手機(jī)攝像模組相關(guān)知識(shí)課件

1、手機(jī)攝像模組相關(guān)知識(shí)手機(jī)攝像模組概述CCM的基本構(gòu)成Sensor是數(shù)碼相機(jī)用來(lái)感光成像的部件，相當(dāng)于光學(xué)傳統(tǒng)相機(jī)中的膠卷。 sensor感光器有CCD和CMOS兩種,大部分手機(jī)攝像頭的感光器是CMOS感光器 。影像傳感器sensorCCD與CMOS 兩者都是利用感光二極管（ photodiode ）來(lái)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的技術(shù)，也就是將影像從模擬表現(xiàn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，而其主要差異就在于資料傳送方式的不同。CCD影像感測(cè)器中每一行中每一個(gè)畫(huà)素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)依次傳送到下一個(gè)畫(huà)素中，并由最底端部分輸出，再經(jīng)由影像感測(cè)器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出，簡(jiǎn)單的說(shuō)，當(dāng)CCD表面接受到因快門(mén)開(kāi)啟，而從鏡頭進(jìn)來(lái)的光線照射時(shí)，

2、 即會(huì)將光線的能量轉(zhuǎn)換成電荷，光線越強(qiáng)、電荷也就越多，這些電荷就成為判斷光線強(qiáng)弱大小的依據(jù)。 CCD與CMOS區(qū)別 一CCD的框架圖CMOS框架圖CCD元件上內(nèi)建有通道線路，藉以將這些電荷傳輸至放大解碼元件，使之能還原所有CCD上感光元件產(chǎn)生的信號(hào)，并構(gòu)成了一幅完整的畫(huà)面。由于此一特性，使得CCD被廣泛應(yīng)用在數(shù)字相機(jī)與掃瞄器上，并成為目前最大宗之感光元件來(lái)源；而在CMOS影像感測(cè)器中，每個(gè)畫(huà)素都會(huì)接鄰一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類(lèi)似存儲(chǔ)器電路的方式進(jìn)行資料輸出的動(dòng)作。 CCD與CMOS區(qū)別 二CCD與CMOS區(qū)別 三這兩種不同感光元件在畫(huà)質(zhì)上表現(xiàn)造成差異的原因在于：CCD的特殊架構(gòu)可確保證影

3、像資料在傳送時(shí)不會(huì)失真，各個(gè)畫(huà)素的資料可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理；而CMOS架構(gòu)之下，資料在傳送距離較長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音，也就是常見(jiàn)的噪點(diǎn)，因此，必須預(yù)先做放大的動(dòng)作，再整合各個(gè)畫(huà)素的資料。而在功耗方面，CMOS影像感測(cè)器的影像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由電晶體放大輸出，但CCD影像感測(cè)器為被動(dòng)式采集，需外加電壓讓每個(gè)畫(huà)素中的電荷移動(dòng)，而此外加電壓通常需要達(dá)到1218V；因此，CCD影像感測(cè)器除了在電源管理電路設(shè)計(jì)上的難度更高之外（需外加 power IC），高驅(qū)動(dòng)電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS影像感測(cè)器的水平。 1. 鏡筒(barrel) 5.鏡片12. 隔圈1 6.鏡片23.

4、 隔圈2 7.濾光片4. 承座(Holder)1、鏡片的材料可分為：P(Plastic)和G(Glass)。2、組成（structure):VGA一般有2P組成 1.3M 一般有3P、1G2P組成 2.0M 一般有3P、 1G2P、 1G3P、 4P組成3、鏡片分球面和非球面，手機(jī)鏡片一般都采用非球面設(shè)計(jì)，可消除一定的球差，提高圖像的邊角解像力4、部件1、2、3、5、6等組合成的整體叫做lens, lens 和holder由配合螺紋相連接。手機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)CCM的工作原理光學(xué)基本概念介紹透鏡成像原理三條基本光線：通過(guò)鏡心的光線不改變行徑平行主軸的光線通過(guò)焦點(diǎn)光線能焦點(diǎn)f1之后會(huì)平行于主光軸透鏡成像

