Camera 基礎知識點

2023-06-24 03:33:41來源：程序員客棧

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(資料圖片)

1.1 Camera 工作原理1.2 Camera 模組組成1.3 Camera 常見縮寫解釋1.4 Camera 部分名詞解釋1.5 參考文獻

一、Camera 基礎知識1.1 Camera 工作原理

外部光線穿過鏡頭Lens 后，經過 Color Filter 濾波后照射到CMOS Sensor 上， CMOS Sensor 將從 Lens 上傳導過來的光線轉換為電信號，再通過內部的AD模數轉換，轉換為數字信號。如果 Sensor 沒有集成 DSP（數字信號處理），則通過 DVP（數字視頻端口）的方式傳輸到基帶Baseband上，此時的數據格式是 RAW DATA。如果集成了 DSP， RAW DATA 數據經過 AWB、則 Color Matrix、 Lens Shading、 Gamma、 Sharpness、 AE 和 De-noise 處理，后輸出 YUV 或 RGB 格式的數據。最后會由 CPU 送到 framebuffer 中進行顯示，這樣我們就看到 camera 拍攝到的影像了Camera 工作原理舉例：

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1.2 Camera 模組組成

Camera 模組主要包含鏡頭Lens、傳感器Sensor 、軟硬結合板FPC、ISP圖像處理器，音圈馬達VCM等。Camera 模組舉例：

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1.3 Camera 常見縮寫解釋

縮寫	全文	備注
CMOS	Complementary Metal-Oxide-Semiconductor	互補金屬氧化物半導體
ISP	Image Singal Process	圖像信號處理
DSP	Digital Signal Processing	數字信號處理
DVP	Digital Video Port	數字視頻端口
IFE	Image front-end Engine	圖像前端引擎
BPS	Bayer Processing Segment	Bayer 處理階段
IPE	Image-processing engine	圖像處理引擎
NPS	Noise Processing Segment	降噪處理階段
PPS	Post Processing Segment	濾波處理階段
AE	Auto Exposure	自動曝光
TE	Time Exposure	曝光時間
AF	Auto Focus	自動對焦
AWB	Auto White Balance	自動白平衡
IQ	Image Quality	效果相關的圖像質量
DPC	Defect pixel Correction	壞點校正
BLC	Black Level Correction	黑電平校正
Demosaic	Demosaic	去馬賽克
Bokeh	Bokeh	人像虛化，焦外成像
ASF	Adaptive Spatical Filter	邊緣銳化
CAC	Chromatic Aberrations Correction	去紫邊
FBC	Frame Buffer Compressed	幀緩沖壓縮
CPAS	Camera Peripheral And Support	相機外設
CSID	Camera Serial Interface Decoder Module	相機串行接口解碼器
CCI	Camera control interface	相機控制界面
VPU	Video Processing Unit	視頻編解碼處理單元
DPU	DisplayProcessing Unit	顯示處理單元
HDR	High-Dynamic Range	高動態(tài)范圍
LSC	Lens Shading Correction	校正Lens 中間亮四周暗
CDAF	Contrast Detection Auto Focus	反差對焦
PDAF	Phase Detection Auto Focus	相位對焦
LDAF	Laser Detection Auto Focus	激光對焦

1.4 Camera 部分名詞解釋

AE 自動曝光根據可用光源調節(jié)自動設置曝光值，避免找錯主體拍攝時候過曝或曝光不足，主要有光圈、曝光時間、感光度ISO三者共同決定。

AF 自動對焦通過對既得圖像對比度移動鏡頭，使圖像對比度達到最大

AWB 自動白平衡根據光源條件調節(jié)調整圖片顏色的保真程度，避免物體在不同光線照射下出現不同程度的色差。

CDAF Contrast Detection Auto Focus 反差對焦

反差對焦是目前普及率最高、使用最廣泛、成本相對較低的自動對焦技術，也稱對比度對焦。

對焦的過程就是通過移動鏡片來使對焦區(qū)域的圖像達到最清晰的過程，所以對焦成功以后，直觀的感受就是焦點的清晰度最高，而焦點以外的區(qū)域表現為相對模糊的狀態(tài)。

