Structure de base et principe de fonctionnement du module de caméra

Structure de base du module de caméra

I. Structure de la caméra et principe de fonctionnement

La scène est filmée à travers l'objectif, l'image optique générée est projetée sur le capteur, puis l'image optique est convertie en signal électrique, qui est converti en signal numérique par conversion analogique-numérique.Le signal numérique est traité par DSP, puis envoyé à l'ordinateur pour traitement, et enfin converti en une image visible sur l'écran du téléphone.

Fonction de la puce de traitement du signal numérique (DSP): optimisez les paramètres du signal d'image numérique grâce à une série d'algorithmes mathématiques complexes et transférez les signaux traités vers des PC et d'autres appareils via USB et d'autres interfaces.Trame de structure DSP :
1, FAI (processeur de signal d'image)
1. ISP (processeur de signal d'image)
2、Encodeur JPEG
2. Encodeur JPEG
3, contrôleur de périphérique USB
3. Contrôleur de périphérique USB

Il existe deux types de capteurs de caméra courants,

L'un est le capteur CCD (Chagre Couled Device), c'est-à-dire un dispositif à couplage de charge.
L'autre est le capteur CMOS （Complementary Metal-Oxide Semiconductor）, c'est-à-dire un semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire.
L'avantage du CCD réside dans la bonne qualité d'image, mais le processus de fabrication est compliqué, le coût est élevé et la consommation d'énergie est élevée.À la même résolution, le CMOS est moins cher que le CCD, mais la qualité d'image est inférieure à celle du CCD.Comparé au CCD, le capteur d'image CMOS consomme moins d'énergie.De plus, avec l'avancement de la technologie de traitement, la qualité d'image du CMOS a également été continuellement améliorée.Par conséquent, les caméras de téléphones mobiles actuellement sur le marché utilisent toutes des capteurs CMOS.

Structure simple de la caméra du téléphone portable
Lentille : recueille la lumière et projette la scène sur la surface du support d'imagerie.
Capteur d'image : support d'imagerie qui convertit l'image (signal lumineux) projetée par la lentille sur la surface en un signal électrique.
Moteur : entraîne le mouvement de l'objectif, de sorte que l'objectif projette une image claire sur la surface du support d'imagerie.
Filtre de couleur : la scène vue par l'œil humain se trouve dans la bande de lumière visible et le capteur d'image peut reconnaître la bande de lumière plus que l'œil humain.Par conséquent, un filtre de couleur est ajouté pour filtrer la bande de lumière en excès, afin que le capteur d'image puisse capturer des scènes réelles vues par les yeux.
Puce d'entraînement du moteur : utilisée pour contrôler le mouvement du moteur et entraîner l'objectif pour obtenir une mise au point automatique.
Substrat de carte de circuit imprimé : transmet le signal électrique du capteur d'image à l'extrémité arrière.
II.Paramètres et noms associés
1. Formats d'images courants
Format RVB 1.1 :
Le format rouge, vert et bleu traditionnel, tel que RGB565 et RGB888 ;le format de données 16 bits est 5 bits R + 6 bits G + 5 bits B. G a un bit de plus car les yeux humains sont plus sensibles au vert.
1.2Format YUV :
Format Luma (Y) + chrominance (UV).YUV fait référence au format de pixel dans lequel le paramètre de luminance et le paramètre de chrominance sont exprimés séparément.L'avantage de cette séparation est qu'elle évite non seulement les interférences mutuelles, mais réduit également le taux d'échantillonnage de la chrominance sans trop affecter la qualité de l'image.YUV est un terme plus général.Pour son agencement spécifique, il peut être divisé en de nombreux formats spécifiques.
Chroma (UV) définit deux aspects de la couleur : la teinte et la saturation, qui sont représentés respectivement par CB et CR.Parmi eux, Cr reflète la différence entre la partie rouge du signal d'entrée RVB et la valeur de luminosité du signal RVB, tandis que Cb reflète la différence entre la partie bleue du signal d'entrée RVB et la valeur de luminosité du signal RVB.
Les principaux formats d'échantillonnage sont YCbCr 4:2:0, YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:1:1 et YCbCr 4:4:4.
1.3 Format de données RAW :
L'image RAW correspond aux données brutes que le capteur d'image CMOS ou CCD convertit le signal de source lumineuse capturé en signal numérique.Un fichier RAW est un fichier qui enregistre les informations d'origine du capteur de l'appareil photo numérique et certaines métadonnées (telles que les paramètres ISO, la vitesse d'obturation, la valeur d'ouverture, la balance des blancs, etc.) générées par l'appareil photo.RAW est un format non traité et non compressé et il peut être conceptualisé comme "données codées d'image brute" ou plus clairement appelé "négatif numérique".Chaque pixel du capteur correspond à un filtre de couleur, et les filtres sont répartis selon le motif Bayer.Les données de chaque pixel sont sorties directement, à savoir les données RAW RVB
Les données brutes (Raw RVB) deviennent RVB après interpolation des couleurs.