5、基本公式在焦距不變的情況下，改變像距，使更遠(yuǎn)處的物體清晰在Sensor表面成像，這也是Auto Focus模組的基本原理焦 距焦距是鏡頭與入射光線在鏡頭后面聚焦的點(diǎn)之間的距離。焦距是用毫米來(lái)度量的。如果一個(gè)鏡頭的焦距不是固定的（例如，變焦鏡頭），那么在相機(jī)的規(guī)格說(shuō)明中焦距就會(huì)表示為一個(gè)范圍。當(dāng)拉遠(yuǎn)鏡頭以拍攝廣角的圖像時(shí)就使短焦距，而當(dāng)拉近鏡頭以拍攝主題特寫(xiě)時(shí)（攝遠(yuǎn)鏡頭）時(shí)使用長(zhǎng)焦距。焦距固定的鏡頭，即定焦鏡頭；焦距可以調(diào)節(jié)變化的鏡頭，就是變焦鏡頭。焦深與F（光圈）的關(guān)系小光圈能得到更大的景深，由于手機(jī)攝像模組的焦距及光圈的限制，一般手機(jī)攝像模組因體積的關(guān)系，光圈做得比較?。‵ 2.8），這樣可

6、以得到更大的景深。容許錯(cuò)亂圓c的大小手機(jī)CCM 的容許錯(cuò)亂圓c一般在2-3個(gè)像素。也就是說(shuō)，當(dāng)理想成像點(diǎn)落在相鄰的2-3個(gè)像素之間時(shí)，均能得到清晰的像。Sensor內(nèi)部的像素分布單個(gè)像素像素表面的微透鏡景深與焦深 以后焦深和前焦深分別作為理想成像點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的物距為近點(diǎn)距離dn和遠(yuǎn)點(diǎn)距離df。dn與df這間的距離叫做景深，依焦深的概念，在此距離范圍內(nèi)的物體均可以拍攝清晰。這就是為什么定焦的模組其實(shí)能在一定的距離內(nèi)成清晰的像的原因。高像素與AutoFoucs1、容許錯(cuò)亂圓決定了鏡頭的景深，也就是清晰的成像距離范圍。2、容許錯(cuò)亂圓與芯片的pixel size有關(guān)，一般為2-3個(gè)pixel.3、同一感光

7、面積的 Sensor，更高的像素意味著更小的pixel Size. 結(jié)合1、2，高像素的景深就相對(duì)較小了。需要改變像距來(lái)拍攝更大范圍的景物。4、更高像素的sensor,需要更大的光圈來(lái)單個(gè)像素上的光強(qiáng)，但手機(jī)由于體積的限制，光圈一般為固定（F2.8）或是兩檔。（F2.8/5.6）5、特殊的功能需求，如名片識(shí)別，對(duì)像素有要求，同時(shí)對(duì)拍攝距離也有要求，定焦產(chǎn)品難以滿足。景 深 細(xì) 解景深與鏡頭焦距有關(guān)。焦距長(zhǎng)的鏡頭，景深小，焦距短的鏡頭，景深大。景深與光圈有關(guān)。光圈越小，景深就越深；光圈越大，景深就越淺。其次，前景深小于后景深，也就是說(shuō)，精確對(duì)焦之后，對(duì)焦點(diǎn)前面只有很短一點(diǎn)距離內(nèi)的景物能清晰成像，

8、而對(duì)焦點(diǎn)后面很長(zhǎng)一段距離內(nèi)的景物，都是清晰的。光學(xué)防抖動(dòng)技術(shù)一 關(guān)閉光學(xué)防抖開(kāi)啟光學(xué)防抖在不用三腳架的手持?jǐn)z影中，從生物學(xué)角度看攝影者總會(huì)產(chǎn)生不可避免的微小晃動(dòng)，這些微小的晃動(dòng)在一段快門(mén)時(shí)間內(nèi)，往往會(huì)使光軸發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致照片模糊。尤其是在日暮時(shí)分和在室內(nèi)拍攝時(shí)，由于快門(mén)速度較低，晃動(dòng)產(chǎn)生的影響會(huì)更大。而防抖動(dòng)功能就是通過(guò)光學(xué)透鏡或者CCD的移動(dòng)來(lái)補(bǔ)償這種“光軸偏移”，從而使晃動(dòng)的影響減少，使畫(huà)面更加清晰。光學(xué)防抖動(dòng)技術(shù)二松下的MEGA O.I.S.光學(xué)防抖機(jī)構(gòu) 光學(xué)防抖動(dòng)技術(shù) 手機(jī)展示索愛(ài)S0905ics手機(jī)CCM的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)按連接器及外形按變焦能力金手指定焦兩段對(duì)焦自動(dòng)對(duì)焦光學(xué)變焦雙排B

