2022年手机摄像头sensor基础知识 .pdf

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1、手机摄像头sensor 基础知识作为手机新型的拍摄功能， 内置的数码相机功能与我们平时所见到的低端的（10万130万像素）数码相机相同。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体， 而数码摄像头的“胶卷”就是其成像感光器件，是数码拍摄的心脏。感光器是摄像头的核心，也是最关键的技术。摄像头按结构来分，有内置和外接之分，但其基本原理是一样的。按照其采用的感光器件来分，有CCD 和 CMOS 之分： CCD （Charge Coupled Device，电荷耦合组件）使用一种高感光度的半导体材料制成， 能把光线转变成电荷， 通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内

2、部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机， 并借助于计算机的处理手段， 根据需要和想像来修改图像。CCD 由许多感光单位组成，当CCD 表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上， 所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。它就像传统相机的底片一样的感光系统，是感应光线的电路装置， 你可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子，铺满在光学镜头后方， 当光线与图像从镜头透过、投射到 CCD 表面时， CCD 就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。 CCD 像素数目越多、 单一像素尺寸越大， 收集到的图像就会越清晰。因此，尽管 CCD

3、数目并不是决定图像品质的唯一重点，我们仍然可以把它当成相机等级的重要判准之一。 目前扫描机、摄录放一体机、 数码照相机多数配备CCD 。 CCD 经过长达 35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为： SONY 、Philps 、Kodak、Matsushita 、Fuji 和 Sharp，大半是日本厂商。 CMOS （Complementary etal-Oxide Semiconductor ，附加金属氧化物半导体组件）和 CCD 一样同为在数码相机中可记录光线变

4、化的半导体。CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在 CMOS 上共存着带 N（带电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS 的缺点就是太容易出现杂点，这主要是因为早期的设计使CMOS 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。 CCD 和 CMOS 各自的利弊，我们可以从技术的角度来比较两者主要存在的区别：信息读取方式不同。 CCD 传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位的实施转移后读取， 电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源

5、相配合， 整个电路较为复杂。 CMOS 传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 速度有所差别。 CCD 传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的输出信息，速度较慢；而CMOS 传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图象信息，速度比CCD 快很多。电源及耗电量。CCD 传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS 传感

6、器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD 电荷耦合器的 1/8 到1/10 ，CMOS 光电传感器在节能方面具有很大优势。成像质量。 CCD 传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结合二氧化硅隔离层隔离噪声， 成像质量相对 CMOS 传感器有一定优势。 由于 CMOS 传感器集成度高， 光电传感元件与电路之间距离很近，相互之间的光、 电、磁干扰较为严重，噪声对图象质量影响很大。在相同分辨率下， CMOS 价格比 CCD 便宜，但是 CMOS 器件产生的图像质量相比 CCD 来说要低一些。 到目前为止， 市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用 CCD 作为感应器； CMOS

7、感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上。是否具有 CCD 感应器一度成为人们判断数码相机档次的标准之一。而由于CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD 不少，所以很多手机生产厂商采用的都是CMOS镜头。现在，市面上大多数手机都采用的是CMOS 摄像头，少数也采用了CCD 摄像头。连拍原理连拍功能（ continuous shooting）是通过节约数据传输时间来捕捉摄影时机。连拍模式通过将数据装入数码相机内部的高速存储器（高速缓存） ，而不是向存储卡传输数据， 可以在短时间内连续拍摄多张照片。由于数码相机拍摄要经过光电转换， A/D转换及媒体记录等过程，其中无论转换还是记录都需要花费时间，特别是

8、记录花费时间较多。因此，所有数码相机的连拍速度都不很快。连拍一般以帧为计算单位， 好像电影胶卷一样， 每一帧代表一个画面， 每秒能捕捉的帧数越多，连拍功能越快。目前，数码相机中最快的连拍速度为7 帧/秒，而且连拍 3 秒钟后必须再过几秒才能继续拍摄。当然，连拍速度对于摄影记者和体育摄影受好者是必须注意的指标，而普通摄影场合可以不必考虑。一般情况下，连拍捕捉的照片， 分辨率和质量都会有所减少。有些数码相机在连拍功能上可以选择，拍摄分辨率较小的照片，连拍速度可以加快，反之，分辨率大的照片的连拍速度会相对减缓。通过连续快拍模式， 只须轻按按钮， 即可连续拍摄， 将连续动作生动地记录下来。光学变焦和数

9、码变焦原理光学变焦（ Optical Zoom ）是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候，如下图，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人感觉像物体递进的感觉。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 显而易见， 要改变视角必然有两种办法，一种是改变镜头的焦距。 用摄影的话来说，这就是光学变焦。 通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。另一种就是改变成像面的大

10、小，即成像面的对角线长短在目前的数码摄影中，这就叫做数码变焦。 实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。所以我们看到， 一些镜头越长的数码相机， 内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。 我们看到市面上的一些超薄型数码相机，一般没有光学变焦功能，因为其机身内根部不允许感光器件的移动，而像索尼F828、富士S7000这些“长镜头”的数码相机，光学变焦功能达到5、6 倍。数码变焦（ Digital Zoom ）也称为数字变焦，数码变焦是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个象素面积增大，从而达到放大目的。 这

11、种手法如同用图像处理软件把图片的面积改大，不过程序在数码相机内进行， 把原来影像感应器上的一部份像素使用“插值”处理手段做放大，将影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。与光学变焦不同， 数码变焦是在感光器件垂直方向向上的变化，而给人以变焦效果的。在感光器件上的面积越小， 那么视觉上就会让用户只看见景物的局部。但是由于焦距没有变化，所以，图像质量是相对于正常情况下较差。通过数码变焦， 拍摄的景物放大了， 但它的清晰度会有一定程度的下降，所以数码变焦并没有太大的实际意义。因为太大的数码变焦会使图像严重受损，有时候甚至因为放大倍数太高，而分不清所拍摄的画面。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -