カメラモジュールの基本構造と動作原理

カメラモジュールの基本構造

I. カメラの構造と動作原理

シーンはレンズを通して撮影され、生成された光学画像がセンサーに投影され、光学画像が電気信号に変換され、アナログ/デジタル変換によってデジタル信号に変換されます。デジタル信号は DSP によって処理され、コンピュータに送信されて処理され、最終的に電話の画面に表示される画像に変換されます。

デジタル信号処理 (DSP) チップの機能: 一連の複雑な数学的アルゴリズムを通じてデジタル画像信号パラメーターを最適化し、処理された信号を USB やその他のインターフェイスを介して PC やその他のデバイスに転送します。DSP 構造フレーム:
1、 ISP（画像信号処理装置）
1. ISP（画像信号処理装置）
2、JPEGエンコーダー
2.JPEGエンコーダー
3、USBデバイスコントローラー
3. USB デバイスコントローラー

一般的なカメラ センサーには、次の 2 種類があります。

一つはCCD（Chagre Couled Device）センサー、つまり電荷結合素子です。
もう1つはCMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサー、つまり相補型金属酸化物半導体です。
CCDは画質が良いのがメリットですが、製造工程が複雑でコストが高く、消費電力も大きいという欠点があります。同じ解像度であれば、CMOS は CCD よりも安価ですが、画質は CCD よりも劣ります。CCDと比較して、CMOSイメージセンサーは低消費電力です。また、プロセス技術の進歩に伴い、CMOSの画質も向上し続けています。したがって、現在市場に出回っている携帯電話のカメラはすべてCMOSセンサーを使用しています。

携帯電話のカメラのシンプルな構造
レンズ: 光を集めて、シーンを画像媒体の表面に投影します。
イメージセンサー: レンズによって表面に投影された画像 (光信号) を電気信号に変換する画像媒体。
モーター: レンズが画像媒体の表面に鮮明な画像を投影するように、レンズの動きを駆動します。
カラー フィルター: 人間の目で見えるシーンは可視光帯域にあり、イメージ センサーは人間の目よりも光帯域を認識できます。そのため、余分な光の帯域を除去するためにカラー フィルターが追加され、イメージ センサーが目で見た実際のシーンをキャプチャできるようになります。
モーター駆動チップ: モーターの動きを制御し、レンズを駆動してオートフォーカスを実現するために使用されます。
基板基板：イメージセンサーの電気信号をバックエンドに伝える。
Ⅱ．関連パラメータと名詞
1. 一般的な画像形式
1.1 RGB フォーマット:
RGB565 や RGB888 などの従来の赤、緑、青の形式。16 ビットのデータ形式は、5 ビット R + 6 ビット G + 5 ビット B です。人間の目は緑に敏感であるため、G にはもう 1 ビットあります。
1.2 YUV フォーマット:
輝度 (Y) + 彩度 (UV) 形式。YUV は、輝度パラメータとクロミナンス パラメータが別々に表現されるピクセル形式を指します。この分離の利点は、相互干渉を回避するだけでなく、画質にあまり影響を与えずにクロマ サンプリング レートを下げることです。YUV はより一般的な用語です。その特定の配置のために、それは多くの特定の形式に分けることができます。
彩度 (UV) は、色相と彩度の 2 つの側面を定義し、それぞれ CB と CR で表されます。このうち、Cr は RGB 入力信号の赤の部分と RGB 信号の輝度値の差を反映し、Cb は RGB 入力信号の青の部分と RGB 信号の輝度値の差を反映します。
主なサンプリング形式は、YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1、および YCbCr 4:4:4 です。
1.3 RAW データ形式:
RAW画像は、CMOSまたはCCDイメージセンサーが取り込んだ光源信号をデジタル信号に変換した生データです。RAW ファイルは、デジタル カメラ センサーの元の情報と、カメラによって生成された一部のメタデータ (ISO 設定、シャッター スピード、絞り値、ホワイト バランスなど) を記録するファイルです。RAW は未処理および非圧縮形式であり、「生の画像コード化データ」またはより鮮やかに「デジタル ネガ」と呼ばれる概念として捉えることができます。センサーの各ピクセルはカラー フィルターに対応し、フィルターはベイヤー パターンに従って配置されます。各ピクセルのデータ、つまり RAW RGB データが直接出力されます。
Raw データ (Raw RGB) は、色補間後の RGB になります。

RAW形式の画像例
2. 関連テクニカル指標
2.1 画像解像度:
SXGA (1280 x 1024)、1.3 メガピクセル
XGA (1024 x 768)、0.8 メガピクセル
SVGA (800 x 600)、0.5 メガピクセル
VGA (640x480)、0.3 メガピクセル (0.35 メガピクセルは 648X488 を指します)
CIF(352x288)、0.1メガピクセル
SIF/QVGA(320×240)
QCIF(176x144)
QSIF/QQVGA(160x120)
2.2 色深度 (色ビット数):
256色のグレースケール、256種類のグレー（白黒を含む）。
15 または 16 ビット カラー (ハイ カラー): 65,536 色。
24 ビット カラー (トゥルー カラー): 各原色には 256 レベルがあり、それらの組み合わせは 256*256*256 色になります。
32 ビット カラー: 24 ビット カラーに加えて、オーバーラップ レイヤーのグラフィック データ (アルファ チャネル) を格納するために、余分な 8 ビットが使用されます。
2.3 光学ズームとデジタルズーム:
光学ズーム：レンズを調整して、撮影したいオブジェクトをズームイン/ズームアウトします。画素数や画質は基本的にそのままですが、理想の画像が撮れます。デジタルズーム：実際にはズームはありません。元の画像から取得してズームインするだけです。LCD 画面に表示されるものは拡大されますが、画質は大幅に向上せず、ピクセルはカメラが撮影できる最大ピクセルよりも低くなります。画質は基本的に価値がありませんが、ある程度の利便性は提供できます。
2.4 画像圧縮方法:
JPEG/M-JPEG
H.261/H.263
MPEG
H.264
2.5 画像ノイズ:
画像内のノイズと干渉を指し、画像内の固定色ノイズとして表示されます。
2.6 自動ホワイトバランス:
簡単に言えば、カメラによる白いオブジェクトの復元です。関連概念: 色温度。
2.7 視野角:
撮像範囲とも呼ばれる人間の目の撮像と同じ原理です。
2.8 オートフォーカス:
オートフォーカスは、レンズと被写体の距離に基づく測距オートフォーカスと、フォーカシングスクリーン上の鮮明な結像（シャープネスアルゴリズム）に基づく焦点検出オートフォーカスの2つに分類できます。
注: ズームとは、遠くのオブジェクトを近づけることです。焦点は、イメージを明確にすることです。
2.9 自動露出とガンマ:
絞りとシャッターの組み合わせです。絞り、シャッタースピード、ISO。ガンマは明るさに対する人間の目の反応曲線です。
III.その他のカメラ構造