呢?主要作用就是濾除紅外光,如下圖可以看出人類的可識(shí)別的光是400~700,而感光元器件(sensor)他的可識(shí)別范圍更廣泛,那么我們最后成像是需要給人來觀看的,所以我們想到只保留人類可識(shí)別的波長的光。這樣找到了一種材料去截?cái)喑^700的光。從下面色卡中的圖像可以清晰看到有或者沒有這個(gè)IR濾波片所拍攝的照片是不一樣的,不加濾波片,多余波長的光會(huì)很影響后續(xù)的ISP的調(diào)試工作。

      根據(jù)不同的濾光方式分為兩類IRCUTFilter,兩種各有各的優(yōu)缺點(diǎn)如下圖,相對(duì)來說藍(lán)玻璃的效果更好一下,但是成本大概是前者的10倍。

      另外注意一點(diǎn):

      這里都有不同的涂抹材料,IR朝向Lens,AR朝向Sensor:

      四.Sensor

      關(guān)于成像特別重要的一個(gè)影響因素就是這個(gè)sensor,不但影響一個(gè)照片的顏色,亮度,還有噪點(diǎn)等等,所以說能夠選擇一個(gè)好的sensor就會(huì)成為你這個(gè)手機(jī)成像的好壞的決定性因素。而關(guān)于sensor,我簡單來說一下,先說一下他的分類CCD和CMOS如圖:

      電路圖可簡單了解一下,手機(jī)由于他一些成本考慮,一般都使用的是CMOS。CCD和CMOS如下圖:

      為什么說他是CCD比CMOS的成本高呢?那是因?yàn)镃CD的成品率比較低(由于只要有一個(gè)發(fā)光二極管壞了,由于電路是串聯(lián),所以那么整個(gè)一排的二極管都要作廢),所以成本高,有點(diǎn)就是曝光比較快(整幀曝光,而CMOS行曝光)。

      
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