Compréhension approfondie des connaissances de base de Camera (1)

1. Introduction
La couche matérielle de la caméra, comme la couche inférieure de l'ensemble du cadre, reçoit les effets réels de lumière et d'ombre du monde objectif par le module matériel,les convertit en signaux numériques connus de l'ordinateur, et fournit continuellement des effets stables et d'imagerie selon un certain format de données.On peut dire qu'une excellente base matérielle est comme la base de l'ensemble du cadre de la caméra. Avoir une bonne fondation permet de construire un gratte-ciel. Ensuite, allons dans les détails.

2. Structure matérielle de base
Les systèmes matériels des appareils photo actuels sont compliqués, mais si vous étudiez attentivement, vous constaterez que les principaux composants ne sont en réalité rien de plus que la lentille, le photorécepteur et le processeur d'image.La lentille est utilisée pour concentrer la lumière, et le dispositif photosensible est utilisé pour la conversion photoélectrique. Ensuite, nous allons commencer à explorer le monde des systèmes de caméra avec ces trois composants.

1Lentille.
Déplacez le tourne-disque du temps vers l'avant et revenons à nos jours respectifs à l'école primaire.La tâche était de faire un modèle simple d'imagerie de petits trousCe modèle simple était le plus familier pour moi, le système d'imagerie le plus original et le plus simple, mais c'est une question que j'ai toujours eu, pourquoi l'image est si floue.Cette question n' a été résolue qu' après que j' ai été en contact avec une vraie caméra.Il s'avère que tout est causé par la lumière.

Selon le principe de l'imagerie par petit trou, une extrémité du petit trou est la source lumineuse, et l'autre extrémité est le plan d'imagerie.La lumière passe à travers le petit trou et est incident sur le planD'innombrables rayons de lumière sont incident sur ce plan, formant une image de la source lumineuse. , c'est-à-dire que la lumière se répand selon le chemin divergent.Un certain faisceau de lumière émis à partir d'un certain point de la source lumineuse atteindra un certain point du plan d'imagerie après avoir traversé le petit trouUn autre faisceau lumineux est émis par le point, formant ainsi une interférence lumineuse.qui à son tour affecte l'effet d'imagerie finalC'est pourquoi, pour améliorer ce problème, la lentille a été inventée.Son but fondamental est de résoudre le problème de l'interférence mutuelle de la lumièreSon principe est d'utiliser le principe de réfraction de la lentille convexe pour détourner la lumière du même point. Le point de convergence ici est le point d'image du point de la source lumineuse derrière la lentille.Comme le point de la source lumineuse continue de changer, son point d'image changera en conséquence, donc nous passons souvent la lumière d'une distance infinie à travers la lentille.et la distance de la mise au point au centre de la lentille s'appelle la distance focaleUne fois la lentille fabriquée, la distance focale est déterminée.

2- Le volet de l' ouverture.
Pour une lentille finie, le diamètre de la lentille ne peut pas être ajusté à volonté, donc un composant appelé l'ouverture lui est ajouté.Ce composant utilise généralement un polygone régulier ou une grille en forme de trou circulaireLa lentille est réglée en ajustant la taille d'ouverture et de fermeture de la grille.il ne suffit pas de se fier uniquement à l'ouverture pour contrôler la quantité totale de lumière entrantUn autre composant appelé volet est nécessaire, qui détermine principalement la durée d'exposition.Avec l' évolution des temps, l'obturateur a maintenant dérivé plusieurs méthodes de mise en œuvre, y compris l'obturateur mécanique,qui est une structure d'obturateur qui utilise uniquement des ressorts ou d'autres structures mécaniques et ne dépend pas de l'électricité pour conduire et contrôler la vitesse. L'obturateur électronique est une structure d'obturateur sans structure mécanique.Il a une vitesse d'obturation élevée et une fréquence de capture d'impact rapide, mais l'inconvénient est qu'il est enclin à mettre en évidence la floraison.

L'ouverture contrôle la quantité instantanée de lumière entrant, et l'obturateur contrôle le temps d'exposition.l'objectif de contrôle de la quantité de lumière entrant est atteint;, reproduisant ainsi plus fidèlement les effets de lumière et d'ombre de la scène, et évitant la surexposition, ce qui a grandement amélioré la qualité globale de l'image.

