手機攝像模組相關知識課件

1、手機攝像模組相關知識手機攝像模組概述CCM的基本構(gòu)成Sensor是數(shù)碼相機用來感光成像的部件，相當于光學傳統(tǒng)相機中的膠卷。 sensor感光器有CCD和CMOS兩種,大部分手機攝像頭的感光器是CMOS感光器 。影像傳感器sensorCCD與CMOS 兩者都是利用感光二極管（ photodiode ）來進行光電轉(zhuǎn)換的技術，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影像感測器中每一行中每一個畫素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個畫素中，并由最底端部分輸出，再經(jīng)由影像感測器邊緣的放大器進行放大輸出，簡單的說，當CCD表面接受到因快門開啟，而從鏡頭進來的光線照射時，

2、 即會將光線的能量轉(zhuǎn)換成電荷，光線越強、電荷也就越多，這些電荷就成為判斷光線強弱大小的依據(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，并構(gòu)成了一幅完整的畫面。由于此一特性，使得CCD被廣泛應用在數(shù)字相機與掃瞄器上，并成為目前最大宗之感光元件來源；而在CMOS影像感測器中，每個畫素都會接鄰一個放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似存儲器電路的方式進行資料輸出的動作。 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、像資料在傳送時不會失真，各個畫素的資料可匯聚至邊緣再進行放大處理；而CMOS架構(gòu)之下，資料在傳送距離較長時會產(chǎn)生噪音，也就是常見的噪點，因此，必須預先做放大的動作，再整合各個畫素的資料。而在功耗方面，CMOS影像感測器的影像采集方式為主動式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會直接由電晶體放大輸出，但CCD影像感測器為被動式采集，需外加電壓讓每個畫素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達到1218V；因此，CCD影像感測器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外（需外加 power IC），高驅(qū)動電壓更使其功耗遠高于CMOS影像感測器的水平。 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，手機鏡片一般都采用非球面設計，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。手機鏡頭結(jié)構(gòu)CCM的工作原理光學基本概念介紹透鏡成像原理三條基本光線：通過鏡心的光線不改變行徑平行主軸的光線通過焦點光線能焦點f1之后會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之間的距離。焦距是用毫米來度量的。如果一個鏡頭的焦距不是固定的（例如，變焦鏡頭），那么在相機的規(guī)格說明中焦距就會表示為一個范圍。當拉遠鏡頭以拍攝廣角的圖像時就使短焦距，而當拉近鏡頭以拍攝主題特寫時（攝遠鏡頭）時使用長焦距。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）的關系小光圈能得到更大的景深，由于手機攝像模組的焦距及光圈的限制，一般手機攝像模組因體積的關系，光圈做得比較小（F 2.8），這樣可

6、以得到更大的景深。容許錯亂圓c的大小手機CCM 的容許錯亂圓c一般在2-3個像素。也就是說，當理想成像點落在相鄰的2-3個像素之間時，均能得到清晰的像。Sensor內(nèi)部的像素分布單個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，對應的物距為近點距離dn和遠點距離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、容許錯亂圓與芯片的pixel size有關，一般為2-3個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較小了。需要改變像距來拍攝更大范圍的景物。4、更高像素的sensor,需要更大的光圈來單個像素上的光強，但手機由于體積的限制，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，如名片識別，對像素有要求，同時對拍攝距離也有要求，定焦產(chǎn)品難以滿足。景 深 細 解景深與鏡頭焦距有關。焦距長的鏡頭，景深小，焦距短的鏡頭，景深大。景深與光圈有關。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，精確對焦之后，對焦點前面只有很短一點距離內(nèi)的景物能清晰成像，

