關(guān)于拍照手機(jī)的圖像處理解決方案,你不得不知道的事情

　　圖像傳感器通常用于以下兩種形式之一：原始數(shù)據(jù)傳感器或SoC(片上系統(tǒng))傳感器。二者比較而言，都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。

　　原始圖像傳感器要求一個(gè)外圍設(shè)備的圖像處理引擎來(lái)處理圖像處理管道的要素，這些無(wú)法由傳感器提供的要素包括去馬賽克、色彩空間的轉(zhuǎn)換、伽瑪轉(zhuǎn)換、白平衡調(diào)整和輸出格式化等。當(dāng)使用外圍圖像處理器會(huì)明顯增加整個(gè)相機(jī)系統(tǒng)的尺寸指標(biāo)時(shí)，這種配置通常會(huì)提供最高質(zhì)量的圖像。然而，很多當(dāng)前可用的蜂窩基帶芯片已經(jīng)集成了片上圖像處理器來(lái)為拍照手機(jī)設(shè)計(jì)師提供基于原始圖像傳感器的處理方案，從而不需要其他的外設(shè)芯片。

　　該SoC傳感器集成了很多上述提到的圖像處理要素。集成這些圖像管道要素于一個(gè)單芯片，為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)易用、低成本、小型化的成像解決方案;從而有益于工程師生產(chǎn)小型化、當(dāng)前消費(fèi)者熱衷的圓滑外型因素的拍照手機(jī)。然而，由于這種圖像處理能力有限，集成式SoC傳感器提供的圖片稍遜色于使用那些外設(shè)圖像處理器的原始傳感器拍攝出的圖片。這可能在將來(lái)會(huì)有所改變，隨著用于制造圖像傳感器的半導(dǎo)體處理技術(shù)趨于小型化，處理工藝更高效，如90納米和65納米。通過(guò)這些更精細(xì)的工藝，片上集成了圖像處理要素的SoC圖像傳感器將通過(guò)其更強(qiáng)大的圖像處理能力，提供更高的應(yīng)用性能。實(shí)際上，很多在其數(shù)碼相機(jī)中深受消費(fèi)者追捧的功能，如圖像穩(wěn)定、JPEG壓縮及主體識(shí)別等，都將集成到SoC圖像傳感器中，從而在現(xiàn)在或不久的將來(lái)輔助拍照手機(jī)的設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　圖像傳感器之外

　　圖像傳感器是相機(jī)模塊系統(tǒng)的一個(gè)重要功能部分，此外相機(jī)模塊系統(tǒng)還包含了鏡頭、紅外過(guò)濾器以及鏡頭筒。因此，整個(gè)成像質(zhì)量不僅僅取決于傳感器。拍照手機(jī)的設(shè)計(jì)師們需要熟悉相機(jī)系統(tǒng)其他部件的各種性能指標(biāo)，其中包括：

