相機拍攝物體的大致程序為:物體反射(或照射)的光線經過鏡頭,到達影像傳感器,影像傳感器把光信號轉換為電信號,然后模數轉換器件把電荷信號轉換成數字信號,數字信號經過放大電路進入微處理器,數字信號經過ISP運算處理之后傳輸到存盤器中存盤為影像, 示意圖如下:


1. 影像傳感器
影像傳感器是相機的主要組件之一,對成像質量影響很大,
傳感器將從鏡頭上傳導過來的光線轉換為電信號,再通過內部的DA轉換為數字信號,由于傳感器的每個pixel只能感光R光或者B光或者G光,如下圖,因此每個像素此時存貯的是單色的,我們稱之為RAW DATA,要想將每個像素的RAW DATA還原成三基色,就需要信號處理器ISP來處理,

影像傳感器主要分兩種,CCD(charge-coupled device,電荷耦合器件)和CMOS(complementary meta-oxide semiconductor,互補金屬訊訓物半導體),CCD傳感器成像質量好,影像明銳通透,細節豐富,色彩還原度好,但是成本較高,耗電功率高,CMOS傳感器成像質量稍差,但耗電功率較低,成本也比DDC低,當今手機中主要還是采用CMOS傳感器,CMOS傳感器中集成了模數轉換器,CCD傳感器沒有集成了模數轉換器,
2. 影像信號處理器
影像信號處理器(Image Signal Processing,ISP)的作用就是對影像傳感器傳輸過來的信號進行運算處理,最終得出經過線性糾正、噪點去除、壞點修補、顏色插值、白平衡校正、曝光校正等處理后的結果,ISP能夠在很大程度上決定相機最終的成像質量,
ISP 的主要功能特性包括[3]:
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DEMOSAIC
DEMOSAIC 是 ISP 的主要功能之一,SENSOR 的像素點上覆寫著 CFA,光線通過 CFA 后照射到像素上,CFA 由 R、G、B 三種顏色的遮光罩組成,每種遮光罩只允許一種顏色通過,因此每個像素輸出的信號只包含 R、G、B 三者中的一種顏色資訊,SENSOR 輸出的這種資料就是 BAYER 資料,即通常所說的 RAW 資料,顯而易見,RAW 資料所反映的顏色資訊不是真實的顏色資訊,DEMOSAIC 就是通過插值演算法將將每個像素所代表的真實顏色計算出來,
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FOCUS
根據光學知識,景物在傳感器上成像最清晰時處于合焦平面上,通過更改 LENS 的位置,使得景物在傳感器上清晰的成像,是 ISP FOCUS 功能所需要完成的任務,FOCUS 分為手動和自動兩種模式,ISP 可以運行 CONTRAST AF、PDAF、LASER AF 等演算法實作自動對焦,
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EXPOSURE
曝光,EXPOSURE 主要影響影像的明暗程度,ISP 需要實作 AE 功能,通過控制曝光程度,使得影像亮度適宜,
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WB
白平衡,白平衡與色溫相關,用于衡量影像的色彩真實性和準確性,ISP需要實作 AWB 功能,力求在各種復雜場景下都能精確的還原物體本來的顏色,
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LSC
用于消除影像周邊和圖片中心的不一致性,包含亮度和色度兩方面,ISP 需要借助 OTP 中的校準資料完成 LSC 功能,
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GAMMA CORRECTION
伽瑪校正,傳感器對光線的回應和人眼對光線的回應是不同的,伽瑪校正就是使得影像看起來符合人眼的特性,
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CROP/RESIZE
影像剪裁,即改變影像的尺寸,可用于輸出不同解析度的影像,
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VRA
視覺識別,用于識別特定的景物,例如人臉識別,車牌識別,ISP 通過各種 VRA 演算法,準確的識別特定的景物,
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DRC
動態范圍校正,動態范圍即影像的明暗區間,DRC 可以使得暗處的景物不至于欠曝,而亮處的景物不至于過曝,ISP 需要支持 DRC 功能,
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CSC
顏色空間轉換,例如,ISP 會將 RGB 信號轉化為 YUV 信號輸出,
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IS
影像穩定,IS 的主要作用是使得影像不要因為手持時輕微的抖動而模糊不清,IS 有很多種,例如 OIS、DIS、EIS,ISP 可以實作 DIS 和 EIS,
除了上面提到的功能外,ISP還需要支持 DENOISE、CONTRAST、SATURATION、SHARPNESS 等功能,
【參考文獻】
[1] 手機攝像頭的技術結構與原理:http://www.sohu.com/a/229372898_257861
[2] 手機攝像頭的組成結構與作業原理:https://www.cnblogs.com/straybirds/p/7350535.html
[3] 相機系統綜述--ISP:https://blog.csdn.net/xiangz_csdn/article/details/53172741
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