8、而對焦點后面很長一段距離內(nèi)的景物，都是清晰的。光學防抖動技術一 關閉光學防抖開啟光學防抖在不用三腳架的手持攝影中，從生物學角度看攝影者總會產(chǎn)生不可避免的微小晃動，這些微小的晃動在一段快門時間內(nèi)，往往會使光軸發(fā)生偏移，從而導致照片模糊。尤其是在日暮時分和在室內(nèi)拍攝時，由于快門速度較低，晃動產(chǎn)生的影響會更大。而防抖動功能就是通過光學透鏡或者CCD的移動來補償這種“光軸偏移”，從而使晃動的影響減少，使畫面更加清晰。光學防抖動技術二松下的MEGA O.I.S.光學防抖機構(gòu) 光學防抖動技術 手機展示索愛S0905ics手機CCM的分類及結(jié)構(gòu)按連接器及外形按變焦能力金手指定焦兩段對焦自動對焦光學變焦雙排B

9、TBSocket兩段對焦自動對焦基本分類定焦攝像模組定焦攝像模組，鏡頭位置與Sensor的相對距離是固定的。自動對焦攝像模組 一機械式VCM模組通過VCM（Voice Coin Motor）推動鏡頭位置的變化，實現(xiàn)對焦。VCM AF攝像模組自動對焦攝像模組 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，在鏡頭兩個電極上加不同的電壓，鏡頭的表面屈光度會按一定規(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對焦模組外部控制Sensor的I2C總線和VCM DRIVER I2C總線并連，此種連接方式在做AF動作的時候，需

10、要外部的CPU進行控制。圖像的清晰度判定也需要外部的CPU來完成。自動對焦模組內(nèi)部控制Sensor的I2C總線獨立出來，VCM DRIVER I2C總線連在sensor的GPIO口上，此種連接方式在做AF動作的時候，對焦動作由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 沒有此功能的，OV3640,OV3642均支持該方式的對焦。ZOOM攝像模組一傳統(tǒng)機械光學變焦通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當成像面在水平方向運動的時候，如下圖，視覺和焦距就會發(fā)生變化，更遠的景物變得更清晰，讓人感覺像物體遞進的感覺。 焦距與視角的關系機械光學變焦原

11、理由電機驅(qū)動一組透鏡在鏡筒內(nèi)移動，從而改變鏡頭的等效焦距，達到放大畫面的效果。如右圖ZOOM手機展示三星G800/G808NOKIA N93/N93i索愛S0905ics天宇C700夏普903SHZOOM攝像模組 二非機械光學變焦群組式特殊定位透鏡 配合專用的算法，可以實現(xiàn)ZOOM的效果。結(jié)構(gòu)與定焦類似，功能強，體積小。傳統(tǒng)的機械ZOOM面臨問題低倍光學變焦（一般是三倍）放大效果有限。高倍光變模組設計復雜，成本較高，體積巨大。手機的便攜性及穩(wěn)定性要求在光變模式下必須有光學防抖技術，這一技術目前只有少數(shù)的日系廠家掌握。光變帶來Sensor成像角變化，對Sensor要求較高，普通的Sensor效果

12、差，在長焦端會有很大的色差及相差，圖像會模糊。高分辨率AF模組的沖擊。800萬像素以上的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，導致紅色光線無法聚焦在Sensor上，相差較大，圖像模糊。Xenon 閃光燈模組 數(shù)碼相機內(nèi)帶的閃光燈通?？梢哉樟?-10英寸(約三米左右)的距離.手機使用的Xenon照亮距離一般為1米-1.5米左右。手機攝像模組的發(fā)展趨勢像素發(fā)展趨勢手機攝像模組發(fā)展趨勢凱爾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，常用于對拍照功能不苛刻手機。以下最小規(guī)格：定焦手機攝像模組產(chǎn)品介紹 AutoMacro實現(xiàn)微拍功能的模組

