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  • 手机摄像功能现在越来越收到消费者和厂商的重视,关于手机镜头的拍照方面,厂商宣传的这些参数中,哪些最为实用,而哪些又仅仅是噱头而已呢?本文,我们将讲述关于感光元件,这个信号的接受者。
  • 感光元件

    千次阅读 2017-01-18 23:32:17
    一种是广泛使用的CCD(电荷耦合)元件;另一种是CMOS(互补金属氧化物导体)器件

    感光元件是数码相机的核心,也是最关键的技术。数码相机的发展道路,可以说就是感光元件的发展道路。数码相机的核心成像部件有两种:一种是广泛使用的CCD(电荷耦合)元件;另一种是CMOS(互补金属氧化物导体)器件。与传统相机相比,传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体,而数码相机的“胶卷”就是其成像感光元件,感光元件就是数码相机的不用更换的“胶卷”而且是与相机一体,所以称为是数码相机的心脏很确切。

    感光元件主要有两种: CCD(电荷耦合)、 CMOS互补金属氧化物半导体)。作为手机新型的拍摄功能,内置的数码相机功能与平时所见到的低端的(10万--130万像素)数码相机相同。大多数手机中数码相机的感光元件基本上都是CMOS的。感光元件又叫 图像传感器

    CCD

    Charge Coupled Device,它使用一种高感光度的半导体材料制成,由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,
    感光元件移动式光学防抖(CCD防抖) 感光元件移动式光学防抖(CCD防抖)
    即把光线转变成电荷;所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。而后转换成数字信号,经过压缩后保存在相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡中。有能力生产CCD 的公司分别为: 索尼飞利浦柯达松下富士夏普,大半是日本厂商。

    CMOS

    Complementary Metal-Oxide Semiconductor,和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和 这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而CMOS的缺点就是太容易出现杂点。 除了CCD和CMOS之外,还有富士公司独家推出的 SUPER CCD,SUPER CCD并没有采用常规正方形二极管,而是使用了一种八边形的二极管,像素是以蜂窝状形式排列,并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间,光线集中的效率比较高,效率增加之后使 感光性、信噪比和动态范围都有所提高。SUPER CCD在排列结构上比普通CCD要紧密,此外像素的利用率较高,也就是说在同一尺寸下,SUPER CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高,使 感光度信噪比动态范围都有所提高。

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  • 成像质量、像素个数、感光元件尺寸的关系 感光元件 (影像传感器) 就是拍摄的照片最终成像的位置。相当于传统相机里面的胶卷,不同相机的感光元件尺寸是不一样的。 1. 像素的含义 两个 100 平方米的房子 A 和 B,A ...

    成像质量、像素个数、感光元件尺寸的关系

    感光元件 (影像传感器) 就是拍摄的照片最终成像的位置。相当于传统相机里面的胶卷,不同相机的感光元件尺寸是不一样的。

    1. 像素的含义

    两个 100 平方米的房子 A 和 B,A 房子里面平均分成 10 个房间,B 房子里面平均分成 100 个房间。
    A、B 房子 = 感光元件;房间 = 像素;进入房间的人数等于光线。
    传统相机是靠胶卷来成像,数码相机里面的胶卷就是感光元件 (CCD、CMOS)。像素的多少就是在这个感光元件上面布满多少个格子。成像靠的是采集光线,采集的光线越多,照片的质量就越好。而每个像素就相当于采集光线的容器。

    在这里插入图片描述

    我们把每个格子 (像素) 当做一个收集雨水的盆子。单个像素的尺寸越大,成像效果越大。
    在雨水充足的时候,你觉得哪个盆子里的水不容易溢出来呢?单个像素的面积越大,曝光宽容度、动态范围就越大。
    在雨水特别稀少的时候,你觉得哪个盆子更容易收集到雨水呢?单个像素越大,对光线的敏感度就越大。
    宽容度是指胶片所能正确容纳的景物亮度反差的范围。能将亮度反差很大的景物正确记录下来的胶片称为宽容度大的胶片,反之则称为宽容度小的胶片。一般胶片的宽容度越大越好。宽容度小的胶片,常会使景物明、暗部分在影像上得不到正确反映,损害影像的真实性。

    像素的多少和成像质量 (清晰度、锐度、宽容度等) 是没有关系的。两块同样尺寸大小的感光元件,100 个像素和 1000 个像素成像的质量 (包括清晰度) 是一样的。
    感光元件尺寸大小才是影响成像质量好坏的最大因素,也是直接因素!感光元件尺寸大,成像质量好,反之就差!