3Le moteur de mise au point.
Comme mentionné précédemment, les rayons lumineux incident convergent dans un chemin en forme de cône après avoir traversé la lentille jusqu'à un point, appelé point d'image, puis divergent en forme de cône.Tous les rayons lumineux émis à la même distance convergeront vers leurs points respectifs quand le point d'image est sur le point d'image, un plan composé des points d'image est formé, et ce plan est généralement appelé le plan d'image.L' image est claire sur l' avionL'essence de la mise au point d'aujourd'hui est de déplacer la lentille de sorte que le plan d'image coïncide avec le plan du dispositif photosensible, formant ainsi une image claire sur le dispositif photosensible.En général, la mise au point peut être réalisée en déplaçant manuellement la lentille, mais plus généralement, elle est réalisée par un dispositif appelé moteur de mise au point.En plus de régler manuellement l'objectif pour terminer l'opération de mise au point, la méthode la plus courante aujourd'hui est de déplacer automatiquement l'objectif pour compléter l'opération de mise au point.La mise au point d'aujourd'hui a développé une stratégie de mise au point automatiqueLe principe de base est d'ajuster la lentille d'avant en arrière pour que le plan d'image coïncide avec le plan sensible à la lumière du photorécepteur,formant ainsi un effet d'imagerie clairEn outre, pour des systèmes de caméra plus complexes, afin d'obtenir une meilleure qualité d'imagerie, des combinaisons de lentilles multiples sont généralement utilisées pour y parvenir.l'aberration chromatique peut être éliminée, et deuxièmement, la distance entre les lentilles peut être réglée par le moteur pour modifier dynamiquement la distance focale entière du groupe de lentilles peut répondre aux besoins d'imagerie de scènes plus complexes.

d) Photorécepteur (capteur)
Comme mentionné précédemment, la fonction de la lentille est de rassembler la lumière pour former un plan d'image, mais comment convertir ce plan d'image en information d'image connue des ordinateurs?Cela nécessite l' utilisation du photorécepteur iciLe photorécepteur n'est pas une invention exclusive de la société moderne. En fait, ce concept existait en Europe dès le début du XIXe siècle.Un Français du nom de Niepce a utilisé de l' asphalte pour ajouter de l' huile de lavande, et en utilisant une plaque en alliage d'étain de plomb comme base de film, il a tourné la scène à l'extérieur de la fenêtre vue de l'étage supérieur de sa maison, une photo appelée "Nid de pigeon",L'asphalte mélangé à de l'huile de lavande est un matériau simple et photosensible.En 1888, la société américaine Kodak a produit un nouveau type de matériau photosensible, un film souple et rebobinable,qui a été un saut qualitatif dans les matériaux photosensibles. , puis en 1969 aux laboratoires Bell, le dispositif photosensible numérique CCD a été inventé, poussant toute la technologie photosensible dans l'ère numérique.qui a facilité la production de masse à grande échelleLa technologie CMOS continue de se développer, ce qui réduit le système d'imagerie à une plus petite taille.Il a progressivement remplacé le CCD avec ses avantages évidents et est devenu le principal dispositif photosensible dans les systèmes de caméra.

4. Filtre IR
En raison des caractéristiques du matériau photosensible, il détecte la lumière dans la gamme de longueurs d'onde de la lumière visible, comme une partie de la lumière infrarouge.Puisque cette partie de la lumière infrarouge est invisible, il n'est d'aucune utilité pratique pour nous (bien sûr, ce n'est pas absolue, dans certains cas, il est nécessaire de recueillir des informations de lumière infrarouge (comme les caméras de vision nocturne),et il peut interférer avec le traitement ultérieur ISP, il est donc souvent nécessaire d'utiliser un filtre pour filtrer la lumière infrarouge, éviter les interférences de la lumière infrarouge et corriger la lumière entrante.Les filtres sont généralement divisés en type d'interférence IR/AR-CUT (enduits d'une puce de filtre à faible débit, en utilisant le principe de la destruction par interférence) et le verre de type absorbant (en utilisant le principe de l'absorption spectrale).

