手機攝像頭是怎樣組成和構造的呢?
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手機攝像頭由PCB板、鏡頭、固定器和濾色片、DSP(CCD用)、傳感器等部件組成。
其工作原理爲:拍攝景物通過鏡頭,將生成的光學圖像投射到傳感器上,然後光學圖像被轉換成電信號,電信號再經過模數轉換變爲數字信號,數字信號經過DSP加工處理,再被送到手機處理器中進行處理,最終轉換成手機屏幕上能夠看到的圖像。
PCB板
就是攝像頭中用到的印刷電路板,分爲硬板、軟板、軟硬結合板三種,這三種材料應用範圍不同,CMOS可以使用任何一種,但CCD只能使用軟硬結合板,並且也是軟硬結合板的造價成本最高。
PCB板
鏡頭
鏡頭是將拍攝景物在傳感器上成像的器件,它通常由由幾片透鏡組成。從材質上看,攝像頭的鏡頭可分爲塑膠透鏡和玻璃透鏡。玻璃透光性以及成像質量都具有較大優勢,但玻璃透鏡成本也高。因此一個攝像頭品質的好壞,與鏡頭也是有一定關係的。比如諾基亞800採用的是卡爾蔡司認證鏡頭,成像效果就會比普通鏡頭好一些。當然,它只是總效果的影響因素之一。
鏡頭
鏡頭有兩個較爲重要的參數:光圈和焦距。光圈是安裝在鏡頭上控制通過鏡頭到達傳感器的光線多少的裝置,除了控制通光量,光圈還具有控制景深的功能,光圈越大,景深越小,平時在拍人像時背景朦朧效果就是小景深的一種體現。諾基亞800和魅族MX四核版的光圈都爲f/2.2,小米2光圈爲f /2.0,iPhone 4S光圈爲f/2.4,數字越小,代表光圈越大,也就是說小米2的光圈最大,不加上其他因素的話理論上成像效果最好。
另外鏡頭的另一重要參數是“焦距”。焦距是從鏡頭的中心點到傳感器平面上所形成的清晰影像之間的距離。根據成像原理,鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的物體在傳感器上所形成影像的大小。比如在拍攝同一物體時,焦距越長,就能拍到該物體越大的影像。長焦距類似於望遠鏡。
固定器和濾色片
固定器的作用,實際上就是來固定鏡頭,另外固定器上還會有一塊濾色片。濾色片也即“分色濾色片”,目前有兩種分色方式,一種是RGB原色分色法,另一種是 CMYK補色分色法。原色CCD的優勢在於畫質銳利,色彩真實,但缺點則是噪聲問題,一般採用原色CCD的數碼相機,ISO感光度多半不會超過400。相對的,補色CCD多了一個Y黃色濾色器,犧牲了部分影像的分辨率,但ISO值一般都可設定在800以上。
固定器和濾色片
DSP
DSP又叫數字信號處理芯片,它的功能是通過一系列複雜的數學算法運算,對數字圖像信號進行優化處理,最後把處理後的信號傳到顯示器上。目前DSP廠商的設計和生產技術都已經比較成熟,各項技術指標上相差不大。
傳感器和DSP
上面所說的DSP是CCD中會使用,是因爲,在CMOS傳感器的攝像頭中,其DSP芯片已經集成到CMOS中,從外觀上來看,它們就是一個整體。而採用CCD傳感器的攝像頭則分爲CCD和DSP兩個獨立部分。
傳感器
傳感器是攝像頭組成的核心,也是最關鍵的技術,它是一種用來接收通過鏡頭的光線,並且將這些光信號轉換成爲電信號的裝置。簡單的理解,我們可以把傳感器看做是傳統相機用的膠片,雖然兩者原理不同,但在相機整體組成結構中有一定相似度。
感光器件面積越大,捕獲的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。
常見的攝像頭傳感器主要有兩種,一種是CCD傳感器,一種是CMOS傳感器。兩者區別在於:CCD的優勢在於成像質量好,但是由於製造工藝複雜,只有少數的廠商能夠掌握,所以導致製造成本居高不下,特別是大型CCD,價格非常高昂。在相同分辨率下,CMOS價格比CCD便宜,但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD來說要低一些。
傳感器
相對於CCD傳感器,CMOS影像傳感器的優點之一是電源消耗量比CCD低,CCD爲提供優異的影像品質,付出代價即是較高的電源消耗量,爲使電荷傳輸順暢,噪聲降低,需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓,讀取前便將其放大,利用3.3V的電源即可驅動,電源消耗量比 CCD低。
另外偶爾還會提到CCM傳感器,CCM(Compact CMOS module)實際上是CMOS的一種,只是CCM經過一些處理,畫質比CMOS高一點,拍照時感應速度也較快,但照片品質還是遜色於CCD。
目前,主流的手機用的都是CMOS傳感器,如三星Galaxy Note 2、iPhone 5、小米2、魅族MX四核版、諾基亞Lumia 800等。
另外,有的廠家在宣傳中會提到“背照式”“BSI”等概念,實際上BSI就是背照式CMOS的英文簡稱,背照式CMOS是CMOS的一種,它改善了傳統CMOS感光元件的感光度,在夜拍和高感的時候成像效果相對好一些。如iPhone 4、魅族MX四核版、中興U895、索尼愛立信LT15i等機器中都應用了BSI傳感器,而iPhone 4的傳感器由OmniVision公司生產提供。
另外,傳感器廠商中索尼也非常出名出名,索尼生產的一代背照式CMOS(BSI)命名爲“Exmor R CMOS”,二代命名爲“Exmor RS CMOS”。其中索尼LT26i、HTC凱旋X310e採用的就是Exmor R CMOS傳感器。
從上面的各個名詞中我們知道,Exmor R CMOSExmor RS CMOS屬於背照式CMOS(BSI)的一種,而背照式CMOS(BSI)又屬於CMOS的一種。概念上不能混淆。
在你的心裏,手機攝像頭是怎麼組成構造的呢?是不是和文中想的一樣呢?
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