9、TBSocket兩段對(duì)焦自動(dòng)對(duì)焦基本分類(lèi)定焦攝像模組定焦攝像模組，鏡頭位置與Sensor的相對(duì)距離是固定的。自動(dòng)對(duì)焦攝像模組 一機(jī)械式VCM模組通過(guò)VCM（Voice Coin Motor）推動(dòng)鏡頭位置的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。VCM AF攝像模組自動(dòng)對(duì)焦攝像模組 二液體鏡頭模組液體鏡頭模組（LL CCM）是一種特殊的AF模組，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含一顆液態(tài)鏡頭，在鏡頭兩個(gè)電極上加不同的電壓，鏡頭的表面屈光度會(huì)按一定規(guī)律變化，從而改變了鏡頭的焦距。采用VariOptics的416型液體鏡頭模組自動(dòng)對(duì)焦模組外部控制Sensor的I2C總線和VCM DRIVER I2C總線并連，此種連接方式在做AF動(dòng)作的時(shí)候，需

10、要外部的CPU進(jìn)行控制。圖像的清晰度判定也需要外部的CPU來(lái)完成。自動(dòng)對(duì)焦模組內(nèi)部控制Sensor的I2C總線獨(dú)立出來(lái)，VCM DRIVER I2C總線連在sensor的GPIO口上，此種連接方式在做AF動(dòng)作的時(shí)候，對(duì)焦動(dòng)作由Sensor 發(fā)出指令完成，圖像的清晰度判定也在sensor內(nèi)部完成。普通的Sensor 沒(méi)有此功能的，OV3640,OV3642均支持該方式的對(duì)焦。ZOOM攝像模組一傳統(tǒng)機(jī)械光學(xué)變焦通過(guò)鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，如下圖，視覺(jué)和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺(jué)像物體遞進(jìn)的感覺(jué)。 焦距與視角的關(guān)系機(jī)械光學(xué)變焦原

11、理由電機(jī)驅(qū)動(dòng)一組透鏡在鏡筒內(nèi)移動(dòng)，從而改變鏡頭的等效焦距，達(dá)到放大畫(huà)面的效果。如右圖ZOOM手機(jī)展示三星G800/G808NOKIA N93/N93i索愛(ài)S0905ics天宇C700夏普903SHZOOM攝像模組 二非機(jī)械光學(xué)變焦群組式特殊定位透鏡 配合專(zhuān)用的算法，可以實(shí)現(xiàn)ZOOM的效果。結(jié)構(gòu)與定焦類(lèi)似，功能強(qiáng)，體積小。傳統(tǒng)的機(jī)械ZOOM面臨問(wèn)題低倍光學(xué)變焦（一般是三倍）放大效果有限。高倍光變模組設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高，體積巨大。手機(jī)的便攜性及穩(wěn)定性要求在光變模式下必須有光學(xué)防抖技術(shù)，這一技術(shù)目前只有少數(shù)的日系廠家掌握。光變帶來(lái)Sensor成像角變化，對(duì)Sensor要求較高，普通的Sensor效果

12、差，在長(zhǎng)焦端會(huì)有很大的色差及相差，圖像會(huì)模糊。高分辨率AF模組的沖擊。800萬(wàn)像素以上的AF鏡頭，配合數(shù)碼變焦，同樣可以獲得較好的有效像素。右圖 Sensor成像角太小，導(dǎo)致紅色光線無(wú)法聚焦在Sensor上，相差較大，圖像模糊。Xenon 閃光燈模組 數(shù)碼相機(jī)內(nèi)帶的閃光燈通?？梢哉樟?-10英寸(約三米左右)的距離.手機(jī)使用的Xenon照亮距離一般為1米-1.5米左右。手機(jī)攝像模組的發(fā)展趨勢(shì)像素發(fā)展趨勢(shì)手機(jī)攝像模組發(fā)展趨勢(shì)凱爾Road Map及產(chǎn)品介紹GIF0.3M1.3M3-Q20194-Q20191-Q20192-Q2019Time3-Q20194-Q2019May Feb. Nov.Au