    2. 像素个数存在的意义

    2.1. 像素个数可以决定照片最大可以冲印的尺寸

    有两块同样尺寸大小的感光元件,A 有 10 个像素,B 有 100 个像素,分别在同样条件下拍摄两张照片。现在后期输出需要将两张照片放大至 A 拍摄照片的 S 倍。因为 A 有 10 个像素,那么每个像素只有变成它本来面积的 S 倍才可以达到我们的要求。这个过程对 A 照片的损失是极其严重的。而 B 照片只需要变成原来面积的 S/10 倍就可以达到目的了 (10 * S = 100 * K)。放大的倍数 S 越大,A 照片的损失就越大,B 照片损失相对小很多。

    2.2. 像素可以决定后期裁剪和修饰对照片的损失

    我们把 A、B 照片分别都裁剪掉一半,A 照片只剩下 5 个像素,B 照片还有 50 个像素的,质量效果会有很大差别。裁剪和修饰照片对像素有一定要求。
    一张照片的尺寸是只能往小尺寸裁剪,小尺寸的照片改成大尺寸照片会使画质变差。

    1. 像素不能影响照片的清晰度,与成像质量无关。
    2. 感光元件尺寸的大小才是影响照片成像质量的关键。
    3. 像素不是判断一部相机好坏唯一的标准,还要考虑 COMS 传感器、解析力、镜头素质、F 的大小、感光度、对焦及测光方式、降噪能力、做工及设计等方面。

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  • OpenMV4 H7默认配置的OV7725 感光元件处理640×480 8-bit 灰度图或者640×480 16-bit RGB565彩色图像可以达到60 FPS;当分辨率低于320×240可以达到120FPS。大多数简单的算法可以运行60FPS以上。你的 OpenMV 摄像头...
    import sensor, image, time
    #引入此例程依赖的模块,
    #sensor 是与摄像头参数设置相关的模块,
    #image 是图像处理相关的模块,
    #time 时钟控制相关的模块。
    #import 相当于 c 语言的#include <>,模块相当于 c 语言的库。
    
    sensor.reset()  #初始化相机传感器
    sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) #设置相机模块的像素模式。
    sensor.set_framesize(sensor.QVGA)  #设置相机模块的帧大小。
    sensor.skip_frames(time = 2000)  #Let new settings take affect.
    
    clock = time.clock()  #初始化时钟
    
    while(True):
        clock.tick()  #Track elapsed milliseconds between snapshots()
        img = sensor.snapshot()  #截取当前图像,存放于变量 img 中。
        print(clock.fps())  #打印当前的帧率。
    
    

    sensor.set_pixformat(pixformat)

    设置相机模块的像素模式。

    sensor.GRAYSCALE: 8-bits per pixel.
    sensor.RGB565: 16-bits per pixel.
    sensor.BAYER: 8-bits per pixel bayer pattern.

    sensor.set_framesize(framesize)

    设置相机模块的帧大小。
    OpenMV4 H7默认配置的OV7725 感光元件处理640×480 8-bit 灰度图或者640×480 16-bit RGB565彩色图像可以达到60 FPS;当分辨率低于320×240可以达到120FPS。大多数简单的算法可以运行60FPS以上。你的 OpenMV 摄像头有一个2.8mm焦距镜头在一个标准M12镜头底座上。如果你想使用更多的特殊的镜头,你可以很容易的安装。

    sensor.QQCIF: 88x72
    sensor.QCIF: 176x144
    sensor.CIF: 352x288
    sensor.QQSIF: 88x60
    sensor.QSIF: 176x120
    sensor.SIF: 352x240
    sensor.QQQQVGA: 40x30
    sensor.QQQVGA: 80x60
    sensor.QQVGA: 160x120
    sensor.QVGA: 320x240
    sensor.VGA: 640x480
    sensor.HQQQVGA: 80x40
    sensor.HQQVGA: 160x80
    sensor.HQVGA: 240x160
    sensor.B64X32: 64x32 (for use with image.find_displacement())
    sensor.B64X64: 64x64 (for use with image.find_displacement())
    sensor.B128X64: 128x64 (for use with image.find_displacement())
    sensor.B128X128: 128x128 (for use with image.find_displacement())
    sensor.LCD: 128x160 (for use with the lcd shield)
    sensor.QQVGA2: 128x160 (for use with the lcd shield)
    sensor.WVGA: 720x480 (for the MT9V034)
    sensor.WVGA2:752x480 (for the MT9V034)
    sensor.SVGA: 800x600 (only in JPEG mode for the OV2640 sensor)
    sensor.SXGA: 1280x1024 (only in JPEG mode for the OV2640 sensor)
    sensor.UXGA: 1600x1200 (only in JPEG mode for the OV2640 sensor)

    sensor.skip_frames([n, time])

    使用 n 个快照,让相机图像在改变相机设置后稳定下来。 n 作为普通参数传输, 例如: skip_frames(10) 跳过 10 帧。您应在改变相机设置后调用该函数。

    或者,您可通过关键字参数 time 来跳过几毫秒的帧数,例如: kip_frames(time = 2000) ,跳过2000毫秒的帧。

    若 n 和 time 皆未指定,该方法跳过300毫秒的帧。

    若二者皆指定,该方法会跳过 n 数量的帧,但将在 time 毫秒后超时。

    设置画面翻转

    水平方向翻转:sensor.set_hmirror(True) #水平翻转
    垂直方向翻转:sensor.set_vflip(True) #垂直翻转
    设置翻转可放置于 sensor.reset() #初始化相机传感器 之后

