「專利解密」走進攝像頭(一)--攝像頭工作原理

2020-12-05 愛集微APP

集微網消息,最近,隨著華為P30手機的「強勢」面世,相信不少朋友們對這部堪稱「全世界第一(領先)」的手機頗感興趣,當然,作為技術控的我,當然也充滿了好奇,那麼這周小編想跟大家分享,這部手機最受歡迎的一個技術點--攝像頭。

那麼今天的內容,我們從現有的攝像頭的原理開始說起!

圖一、攝像頭模組

攝像頭是由鏡頭、鏡座、電容、電阻、紅外慮光片(IP Filter)、傳感器(Sensor),線路板、圖像處理晶片 DSP以及補強板等元件組合而成;傳感器(Sensor)有兩種,一種是電荷耦合傳感器(CCD),一種是金屬氧化物導體傳感器(CMOS);線路板一般用印上線路板(PCB)或者柔性電路板(FPC)。

圖二、攝像頭硬體結構圖

鏡頭:攝像頭鏡頭可以看做是人眼中的晶狀體,它是利用透鏡的折射原理,將景物光線透過鏡頭在聚焦平面上形成清晰的像。

紅外慮光片(IP Filter):主要是過濾掉進入鏡頭的光線中的紅外光,這是因為雖然人眼看不到紅外光,但是傳感器卻能感受到紅外光,所以需要將光線中的紅外光濾掉,以便圖像更接近人眼看到的效果。

傳感器 Sensor:攝像頭的核心元件,負責將通過鏡頭的光信號轉換為電信號,再經過內部模數轉換器轉換為數位訊號。

互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器:主要是利用矽和鍺做成的半導體,其特徵在於在CMOS上共存著帶陰極(N)和陽極(P)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流可以被處理晶片記錄並解讀成影像。

電荷耦合器件(CCD)傳感器:是由一種高感光度的半導體材料製成,能把光線轉變成電荷,通過模數轉換器晶片轉換成電信號。電荷耦合器件(CCD)傳感器由許多獨立的感光單位組成,通常以百萬像素為單位。當電荷耦合器件(CCD)傳感器表面受到光照時,每個感光單位都會將電荷反映在組件上,所有的感光單位產生的信號加在一起,就構成了一幅完整的圖像。

柔性電路板(FPC):簡稱"軟板", 連接晶片和手機,起到電信號傳輸作用。

圖像處理晶片 DSP: DSP是攝像頭大的的重要組成部分,它的作用是將感光晶片獲得的數據及時地快速地傳遞到中央處理器並刷新感光晶片,因此DSP晶片的好壞,直接影響畫面品質,如:色彩飽和度、清晰度、流暢度等。

圖三,攝像頭內部結構連接方式示意圖

工作原理:

景物光線通過鏡頭進入攝像頭內部,然後經過過濾紅外光IR Filter過濾掉進入鏡頭的光線中的紅外光,再到達達傳感器(sensor),傳感器(sensor)將光學信號轉換為電信號,再通過內部的,模/數轉換器(ADC)將電信號轉換為數位訊號,然後傳輸給圖像處理晶片 DSP加工處理,轉換成RGB、YUV等格式輸出。

值得留意的是:

我們平時所理解的1200萬像素,實際上是1200萬個感光點,而每個感光點只能感應一種光,攝像機通過傳感器組成部分中的圖像處理單元ISP來還原三原色(RGB顏色模型,是一種加色模型,將紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)三原色的色光以不同的比例相加,以產生多種多樣的色光。)

我是小夏,請繼續關注《專利解密》欄目,下期再回!

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