13、g.Nov.1-Q2009Feb.2.0MOV9655 1/4” 9.5X9.5X6.5mm3.0M醫(yī)用內(nèi)窺 CCMAV infrared CCMPC camera 60 x8x5mm醫(yī)用牙科 CCMAll The Picture is ReferenceOV2640AF10*10*6mmOV2650 FF6.5*6.5*4.4OV3640 FF8.5*8.5*5OV7690 FF4.5*4.5*2.8OV3640AF10*10*6mmOV9665 FF6*6*4.1OV5630AF10*10*6mmOV6690 FF凱爾Road Map5.0M ZOOM像素芯片最小尺寸 cm量產(chǎn)能力CIFO

14、V66805*5*3.5量產(chǎn)OV66904.5*4.5*2.8量產(chǎn)VGAOV76706*6*3.7量產(chǎn)OV76805*5*3.7量產(chǎn)OV76904.5*4.5*2.8Sample1.3MOV96558*8*5.7量產(chǎn)OV96568*8*5.7量產(chǎn)OV96606*6*4.0量產(chǎn)2.0MOV26408*8*5.0量產(chǎn)OV26506.5*6.5*4.4Sample3.0MOV36408*8*5量產(chǎn)OV36428*8*5Sample普通定焦模組(FF CCM)，制作成本較低，調(diào)試方便，成像效果一般，常用于對(duì)拍照功能不苛刻手機(jī)。以下最小規(guī)格：定焦手機(jī)攝像模組產(chǎn)品介紹 AutoMacro實(shí)現(xiàn)微拍功能的模組

15、。AMF是通過(guò)電磁原理，用一組線圈控制鏡頭的近焦和遠(yuǎn)焦，實(shí)現(xiàn)近景和遠(yuǎn)景的切換。 使用時(shí)，只要在控制引腳加上高電平或低電平，鏡頭就會(huì)遠(yuǎn)近伸縮移動(dòng)。AMF只能控制兩個(gè)對(duì)焦點(diǎn)。像素芯片最小尺寸 cm近景范圍遠(yuǎn)景范圍量產(chǎn)能力2.0MOV26409*9*5.48cm-40cm60cm-INF量產(chǎn)自動(dòng)微距手機(jī)攝像模組產(chǎn)品介紹 自動(dòng)對(duì)焦模組（AF CCM）是成像最好的模組，其動(dòng)作原理和相機(jī)的工作原理類(lèi)似，鏡頭安裝在一個(gè)對(duì)焦馬達(dá)上，通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏡頭的伸縮，對(duì)焦過(guò)程： 通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)圖像的清晰度，自動(dòng)調(diào)節(jié)鏡頭的調(diào)焦距離，如果不清晰就驅(qū)動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)（VCM）調(diào)節(jié)鏡頭的BFL實(shí)現(xiàn)，直到圖像最佳，AF CCM

16、 的鏡頭景深可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，這樣不論物體的遠(yuǎn)近，AF CCM 都能拍攝很好的成像效果。 在高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，凱爾一直走在前列，目前AutoFocus產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)能力，AutoFocus的生產(chǎn)線也已完成，并已進(jìn)行了數(shù)次小批量及批量生產(chǎn)。以下最小規(guī)格：像素芯片尺寸 cm拍攝范圍量產(chǎn)能力1.3MOV966010*10*6.08cm-INFSample2.0MOV264010*10*6.08cm-INF量產(chǎn)OV265010*10*6.08cm-INF量產(chǎn)3.0MOV364010*10*6.08cm-INF量產(chǎn)自動(dòng)對(duì)焦手機(jī)攝像模組產(chǎn)品介紹紅外攝像模組，用在特殊場(chǎng)合。在極低的照度下能提供清晰的圖像。在

17、低照度下圖像為黑白。SPEC:Resolution: 640*480pixelSensor: OV7725Sensor Size: 1/4Shape: Same as Custom ModuleModule Size: 8*8*4.5mm(W*L*H)Capture Distance: 30mm-INFmmFocus Distance: Can be customizedOutput: YUV/RGBDark EnvironmentDay LightFPC TypeSocket Type紅外手機(jī)攝像模組產(chǎn)品介紹手機(jī)攝像模組影像測(cè)試影像評(píng)價(jià)指標(biāo)一分辨率測(cè)試模組的細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力色彩還原測(cè)試對(duì)色彩的還

