Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của module camera

Cấu trúc cơ bản của mô-đun máy ảnh

I. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của camera

Cảnh được quay qua ống kính, hình ảnh quang học được tạo ra được chiếu lên cảm biến, sau đó hình ảnh quang học được chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số thông qua chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số.Tín hiệu kỹ thuật số được DSP xử lý, sau đó được gửi đến máy tính để xử lý và cuối cùng được chuyển đổi thành hình ảnh có thể nhìn thấy trên màn hình điện thoại.

Chức năng của chip xử lý tín hiệu số (DSP): tối ưu hóa các tham số tín hiệu hình ảnh kỹ thuật số thông qua một loạt các thuật toán toán học phức tạp và truyền tín hiệu đã xử lý tới PC và các thiết bị khác thông qua USB và các giao diện khác.Khung cấu trúc DSP:
1、ISP(bộ xử lý tín hiệu hình ảnh)
1. ISP (bộ xử lý tín hiệu hình ảnh)
2、Bộ mã hóa JPEG
2. Bộ mã hóa JPEG
3、Bộ điều khiển thiết bị USB
3. Bộ điều khiển thiết bị USB

Có hai loại cảm biến máy ảnh phổ biến,

Một là cảm biến CCD （Chagre Couled Device）, nghĩa là thiết bị ghép nối điện tích.
Cái còn lại là cảm biến CMOS （Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung）, tức là chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung.
Ưu điểm của CCD nằm ở chất lượng hình ảnh tốt, nhưng quy trình sản xuất phức tạp, giá thành cao, tiêu thụ điện năng lớn.Cùng độ phân giải, CMOS rẻ hơn CCD, nhưng chất lượng hình ảnh thấp hơn CCD.So với CCD, cảm biến hình ảnh CMOS có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.Ngoài ra, với sự tiến bộ của công nghệ xử lý, chất lượng hình ảnh của CMOS cũng không ngừng được cải thiện.Do đó, các camera điện thoại di động hiện nay trên thị trường đều sử dụng cảm biến CMOS.

Cấu trúc đơn giản của máy ảnh điện thoại di động
Ống kính: thu thập ánh sáng và chiếu cảnh lên bề mặt của phương tiện hình ảnh.
Cảm biến hình ảnh: phương tiện hình ảnh, chuyển đổi hình ảnh (tín hiệu ánh sáng) do ống kính chiếu lên bề mặt thành tín hiệu điện.
Động cơ: điều khiển chuyển động của thấu kính, để thấu kính chiếu hình ảnh rõ nét lên bề mặt của môi trường hình ảnh.
Bộ lọc màu: Cảnh mà mắt người nhìn thấy nằm trong dải ánh sáng khả kiến ​​và cảm biến hình ảnh có thể nhận ra dải ánh sáng đó nhiều hơn mắt người.Do đó, một bộ lọc màu được thêm vào để lọc bớt dải sáng dư thừa, nhờ đó cảm biến hình ảnh có thể ghi lại những cảnh thực tế mà mắt thường nhìn thấy.
Chip điều khiển động cơ: được sử dụng để điều khiển chuyển động của động cơ và điều khiển ống kính để lấy nét tự động.
Chất nền bảng mạch: Truyền tín hiệu điện của cảm biến hình ảnh đến mặt sau.
II.Các tham số và danh từ liên quan
1. Các định dạng ảnh phổ biến
1.1 Định dạng RGB:
Định dạng màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam truyền thống, chẳng hạn như RGB565 và RGB888;định dạng dữ liệu 16 bit là 5 bit R + 6 bit G + 5 bit B. G có thêm một bit vì mắt người nhạy cảm hơn với màu lục.
1.2 Định dạng YUV:
Định dạng độ sáng (Y) + sắc độ (UV).YUV đề cập đến định dạng pixel trong đó thông số độ chói và thông số màu sắc được thể hiện riêng biệt.Ưu điểm của sự tách biệt này là không chỉ tránh nhiễu lẫn nhau mà còn giảm tốc độ lấy mẫu sắc độ mà không ảnh hưởng quá nhiều đến chất lượng hình ảnh.YUV là một thuật ngữ chung hơn.Đối với sự sắp xếp cụ thể của nó, nó có thể được chia thành nhiều định dạng cụ thể.
Sắc độ (UV) xác định hai khía cạnh của màu sắc: màu sắc và độ bão hòa, được biểu thị bằng CB và CR tương ứng.Trong số đó, Cr phản ánh sự khác biệt giữa phần màu đỏ của tín hiệu đầu vào RGB và giá trị độ sáng của tín hiệu RGB, trong khi Cb phản ánh sự khác biệt giữa phần màu xanh của tín hiệu đầu vào RGB và giá trị độ sáng của tín hiệu RGB.
Các định dạng lấy mẫu chính là YCbCr 4:2:0, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:1:1 và YCbCr 4:4:4.
1.3 Định dạng dữ liệu RAW:
Ảnh RAW là dữ liệu thô mà cảm biến hình ảnh CMOS hoặc CCD chuyển đổi tín hiệu nguồn sáng thu được thành tín hiệu kỹ thuật số.Tệp RAW là tệp ghi thông tin gốc của cảm biến máy ảnh kỹ thuật số và một số siêu dữ liệu (chẳng hạn như cài đặt ISO, tốc độ màn trập, giá trị khẩu độ, cân bằng trắng, v.v.) do máy ảnh tạo ra.RAW là một định dạng chưa qua xử lý và không nén và nó có thể được khái niệm hóa là “dữ liệu mã hóa hình ảnh thô” hay gọi một cách sinh động hơn là “âm bản kỹ thuật số”.Mỗi pixel của cảm biến tương ứng với một bộ lọc màu và các bộ lọc được phân phối theo mẫu của Bayer.Dữ liệu của từng pixel được xuất trực tiếp, cụ thể là dữ liệu RAW RGB
Dữ liệu thô (RGB thô) trở thành RGB sau khi nội suy màu.