15、。AMF是通過電磁原理，用一組線圈控制鏡頭的近焦和遠焦，實現(xiàn)近景和遠景的切換。 使用時，只要在控制引腳加上高電平或低電平，鏡頭就會遠近伸縮移動。AMF只能控制兩個對焦點。像素芯片最小尺寸 cm近景范圍遠景范圍量產(chǎn)能力2.0MOV26409*9*5.48cm-40cm60cm-INF量產(chǎn)自動微距手機攝像模組產(chǎn)品介紹 自動對焦模組（AF CCM）是成像最好的模組，其動作原理和相機的工作原理類似，鏡頭安裝在一個對焦馬達上，通過驅(qū)動馬達的移動，實現(xiàn)鏡頭的伸縮，對焦過程： 通過實時檢測圖像的清晰度，自動調(diào)節(jié)鏡頭的調(diào)焦距離，如果不清晰就驅(qū)動對焦馬達（VCM）調(diào)節(jié)鏡頭的BFL實現(xiàn)，直到圖像最佳，AF CCM

16、 的鏡頭景深可以實現(xiàn)連續(xù)變化，這樣不論物體的遠近，AF CCM 都能拍攝很好的成像效果。 在高端產(chǎn)品開發(fā)方面，凱爾一直走在前列，目前AutoFocus產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)能力，AutoFocus的生產(chǎn)線也已完成，并已進行了數(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)自動對焦手機攝像模組產(chǎn)品介紹紅外攝像模組，用在特殊場合。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紅外手機攝像模組產(chǎn)品介紹手機攝像模組影像測試影像評價指標一分辨率測試模組的細節(jié)表現(xiàn)能力色彩還原測試對色彩的還

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圖像層次的還原能力信噪比畫面潔凈度畸變畫面幾何失真性FLARE對強對比度畫面的穩(wěn)定影像測試影像評價指標二 AutoFocus對焦范圍姿勢差畫面清晰度對焦準確性分辨率分辨率：相機模組對圖像細節(jié)的表現(xiàn)能力，越高越好。由于Sensor由一個個的像素組成，每顆sensor都有極限分辨率ISO12233分辨率測試卡標準光源燈箱分辨率測試軟件HY Res3.1色彩還原 測試模組對標準色卡顏色的復現(xiàn)能力，測試環(huán)境要求D65標準光源及專業(yè)軟件。采用Lab色度空間，主要指標為色差 ，亮度差 ，色彩飽和度Sat：*號為標準值

19、亮度均勻性可調(diào)LED標準白光源采用多重鏡片組合設計的鏡頭，鏡片材質(zhì)、形狀，或多或少都會影響光線路徑和光量大?。焕硐腌R頭于均勻光線下，自中心到邊緣的光分布應為相同，但實際上卻不容易 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，可以看出鏡頭中心到邊緣影像光線不均勻分布的情形Imatest 測試結(jié)果顏色均勻性測試模組對色彩均勻性的還原能力。主要測試在圖像邊緣區(qū)域?qū)ι实倪€原是否失真。KODAK Q18測試卡測試區(qū)域白平衡白平衡差異（White Balance）影響數(shù)字相機的色彩表現(xiàn)甚巨，雖然大多數(shù)的數(shù)字相機自動白平衡（AUTO WB）都能應付一般的拍攝狀況。不過， 若將白平衡誤差 更進一

20、步以（K）色溫來區(qū)分，則誤差普遍存在于各廠家的設定之中。ColorChecker 特別針對白平衡部分設計了圖塊檢測， 1 為原始攝影圖塊 2 為理想的 ColorChecker HSV值合并運算曝光之表現(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響應測試模組對灰階的響應能力，一般人眼能分辨的灰階差為8DN以上。Kodak 的 Q13 灰階測試卡灰階測試信噪比信噪比（SNR）：測試模組拍攝畫面的潔凈程度信噪比高信噪比低信噪比測試畸變畸變：測試畫面的透視關系是否失真無畸變桶形畸變枕形畸變畸變測試FLARE對強點光源的還原情況，是否有毛茸茸的效果。邊緣越清晰越好。OKFLAREGHOST對焦范圍檢測Auto Focus模組能拍攝的最遠和最近景深?？刂芕CM在最高和最低點的位置，驗證能拍攝清晰照片的距離。姿勢差測試在不同的姿勢下Auto Focus模組的對焦能力。一般測試水平（正常拍攝）；仰視；俯視三個姿勢差。畫面清晰度在不同的距離的對焦物體下，畫面主體的清晰度