攝像模組
手機攝像頭的工作原理
分類:攝像模組
拍攝景物通過鏡頭,將生成的光學圖像投射到傳感器上,然后光學圖像被轉換成電信號,電信號再經過模數轉換變為數字信號,數字信號經過DSP加工處理,再被送到手機處理器中進行處理,最終轉換成手機屏幕上能夠看到的圖像。
從景物到最終成像,要經過幾道“工序”的處理,每個過程都可以改變圖像的最終成像。所以影響手機攝像頭拍照畫質的因素有傳感器類型、像素、光圈、ISP、軟件優化等。
1、傳感器類型
傳感器是決定手機攝像頭成像品質最為重要的一部份,也經常被手機廠商作為宣傳的重點。手機上面的傳感器主要分為CMOS與CCD兩種,雖然CCD在色彩還原方面更有味道,但CMOS傳感器在性價比與高感表現方面有更多的優勢,從而成為市面上手機攝像頭傳感器的主流。
CMOS傳感器分為兩種,背照式與堆棧式。
不過目前大多是堆棧式,因為堆棧式是對背照式的進一步改良,在擁有背照式傳感器結構的基礎上,把信號處理電路芯片放到后面去,做成堆棧式的設計,增大了傳感器感光的面積,同時加入白色像素,進一步提高了信噪比。
目前手機上比較流行的傳感器是索尼2015年6月發布的IMX298。其感光面積為1/2.8英寸,單位像素尺寸1.12μm,最高支持1600萬像素(4608*3456分辨率)的圖像輸出。特色功能方面,IMX298為RGBW四色架構,支持PDAF相位對焦和高動態范圍HDR攝錄。華為Mate8、小米5、一加3等眾多旗艦手機都是選用了這款傳感器。
2、像素
像素是前兩年消費者選購手機經常犯錯的地方,機械的認為像素越高越好,但實際上,從硬件方面來說,在傳感器面積不變前提下,單純提高像素,高像素密度的傳感器反而比低像素密度的在拍照時更容易產生噪點。而且傳感器像素越高,其厚度也就越大,這在崇尚纖薄的手機領域顯然是不符合潮流的。諾基亞808Pureview就是一個個極端的例子,傳感器像素達到了4100萬,提供了可能是目前為止最好的手機拍照效果,但其代價是傳感器面積大,增加了手機的厚度和重量。
3、光圈
光圈的大小影響了單位時間內攝像頭的光線通過量,所以大光圈越大的攝像頭在同一時間內進光量越多,通過加大光圈提高拍攝質量。目前光圈最大的手機是三星S7系列和LGG5,光圈F/1.7,加大進光量,弱光拍照表現也會更優秀,同時景深效果也更棒。三星S7相較于上一代S6,攝像頭像素下降了400萬,但經過實際測試,拍照能力卻得到了提升。當然,大光圈也有弊端,比如邊緣畫質難以控制等,當然影響比較小的。
4、ISP
所謂的ISP,就是圖像信號處理單元芯片,可以稱之為“相機CPU”。在自動對焦,過濾圖像中的雜訊,人臉識別和自動場景識別等多個功能當中,都離不開ISP發揮作用。目前大多數手機都是采用了集成ISP,就像電腦顯卡中的集成顯卡一樣,而如果想要更好的處理能力,獨立顯卡顯然更好,手機亦是如此,獨立的ISP芯片顯然比集成ISP處理能力更優秀。并且一般的獨立ISP芯片都是手機商向ISP提供商定制的,所以與相機其他組件的契合度更佳,成像也有屬于自己的風格、特色。
5、軟件優化
軟件優化在手機成像里制作工藝最簡單,但提升難度卻也是最大的。就像目前市面上大多數旗艦手機搭載的都是索尼IMX298攝像頭模塊,但實際拍攝中,各家手機都是有很大差距的,因此軟件優化對于手機成像能力也是非常重要的部分。
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