Ví dụ ảnh định dạng RAW
2. Các chỉ báo kỹ thuật liên quan
2.1 Độ phân giải hình ảnh:
SXGA (1280 x1024), 1,3 megapixel
XGA (1024 x768), 0,8 megapixel
SVGA (800 x600), 0,5 megapixel
VGA (640x480), 0,3 megapixel (0,35 megapixel tham khảo 648X488)
CIF(352x288), 0,1 megapixel
SIF/QVGA(320x240)
QCIF(176x144)
QSIF/QQVGA(160x120)
2.2 Độ sâu màu (số bit màu):
Thang màu xám 256 màu, 256 loại màu xám (bao gồm cả đen và trắng).
Màu 15 hoặc 16 bit (màu cao): 65.536 màu.
Màu 24 bit (màu thật): Mỗi màu cơ bản có 256 cấp độ và sự kết hợp của chúng có 256*256*256 màu.
Màu 32 bit: Ngoài màu 24 bit, 8 bit thừa được sử dụng để lưu trữ dữ liệu đồ họa của lớp chồng lấp (kênh alpha).
2.3 Zoom quang và zoom số:
Thu phóng quang học: Phóng to/thu nhỏ đối tượng bạn muốn chụp bằng cách điều chỉnh ống kính.Nó giữ cho các pixel và chất lượng hình ảnh về cơ bản không thay đổi, nhưng bạn có thể chụp được những bức ảnh lý tưởng.Thu phóng kỹ thuật số: Thực tế không có thu phóng.Nó chỉ chụp từ ảnh gốc và phóng to. Những gì bạn nhìn thấy trên màn hình LCD được phóng to, nhưng chất lượng hình ảnh không được cải thiện đáng kể và các điểm ảnh thấp hơn các điểm ảnh tối đa mà máy ảnh của bạn có thể chụp.Chất lượng hình ảnh về cơ bản là không xứng đáng, nhưng nó có thể mang lại một số tiện lợi.
2.4 Phương pháp nén ảnh:
JPEG/M-JPEG
H.261/H.263
MPEG
H.264
2.5 Nhiễu ảnh:
Nó đề cập đến nhiễu và nhiễu trong ảnh và xuất hiện dưới dạng nhiễu màu cố định trong ảnh.
2.6 Cân bằng trắng tự động:
Nói một cách đơn giản: phục hồi các vật thể màu trắng bằng máy ảnh.Các khái niệm liên quan: nhiệt độ màu.
2.7 Góc nhìn:
Nó có nguyên tắc tương tự như hình ảnh của mắt người, còn được gọi là phạm vi hình ảnh.
2.8 Lấy nét tự động:
Tự động lấy nét có thể được chia thành hai loại: một là lấy nét tự động theo phạm vi dựa trên khoảng cách giữa ống kính và đối tượng, và hai là lấy nét tự động phát hiện tiêu điểm dựa trên hình ảnh rõ nét trên màn hình lấy nét (thuật toán độ sắc nét).
Chú ý: Phóng to là đưa những vật ở xa lại gần.Lấy nét là làm cho ảnh rõ nét.
2.9 Phơi sáng tự động và Gamma:
Đó là sự kết hợp giữa khẩu độ và màn trập.Khẩu độ, tốc độ màn trập, ISO.Gamma là đường cong phản ứng của mắt người với độ sáng.
III.Cấu trúc máy ảnh khác