攝像頭模組基礎


 手機攝像頭常用的結構如下圖37.1所示,主要包括鏡頭,基座,傳感器以及PCB部分。

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圖37.1

CCM(compact camera module)種類

  1.FF(fixed focus)定焦攝像頭

  目前使用最多的攝像頭,主要是應用在30萬和130萬像素的手機產品。

2.MF(micro focus)兩檔變焦攝像頭

主要用於130萬和200萬像素的手機產品,主要用於遠景和近景,遠景拍攝風景,近景拍攝名片等帶有磁條碼的物體。

3.AF(auto focus)自動變焦攝像頭

主要用於高像素手機,具有MF功能,用於200萬和300萬像素手機產品。

4.ZOOM 自動數碼變焦攝像頭

主要用於更高像素的要求,300萬以上的像素品質。

Lens部分

對於lens來說,其作用就是濾去不可見光,讓可見光進入,並投射到傳感器上,所以lens相當於一個帶通濾波器。

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CMOS Sensor部分

   對於現在來說,sensor主要分為兩類,一類是CMOS,一類是CCD,而且現在CMOS是一個趨勢。

對於鏡頭來講,一個鏡頭只能適用於一種傳感器,且一般鏡頭的尺寸應該和sensor的尺寸一致。

對於sensor來說,現在仍然延續着Bayer陣列的使用,如下圖37.2所示,圖37.3展示了工作流程,光照à電荷à弱電流àRGB信號àYUV信號。

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圖37.2

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圖37.3

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圖37.4

  圖37.4展示了sensor的工作原理,這和OV7670以及OV7725完全相同。

像素部分

  那么對於像素部分,我們常常聽到30萬像素,120萬像素等等,這些代表着什么意思呢?圖37.5解釋了這些名詞。

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圖37.5

   那么由上面的介紹,可以得出,我們以30萬像素為例, 30萬像素 ~= 640 * 480 = 30_7200;可見所謂的像素數也就是一幀圖像所具有的像素點數,我們可以聯想圖像處理的相關知識,這里的像素點數的值,也就是我們常說的灰度值。像素數越高,當然顯示的圖像的質量越好,圖像越清晰,但相應的對存儲也提出了一定的要求,在圖像處理中,我們也會聽到一個概念,叫做分辨率,其實這個概念應該具體化,叫做圖像的空間分辨率,例如72ppi,也就是每英寸具有72個像素點,比較好的相機,能達到490ppi。

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常見的sensor廠商

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  現在大部分市場被OV豪威科技供給所占據着,micron也占有一定的市場份額。

Sensor的封裝

   目前的sensor的封裝形式,主要有兩種CSP,DICE,CSP所對應的制程為SMT,DICE所對應的制程是COB,關於相關概念解釋如下:

CSP:chip scale package,主要由OV在用此封裝格式。

COB封裝即chip On board,就是將裸芯片用導電或非導電膠粘附在互連基板上,然后進行引線鍵合實現其電氣連接,主要是samsung和micron在用。

那么兩種封裝形式如下圖所示。

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聚焦原理

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對於AF和AZ形式的攝像頭來說,那么要實現自動對焦的方法,基本上也就是利用音圈馬達(voice coil  motor),步進馬達(stepping motor),壓電馬達(piezoelectric motor),這里主要介紹一下音圈馬達是如何工作的。

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wpsB5A.tmpwpsB99.tmp

  在上面的描述中,提到過MTF,即模量傳遞函數。

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關於鏡頭和sensor幾點說明

Blemish(污垢)

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Shading(明暗差別)

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Color performance and gray scale

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  這兩個參數一個是反應色彩還原,一個是反應灰度色階分辨。

View angle /distortion

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一般以對角線作為標准,這個是由鏡頭決定的。

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曲變,主要有桶形和枕形,可接受的標准不超過1%。

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  這里關於白平衡(AWB)進行一些說明,白平衡指的是在光線不斷變化的情況下,對色彩准確重現的能力,一般的傳感器都有自動白平衡功能。

CRA部分

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  由上面的描述可以知道,最大的能夠聚焦到傳感器上面,並且能夠覆蓋整個像素平面。Lens的CRA最好和 sensor CRA 匹配,若是有偏差,最好不要偏差2°。

Lens:CRA小於sensorCRA,會出現四周偏暗的情況,此時光線達不到pixel的邊緣;

lensCRA大於sensorCRA,光線折射到臨近的pixel,導致pixel之間出現串擾,出現圖像的偏色,在圖像四周變現的更明顯,因為CRA從圖像中心到四周是呈曲線狀上升,逐漸變大的。


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