    更多感光元件函数参考:https://docs.singtown.com/micropython/zh/latest/openmvcam/library/omv.sensor.html

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    工业相机——CCD/CMOS尺寸计算

    最近有用到大恒的工业相机,学到很多相机方面的基础知识,借此机会开始码字记笔记,养成良好习惯。

    感光元件尺寸

    感光元件的尺寸有两种标示方法,即光学格式(OF,Optical Format)和尺寸类型。

    (1)光学格式

    光学格式一般用感光元件的对角线长度比例来表示,即OF=对角线长度/1英寸=对角线长度/16mm。需要注意的是,这里的1英寸并不等于通常的25.4mm,而是16mm,即感光元件为12.8mm×9.6mm时,它是1英寸感光元件。
    业界通用的规范就是 1英吋 CCD尺寸= 长 12.8mm × 宽 9.6mm = 对角线为 16mm 之对应面积。透过“勾股定理”,可得出该三角之三边比例为 4:3:5;换句话说,我无须给你完整的面积参数,只要给你该三角形最长一边长度,你就可以透过简单的定理换算回来。而且面积对角线长度就是16除以那个分母。
    这种标示方法多用于长宽比为4∶3的袖珍数码相机和消费级数码相机上,感光元件尺寸从1/5英寸到2/3英寸不等。这种标示方法与用来解释14、30吋电视屏幕大小之面积比例道理是完全一致,这里的尺寸并不是“单位”而是“比例 ”!
    目前的趋势是在CCD尺寸不变甚至减小的前提下,尽量增加像素传感器的数量,以满足人们对像素无止境的要求。但是CCD尺寸不变,增加像素就意味着单个像素捕捉光线能力下降,从而会引发噪声增加、色彩还原不良、动态范围减小等问题。

    (2)尺寸类型

    数码单反相机的感光元件长宽比多为3∶2,其尺寸标示方法有所不同,一般用感光元件尺寸类型标示。主要分为全画幅Full Frame(接近或等于135画幅,如佳能1Ds系列、5D Mark II的36.0mm×24.0mm,尼康D3、D700的36.0mm×23.9mm,尼康D3x、索尼α900的35.9mm×24mm,佳能5D的35.8mm×23.9mm等)、APS-H尺寸(佳能1D 系列的28.1mm×18.7mm,镜头焦距转换系数为1.3)、APS-C尺寸(如23.6mm×15.8mm、22.2mm×14.8mm、20.7mm×13.8mm等,镜头焦距转换系数分别为1.5、1.6和1.7)。奥林巴斯、松下数码单反相机所用的感光元件尺寸为17.3mm×13.0mm,长宽比为4∶3,镜头焦距转换系数为2.0。从相机的结构上分类,有两种系统,分别称为4/3系统和微型4/3系统。
    1996年由尼康、佳能、美能达、富士、柯达五大公司联合开发的APS系统(Advanced Photo System,即先进照片系统)问世。APS系统在原135胶片系统的基础上进行了较大改进,包括相机、感光材料、冲印设备、配套产品等全面创新,大幅度缩小胶片尺寸,使用新的智能暗盒设计,融入数字技术,成为能记录拍摄数据、辅助信息的智能型胶片系统。APS系统是对传统摄影体系的一次重大变革,本应有较好的发展前景。遗憾的是它生不逢时,由于数码相机的问世与迅猛发展,APS系统很快被淘汰。  APS系统共有三种底片画幅可供选择,即:APS-H、APS-C和APS-P。APS-H为30.2mm×16.7mm,是APS胶卷可摄取的最大画幅;APS-C是左右各挡去一部分,为25.5mm×16.7mm,长宽比接近135画幅的3:2;APS-P是上下各挡去一部分,为30.2mm×9.5mm,属于超宽银幕画幅。  数码单反相机的感光元件尺寸标示方法借用了APS标准,把感光元件尺寸接近APS-C尺寸的20.7mm×13.8mm(适马用)、22.2mm×14.8mm、22.3mm×14.9mm(上两种尺寸佳能用)、23.0mm×15.5mm(富士用)、23.4mm×15.6mm(宾得K20D)、23.5mm×15.6mm(索尼α700)、23.5mm×15.7mm(索尼α350、宾得K200D、K10D、K-m)、23.6mm×15.8mm(尼康用,称为DX格式,以及索尼α300、α200)等都称为APS-C画幅,而佳能EOS-1D系列所用的28.1mm×18.7mm称为APS-H画幅。

    常见感光元件尺寸

    相机的感光元件尺寸的宽高比例其实不是固定的,下面列举了一些不同规格的感光元件,其标示方法有的是光学格式,有的是尺寸类型,如何区分我还未特别清晰明了,希望有专业人士能回答我,如下图:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

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空空如也

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