采用反差對焦的相機，當我們對準被攝物體時，鏡頭模組內的馬達便會驅動鏡片從底部向頂部移動，在這個過程中，像素傳感器將會對整個場景范圍進行縱深方向上的全面檢測，并持續(xù)記錄對比度等反差數值。找出反差最大位置后，運動到頂部的鏡片則會重新回到該位置，完成最終的對焦。

所以使用反差對焦的手機在拍照過程中，如果取景框中的物體位置、內容發(fā)生了變動，我們的肉眼就可以觀察到屏幕上的內容由模糊到清晰再到模糊的過程，有一種鏡片在前后推拉的直觀感受。

因為反差對焦的工作方式是進行對比度檢測，因此相機鏡片必須要前后移動完整記錄所有的圖像信息，然后計算對比度最高的位置，才能最終完成對焦。所以反差對焦的一個主要缺點就是耗費的時間較長

PDAF Phase Detection Auto Focus 相位對焦

單反相機普遍采用相位對焦系統(tǒng)，相比于數碼單反相機上的相位對焦，手機上的相位對焦則是直接將自動對焦傳感器和像素傳感器直接集成在一起，即從像素傳感器上拿出左右相對的成對像素點，分別對場景內的物體進行進光量等信息的檢測，通過比對左右兩側的相關值的情況，便會迅速找出準確的對焦點，之后鏡片馬達便會一次性地將鏡片推到相應位置，完成對焦。

由于取消了之前的檢測過程，且鏡片馬達需要移動的距離更短，對焦速度明顯變快，在畫面上也不會有來回對焦的情況，對于拍視頻而言，效果也更加自然。不過，相位對焦并不是那么完美，它對光線的要求就比較高，在弱光拍攝環(huán)境下，相位對焦就無能威力了。

LDAF Laser Detection Auto Focus 激光對焦

激光對焦是通過后置攝像頭旁邊的紅外激光傳感器向被攝物體發(fā)射低功率激光，經過反射后被傳感器接收，并計算出與被攝物體之間的距離。之后鏡間馬達便直接將鏡片推到相應位置，完成對焦。和相位對焦一樣，同樣是一次完成。

激光對焦技術對于微距、弱光環(huán)境以及反差不夠明顯的區(qū)域，效果顯著，能夠有效提高手機在這些情況下的對焦成功率，只是在對焦速度上，激光對焦比較一般。而在光線正常的條件下，激光對焦的速度和相位對焦一樣非常之快

YUV Sensor 低端5M以下

YUV Sensor輸出的Data格式為YUV，圖像的效果處理使用Sensor內部的ISP，BB端接收YUV格式的data后只進行格式的轉換，效果方面不進行處理，由于Sensor內部的ISP處理能力有限，且YUV Sensor的數據量比較大（YUV422的格式1個pixel2個byte），一般Size都比較小，常見的YUV sensor都是5M以下

RAW Sensor 主流模組

Raw Sensor輸出的Data格式為Raw，圖像的效果處理使用BB端的ISP，BB端接收Raw data后進行一系列的圖像處理（OB，Shading，AWB，Gamma，EE，ANR等），效果方面由BB端控制，需要針對不同的模組進行效果調試，Raw sensor是目前的主流，數據量比YUV Sensor?。≧AW10 格式的sensor 1個pixel 10個bit）使用平臺ISP處理，能支持較大的size

三路電壓

camera包含的三路電壓：模擬電壓（VCAMA） AVDD模擬供電，主要給感光區(qū)域和ADC部分供電數字電壓（VCAMD）DVDD數字供電，主要給ISP供電IO口電壓（VCAMIO）VDDIO數字IO電魚主要給I2C 部分供電

ps:還有一個VCAM_AF 是對Camera 自動對焦馬達供電

I2C信號BB與Sensor端通過I2C來通信（讀寫寄存器），包括SCL（I2C Clock） SDA（I2C Data）信號

mipi幾條lane

mipi data是成對的差分信號，MIPI_RDN和MIPI_RDP，有幾對這樣的pin腳，則說明是幾條lane，同一顆sensor由于register setting不同，輸出的信號有可能是2 lane或者4lane等

Data Format

Sensor輸出的數據格式，對于YUV Sensor來說，Data Fomat一般有YUYV，YVYU，UYVY等，配置不對可能會導致顏色和亮度錯掉，例如下圖

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MCLK

BB提供給Sensor的外部clock

PCLK