關(guān)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)體處理技術(shù)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(yīng)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(shè)計師進行設(shè)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(shè)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(yīng)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(guān)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(shè)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(xué)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(yīng)用最多的技術(shù)是所謂的擴展景深(EDoF)。該技術(shù)使用數(shù)字圖像處理技術(shù)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(shè)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(yīng)鏈。憑借對半導(dǎo)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(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)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(yīng)鏈，并縮短了交貨時間，從而為拍照手機的設(shè)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(shù)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(yīng)用，這些是我們今天所不能想像的。拍照手機的新式應(yīng)用的潛能僅受限于設(shè)計師們的想象力。