18、原能力亮度均勻性圖像四角與中心亮度差顏色均勻性顏色的均度白平衡不同色溫下色彩還原能力灰階對(duì)圖像層次的還原能力信噪比畫(huà)面潔凈度畸變畫(huà)面幾何失真性FLARE對(duì)強(qiáng)對(duì)比度畫(huà)面的穩(wěn)定影像測(cè)試影像評(píng)價(jià)指標(biāo)二 AutoFocus對(duì)焦范圍姿勢(shì)差畫(huà)面清晰度對(duì)焦準(zhǔn)確性分辨率分辨率：相機(jī)模組對(duì)圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)能力，越高越好。由于Sensor由一個(gè)個(gè)的像素組成，每顆sensor都有極限分辨率ISO12233分辨率測(cè)試卡標(biāo)準(zhǔn)光源燈箱分辨率測(cè)試軟件HY Res3.1色彩還原 測(cè)試模組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)色卡顏色的復(fù)現(xiàn)能力，測(cè)試環(huán)境要求D65標(biāo)準(zhǔn)光源及專(zhuān)業(yè)軟件。采用Lab色度空間，主要指標(biāo)為色差 ，亮度差 ，色彩飽和度Sat：*號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)值

19、亮度均勻性可調(diào)LED標(biāo)準(zhǔn)白光源采用多重鏡片組合設(shè)計(jì)的鏡頭，鏡片材質(zhì)、形狀，或多或少都會(huì)影響光線路徑和光量大??；理想鏡頭于均勻光線下，自中心到邊緣的光分布應(yīng)為相同，但實(shí)際上卻不容易 做到，形成許多攝影人員口中的暗角現(xiàn)象。 亮度均勻性檢測(cè)，可以看出鏡頭中心到邊緣影像光線不均勻分布的情形Imatest 測(cè)試結(jié)果顏色均勻性測(cè)試模組對(duì)色彩均勻性的還原能力。主要測(cè)試在圖像邊緣區(qū)域?qū)ι实倪€原是否失真。KODAK Q18測(cè)試卡測(cè)試區(qū)域白平衡白平衡差異（White Balance）影響數(shù)字相機(jī)的色彩表現(xiàn)甚巨，雖然大多數(shù)的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)白平衡（AUTO WB）都能應(yīng)付一般的拍攝狀況。不過(guò)， 若將白平衡誤差 更進(jìn)一

20、步以（K）色溫來(lái)區(qū)分，則誤差普遍存在于各廠家的設(shè)定之中。ColorChecker 特別針對(duì)白平衡部分設(shè)計(jì)了圖塊檢測(cè)， 1 為原始攝影圖塊 2 為理想的 ColorChecker HSV值合并運(yùn)算曝光之表現(xiàn) 3 原始 ColorChecker 理想值，以 HSV 和 K 兩種系統(tǒng)顯示白平衡的誤差比值?；译A響應(yīng)測(cè)試模組對(duì)灰階的響應(yīng)能力，一般人眼能分辨的灰階差為8DN以上。Kodak 的 Q13 灰階測(cè)試卡灰階測(cè)試信噪比信噪比（SNR）：測(cè)試模組拍攝畫(huà)面的潔凈程度信噪比高信噪比低信噪比測(cè)試畸變畸變：測(cè)試畫(huà)面的透視關(guān)系是否失真無(wú)畸變桶形畸變枕形畸變畸變測(cè)試FLARE對(duì)強(qiáng)點(diǎn)光源的還原情況，是否有毛茸茸的效果。邊緣越清晰越好。OKFLAREGHOST對(duì)焦范圍檢測(cè)Auto Focus模組能拍攝的最遠(yuǎn)和最近景深。控制VCM在最高和最低點(diǎn)的位置，驗(yàn)證能拍攝清晰照片的距離。姿勢(shì)差測(cè)試在不同的姿勢(shì)下Auto Focus模組的對(duì)焦能力。一般測(cè)試水平（正常拍攝）；仰視；俯視三個(gè)姿勢(shì)差。畫(huà)面清晰度在不同的距離的對(duì)焦物體下，畫(huà)面主體的清晰度