關于拍照手機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)點和不足。

　　原始圖像傳感器要求一個外圍設備的圖像處理引擎來處理圖像處理管道的要素，這些無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。當使用外圍圖像處理器會明顯增加整個相機系統(tǒng)的尺寸指標時，這種配置通常會提供最高質(zhì)量的圖像。然而，很多當前可用的蜂窩基帶芯片已經(jīng)集成了片上圖像處理器來為拍照手機設計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單芯片，為設計師提供了一個易用、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、當前消費者熱衷的圓滑外型因素的拍照手機。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圖像處理器的原始傳感器拍攝出的圖片。這可能在將來會有所改變，隨著用于制造圖像傳感器的半導體處理技術趨于小型化，處理工藝更高效，如90納米和65納米。通過這些更精細的工藝，片上集成了圖像處理要素的SoC圖像傳感器將通過其更強大的圖像處理能力，提供更高的應用性能。實際上，很多在其數(shù)碼相機中深受消費者追捧的功能，如圖像穩(wěn)定、JPEG壓縮及主體識別等，都將集成到SoC圖像傳感器中，從而在現(xiàn)在或不久的將來輔助拍照手機的設計師進行設計。

　　圖像傳感器之外

　　圖像傳感器是相機模塊系統(tǒng)的一個重要功能部分，此外相機模塊系統(tǒng)還包含了鏡頭、紅外過濾器以及鏡頭筒。因此，整個成像質(zhì)量不僅僅取決于傳感器。拍照手機的設計師們需要熟悉相機系統(tǒng)其他部件的各種性能指標，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。測量銳度的一個方法為使用圖片中物體的邊緣距離。相機模塊通過在空間域或空頻響應的頻域進行調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)來測量銳度。大部分傳感器會使用濾波器來提高感知到的銳度，然而這往往會給成像帶來更多的噪聲。
• 分辨率：分辨率是相機模塊系統(tǒng)區(qū)分空間細節(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)也對分辨率起到關鍵的作用。一個具有更高MTF系數(shù)的鏡頭經(jīng)常會提供更好的分辨率，不過鏡頭必須與傳感器的空間采樣率(稱之為奈奎斯特)相配合，從而避免信號的混疊(通過過采樣使得噪聲疊加到信號上)。
• Z高度：指得是相機模塊的厚度。拍照手機的設計變得越來越薄，因此Z高度也成為了相機模塊選擇的重要指標。Z高度依賴于相機的光學格式(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，當然也會由此帶來像素間的干擾以及信號的衰落，這種副作用在行業(yè)內(nèi)稱之為“鏡頭遮光”。
• 定焦：大多數(shù)手機相機模型具有一個固定的焦點，焦距范圍為40-60厘米。然而，一些高端模型使用了微型自動對焦模塊，從而可以在10厘米到幾米的范圍內(nèi)準確定焦。不過，不同于數(shù)碼相機，手機中的自動對焦模塊必須通過嚴格的耐久性測試，或者進行“跌落試驗”。為了滿足跌落試驗的需要以及低成本的要求，傳感器廠商已經(jīng)開發(fā)出一種不帶有任何運動部件的“自動對焦模塊”。在這些自動對焦模塊應用最多的技術是所謂的擴展景深(EDoF)。該技術使用數(shù)字圖像處理技術在不同的焦點平面來重建圖像，從而實現(xiàn)看起來如同使用運動部件的自動對焦模塊所形成的定焦效果。

　　在圖像傳感器行業(yè)中，越來越多的圖像傳感器廠商開始投身于設計、工程及制造資源從而在硅生產(chǎn)線上生產(chǎn)相機模塊，以簡化相機模塊的供應鏈。憑借對半導體工藝的熟悉，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模塊。例如，2007年10月，東芝在其模塊制造技術創(chuàng)新的基礎上，推出的芯片級相機模塊，其尺寸僅占同類競爭模塊的6?%5。通過自有的模塊生產(chǎn)工藝，東芝也簡化了供應鏈，并縮短了交貨時間，從而為拍照手機的設計商及制造商提供了便利。

　　Lyra Research公司指出，到2008年底或2009年初，“拍照手機出貨量的累積數(shù)字將超過傳統(tǒng)相機和數(shù)碼相機在整個拍攝歷史中的累積出貨量之和-拍照手機將成為市場維持近10年。”6隨著新技術的不斷出現(xiàn)，即使當前的拍照手機也會讓位于那些使用其相機子系統(tǒng)不僅僅提供拍攝簡單的圖片或者視頻功能的“智能”手機。很多功能，包括圖像識別-手機可以自動識別所拍攝人物或場景，將圖片組合成一組，輔助GPS功能-通過帶有鮮明地標的圖片為使用者提供方位等，都將為拍照手機帶來新的應用，這些是我們今天所不能想像的。拍照手機的新式應用的潛能僅受限于設計師們的想象力。