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   2024-07-22 240

CMOS(Complementary metal Oxide Semiconductor)是互补金属氧化物半导体,它和CCD一样负责将光线转变成电荷。
只是工艺不同。
目前手机摄像头几乎全部使用CMOS传感器。

CCD与CMOS 图像传感器光电转换的原理相同,他们最主要的差别在于信号的读出过程不同;由于CCD仅有一个(或少数几个)输出节点统一读出,其信号输出的一致性非常好;而CMOS 芯片中,每个像素都有各自的信号放大器,各自进行电荷-电压的转换,其信号输出的一致性较差。

但是CCD 为了读出整幅图像信号,要求输出放大器的信号带宽较宽,而在CMOS 芯片中,每个像元中的放大器的带宽要求较低,大大降低了芯片的功耗,这就是CMOS芯片功耗比CCD 要低的主要原因。
尽管降低了功耗,但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声,这又是CMOS 相对CCD 的固有劣势。

06

PCB

摄像头模组的基板由印制电路板(PCB)或柔性电路板(FPC)构成,负责将摄像头的光学组件和主处理器连接起来。
工作原理

01

基本工作原理

摄像头的工作原理大致为:景物通过 Lens 生成的光学图像投射到 sensor 表面上, 经过光电转换为模拟电信号, 消噪声后经过 A/D 转换后变为数字图像信号, 再送到数字信号处理芯片( DSP) 中加工处理(DSP芯片中会有ISP-图像信号处理器、JPEG encoder-JPEG图像解码器等)。
所以,从 sensor 端过来的图像是 Bayer 图像,经过黑电平补偿 ( black level compensation)、镜头矫正 ( lens shading correction)、坏像素矫正 ( bad pixel correction)、颜色插值 ( demosaic)、Bayer 噪声去除、 白平衡( awb) 矫正、 色彩矫正( color correction) 、 gamma 矫正、 色彩空间转换( RGB 转换为 YUV) 、 在 YUV 色彩空间上彩噪去除与边缘加强、 色彩与对比度加强,中间还要进行自动曝光控制等, 然后输出 YUV( 或者 RGB) 格式的数据, 再通过 I/O 接口传输到 CPU 中处理。

02

DSP处理器

DSP是CCM的重要组成部分,它的作用是将感光芯片获得的数据及时地快速地传递到中央处理器并刷新感光芯片,因此DSP芯片的好坏,直接影响画面品质,如:色彩饱和度、清晰度、流畅度等。
    



DSP结构框架  

ISP(image signal processor)(图像信号处理器)    

JPEG encoder(JPEG图像解码器)    

USB device controller(USB设备控制器)    

ISP一般用来处理Image Sensor(图像传感器)的输出数据,如进行:AEC(自动曝光控制)、AGC(自动增益控制)、AWB(自动白平衡)、色彩校正、Gamma校正、祛除噪声、Auto Black Level、Auto White Level 等等功能的处理。
  

DSP功能就比较多了,它可以做些拍照以及回显(JPEG的编解码)、录像以及回放(Video 的编解码)、H.264的编解码、还有很多其他方面的处理,总之是处理数字信号了。
可以认为ISP是一类特殊的处理图像信号的DSP。


成像原理摄像头模组利用透镜成像的原理,来实现图像的成像;通过感光芯片及相关电路来记录和传输图像信号的。
camera的成像框架硬件接口

如下图的GC2053,模块通过VDDCAMA-2V8给摄像头提供电源,通过MCLK给其提供时钟,RESET是复位线,PWDN在摄像头工作时应该始终为低,摄像头寄存器初始化的数据都通过I2C传输的,其工作时序如图3_2。
一旦给摄像头提供了时钟,并且复位摄像头,摄像头就开始工作了。
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