5Flash, c' est tout.
Pour certaines scènes spéciales, telles que les besoins de prise de vue dans des environnements à lumière sombre, en raison du manque de lumière elle-même, des opérations de photosensibilité suffisantes ne peuvent pas être effectuées.afin d'obtenir les besoins normaux de tirPour les téléphones portables, ils sont principalement divisés en deux types:Lampes à xénon et lampes à LEDLes lampes flash LED présentant les avantages d'une consommation d'énergie plus faible et d'une taille plus réduite, elles sont le choix principal pour les lampes flash de téléphones portables.Beaucoup de téléphones portables adoptent maintenant une stratégie de flash bicolore.Le flash à double couleur peut ajuster l'intensité des deux lumières en fonction des besoins de l'environnement, ce qui permet de mieux approcher l'effet de la lumière naturelle.Comparé à un seul flash, l'intensité est améliorée et la température de couleur est également supérieure à celle d'un double flash ordinaire.

6. Processeur d'image (FAI)
Une fois que le dispositif photosensible a terminé la conversion photoélectrique, les données seront transmises au processeur d'image.Qu'est-ce que le bruit de courant sombre?Pour le CCD/CMOS, tous ne sont pas habituellement utilisés pour la photosensibilité.Certains sont spécialement bloqués et utilisés pour collecter le courant sombre quand il n'y a pas de photosensibilité.De cette façon, on élimine le bruit causé par le courant sombre.

En raison des différentes propriétés de l'indice de réfraction de la lentille, à mesure que le champ de vision augmente lentement, le faisceau oblique qui peut passer à travers la lentille diminue progressivement,résultant en une luminosité plus élevée au centre de l'image que sur le bord. Ce phénomène se produit en optique. On l'appelle vignetting dans le système. Évidemment, cette différence rendra l'image contre nature, donc ISP doit corriger cette déviation ensuite.L'algorithme de correction est la correction de l'ombre de la lentille. Le principe spécifique est de rendre la luminosité uniforme au milieu de l'image. Prenant la zone comme centre, calculer la vitesse d'obscurcissement de l'image due à l'atténuation à chaque point,en calculant ainsi les facteurs de compensation des trois canaux RVB, et corriger l'image sur la base de ces facteurs de compensation.

Par la suite, puisque le dispositif photosensible utilise trois couleurs principales du rouge, du vert et du bleu pour recueillir la lumière, les données montreront généralement un effet d'arrangement semblable à une mosaïque.Le traitement de démozaïque doit être terminé.Le principe de base est qu'à travers un certain algorithme d'interpolation, le composant de couleur manquant du pixel est deviné à partir des composants de couleur à proximité.et le vrai effet de couleur de chaque pixel est restauré, formant ainsi des données d'image avec une couleur réelle, et le format de données à ce moment est le format de données RAW. , c'est à dire les données d'image les plus originales.

Lorsque le photorécepteur effectue une conversion photoélectrique, chaque liaison produira une certaine déviation, et cette déviation sera finalement exprimée sous forme de bruit.il est nécessaire d'effectuer un certain traitement de réduction du bruit sur ces informations non pertinentes - bruitLes algorithmes de dénouement non linéaires sont principalement utilisés, tels que les filtres bilatéraux.mais aussi le degré de similitude entre les pixels est considéré, conservant ainsi la division générale des blocs de l'image d'origine.

Après avoir encore réduit le bruit, le FAI doit traiter l'équilibre du blanc de l'image.la valeur du composant RVB doit être ajustée selon un certain rapport, de sorte que dans le photorécepteur, le blanc apparaît toujours blanc. . L'équilibre du blanc peut utiliser l'équilibre du blanc manuel, qui atteint l'objectif de l'équilibre du blanc en ajustant manuellement la relation proportionnelle entre les trois composantes de couleur.un traitement automatique de la balance des blancs est utiliséIci, le fournisseur de services Internet est responsable de la mission d'équilibre automatique du blanc.et puis l'effet d'imagerie est ajusté.

Après avoir ajusté le bilan de blanc de l'image, vous devez ajuster davantage l'erreur de couleur.pendant le processus de réglage, l'image capturée par le module de caméra sera comparée à l'image standard. Une matrice de correction est obtenue par comparaison.ISP utilise cette matrice pour effectuer la correction de couleur de l'image sur l'image capturée, atteignant ainsi l'objectif de restaurer la vraie couleur de la scène de tournage.

Ce qui précède est une brève liste de plusieurs fonctions de base du processeur d'image. Bien que les FAI produits par chaque fabricant soient différents, ils incluent essentiellement les étapes ci-dessus.On peut voir que le processeur d'image est utilisé pour améliorer l'ensemble de l'effet d'imagerie du système de caméra.