Exemple d'image au format RAW
2. Indicateurs techniques associés
2.1 Résolution des images :
SXGA (1280 x 1024), 1,3 mégapixels
XGA (1024 x 768), 0,8 mégapixels
SVGA (800 x 600), 0,5 mégapixels
VGA (640x480), 0,3 mégapixels (0,35 mégapixels se réfèrent à 648X488)
CIF (352x288), 0,1 mégapixels
SIF/QVGA(320x240)
QCIF(176x144)
QSIF/QQVGA(160x120)
2.2 Profondeur de couleur (nombre de bits de couleur) :
Échelle de gris 256 couleurs, 256 types de gris (y compris le noir et blanc).
Couleur 15 ou 16 bits (haute couleur) : 65 536 couleurs.
Couleur 24 bits (couleurs vraies) : chaque couleur primaire a 256 niveaux et leur combinaison a 256*256*256 couleurs.
Couleur 32 bits : En plus de la couleur 24 bits, les 8 bits supplémentaires sont utilisés pour stocker les données graphiques du calque superposé (canal alpha).
2.3 Zoom optique et zoom numérique :
Zoom optique : Effectuez un zoom avant/arrière sur l'objet que vous souhaitez photographier en ajustant l'objectif.Il conserve les pixels et la qualité de l'image pratiquement inchangés, mais vous pouvez prendre une image idéale.Zoom numérique : Il n'y a pas de zoom en fait.Il prend simplement de l'image d'origine et effectue un zoom avant. Ce que vous voyez sur l'écran LCD est agrandi, mais la qualité de l'image n'est pas sensiblement améliorée et les pixels sont inférieurs au nombre maximal de pixels que votre appareil photo peut prendre.La qualité d'image est fondamentalement indigne, mais elle peut apporter un certain confort.
2.4 Méthode de compression des images :
JPEG/M-JPEG
H.261/H.263
MPEG
H.264
2.5 Bruit d'image :
Il fait référence au bruit et aux interférences dans l'image et apparaît comme un bruit de couleur fixe dans l'image.
2.6 Balance des blancs automatique :
En termes simples : la restauration d'objets blancs par la caméra.Concepts associés : température de couleur.
2.7 Angle de vue :
Il a le même principe que l'imagerie de l'œil humain, également appelée plage d'imagerie.
2.8 Mise au point automatique :
L'autofocus peut être divisé en deux catégories : l'un est l'autofocus à distance basé sur la distance entre l'objectif et le sujet, et l'autre est l'autofocus à détection de mise au point basé sur une image claire sur l'écran de mise au point (algorithme de netteté).
Remarque : le zoom consiste à rapprocher des objets distants.L'accent est mis sur la clarté de l'image.
2.9 Exposition automatique et Gamma :
C'est la combinaison de l'ouverture et de l'obturation.Ouverture, vitesse d'obturation, ISO.Gamma est la courbe de réponse de l'œil humain à la luminosité.
III.Autre structure de caméra