• 銳度：銳度定義為不同色調(diào)或顏色區(qū)域間的分界線。測(cè)量銳度的一個(gè)方法為使用圖片中物體的邊緣距離。相機(jī)模塊通過(guò)在空間域或空頻響應(yīng)的頻域進(jìn)行調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)來(lái)測(cè)量銳度。大部分傳感器會(huì)使用濾波器來(lái)提高感知到的銳度，然而這往往會(huì)給成像帶來(lái)更多的噪聲。
• 分辨率：分辨率是相機(jī)模塊系統(tǒng)區(qū)分空間細(xì)節(jié)的能力。除了圖像傳感器像素間距決定了空間采樣率外，模塊的鏡頭系統(tǒng)也對(duì)分辨率起到關(guān)鍵的作用。一個(gè)具有更高M(jìn)TF系數(shù)的鏡頭經(jīng)常會(huì)提供更好的分辨率，不過(guò)鏡頭必須與傳感器的空間采樣率(稱之為奈奎斯特)相配合，從而避免信號(hào)的混疊(通過(guò)過(guò)采樣使得噪聲疊加到信號(hào)上)。
• Z高度：指得是相機(jī)模塊的厚度。拍照手機(jī)的設(shè)計(jì)變得越來(lái)越薄，因此Z高度也成為了相機(jī)模塊選擇的重要指標(biāo)。Z高度依賴于相機(jī)的光學(xué)格式(像素密度)和傳感器的主要射線角度(CRA)。使用較大的CRA可以減小模塊的整體高度，當(dāng)然也會(huì)由此帶來(lái)像素間的干擾以及信號(hào)的衰落，這種副作用在行業(yè)內(nèi)稱之為“鏡頭遮光”。
• 定焦：大多數(shù)手機(jī)相機(jī)模型具有一個(gè)固定的焦點(diǎn)，焦距范圍為40-60厘米。然而，一些高端模型使用了微型自動(dòng)對(duì)焦模塊，從而可以在10厘米到幾米的范圍內(nèi)準(zhǔn)確定焦。不過(guò)，不同于數(shù)碼相機(jī)，手機(jī)中的自動(dòng)對(duì)焦模塊必須通過(guò)嚴(yán)格的耐久性測(cè)試，或者進(jìn)行“跌落試驗(yàn)”。為了滿足跌落試驗(yàn)的需要以及低成本的要求，傳感器廠商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種不帶有任何運(yùn)動(dòng)部件的“自動(dòng)對(duì)焦模塊”。在這些自動(dòng)對(duì)焦模塊應(yīng)用最多的技術(shù)是所謂的擴(kuò)展景深(EDoF)。該技術(shù)使用數(shù)字圖像處理技術(shù)在不同的焦點(diǎn)平面來(lái)重建圖像，從而實(shí)現(xiàn)看起來(lái)如同使用運(yùn)動(dòng)部件的自動(dòng)對(duì)焦模塊所形成的定焦效果。

　　在圖像傳感器行業(yè)中，越來(lái)越多的圖像傳感器廠商開(kāi)始投身于設(shè)計(jì)、工程及制造資源從而在硅生產(chǎn)線上生產(chǎn)相機(jī)模塊，以簡(jiǎn)化相機(jī)模塊的供應(yīng)鏈。憑借對(duì)半導(dǎo)體工藝的熟悉，這些圖像傳感器廠商可以生產(chǎn)出模塊廠商所不能的相機(jī)模塊。例如，2007年10月，東芝在其模塊制造技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，推出的芯片級(jí)相機(jī)模塊，其尺寸僅占同類競(jìng)爭(zhēng)模塊的6?%5。通過(guò)自有的模塊生產(chǎn)工藝，東芝也簡(jiǎn)化了供應(yīng)鏈，并縮短了交貨時(shí)間，從而為拍照手機(jī)的設(shè)計(jì)商及制造商提供了便利。

　　Lyra Research公司指出，到2008年底或2009年初，“拍照手機(jī)出貨量的累積數(shù)字將超過(guò)傳統(tǒng)相機(jī)和數(shù)碼相機(jī)在整個(gè)拍攝歷史中的累積出貨量之和-拍照手機(jī)將成為市場(chǎng)維持近10年。”6隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，即使當(dāng)前的拍照手機(jī)也會(huì)讓位于那些使用其相機(jī)子系統(tǒng)不僅僅提供拍攝簡(jiǎn)單的圖片或者視頻功能的“智能”手機(jī)。很多功能，包括圖像識(shí)別-手機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別所拍攝人物或場(chǎng)景，將圖片組合成一組，輔助GPS功能-通過(guò)帶有鮮明地標(biāo)的圖片為使用者提供方位等，都將為拍照手機(jī)帶來(lái)新的應(yīng)用，這些是我們今天所不能想像的。拍照手機(jī)的新式應(yīng)用的潛能僅受限于設(shè)計(jì)師們的想象力。