在可拍照手機(jī)中每個漂亮照片的背后，都有大量的電子/光學(xué)/機(jī)械處理“魔術(shù)”在上演著。而用戶通常不留意這些處理“魔術(shù)”，因?yàn)樗鼈冹o悄悄且不為人注意地進(jìn)行著。本文討論用一個可拍照手機(jī)內(nèi)的CMOS傳感器生成一個優(yōu)異圖像所面臨的各種挑戰(zhàn)。
#dU-*wmJ \_0nH` 圖1：一個數(shù)碼相機(jī)的機(jī)械示意圖，其光學(xué)系統(tǒng)和一個常規(guī)膠片相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)基本一致。[img][/img]
O?rVa:\ U^:+J-z{ 圖像的生成
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l`% B`9'COw 在一個膠片相機(jī)中，通過一個光學(xué)系統(tǒng)采集的光照射在一段膠片上，膠片經(jīng)過曝光以及隨后的化學(xué)沖洗過程。而在數(shù)碼相機(jī)中，光依然是穿過一個帶有多元件鏡頭和鏡頭筒的光學(xué)系統(tǒng)，不過此時這些光是照射在一個傳感器行列陣上，該傳感器陣由幾百萬個微小圖像元素即像素組成。圖1是一個數(shù)碼相機(jī)的機(jī)械示意圖。
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6 當(dāng)光照射到該像素陣列上，穿過一個色彩濾波器陣列，確保只有藍(lán)色、紅色或綠色光真正到達(dá)適當(dāng)?shù)南袼厣�。在每個像素上生成一個模擬信號，它再經(jīng)過一個ADC被變換成一個數(shù)字信號。該信號隨后穿過一個被稱為圖像管道(即I-Pipe)的部件，該部件由一系列使信號看起來像一幅真實(shí)照片的電子濾波器構(gòu)成。
x2(hp -NH c~ =m I-Pipe調(diào)整白色平衡和色彩，并消除由拍照方法本身引入的某些異常。這些異常包括鏡頭陰影、幾何失真、偏離鏡頭中心的照片跑焦模糊和數(shù)字傳感器噪聲。安捷倫的I-Pipe還把該圖像壓縮成JPEG格式以便生成可迅速寫入一個存儲媒介的容量小且精確的壓縮圖像。
m)g:@^$ Y!"LrkC 對光進(jìn)行預(yù)處理
t4~ Bn<= 1s/t}J~zZ 一個吸收性或反射性紅外濾波器被用來阻止780納米以上的紅外輻射，而只讓光譜的可見光部分通過。這確保圖像傳感器只關(guān)注人眼將看到的東西，并對色彩的完整度進(jìn)行優(yōu)化。如果不以這種方式截斷紅外光，它就可能引起模糊并降低鏡頭所拍圖像的清晰度。
[3}m|W< 圖2：人眼對綠色的敏感度是對紅色和藍(lán)色的兩倍。Bayer色彩濾波器采用一行藍(lán)色和綠色濾波器與一行紅色和綠色濾波器相交替，使得綠色像素是藍(lán)色、紅色像素的兩倍。
E2+O-;VN wtIXZU x 8<{)|GoqB 一個微鏡頭還用來預(yù)處理下落光，以便這些光被盡可能地折射進(jìn)垂直方向的像素中。該微鏡頭提高了該像素的感光度，它通常位于色彩濾波陣列的正上方。
~ *ST fyFw <"X\~ 色彩濾波器陣列——Bayer濾波器
Q6]SsV?x w<*6pP y 光電二極管對亮度很敏感但對色彩不敏感。因而，必須采用某種機(jī)制，通過人工調(diào)整使其對特定的色彩敏感，以便這些色彩可以最終能夠展現(xiàn)在人眼前。一個色彩濾波器陣列可用來確保每個傳感器像素接收到的只是一種顏色的光：典型的是紅色、藍(lán)色或綠色。
1T!(M"'Ij v[A)r]"j"M 有多種不同的模式可用于色彩濾波器陣列�；谌搜鄹杏X顏色的方式，以及人眼對綠色的敏感度是對紅色和藍(lán)色敏感度的兩倍這個事實(shí)，意味著為了模仿人眼感覺，相機(jī)需要更多的綠色像素。在圖2所示的Bayer模式中，一行藍(lán)色和綠色濾波器與一行紅色和綠色濾波器相交替，其結(jié)果是所具有的綠色像素比藍(lán)色和紅色多出一倍。Bayer濾波器的原始輸出是一個亮度不同的藍(lán)色、綠色和紅色像素組成的馬賽克圖，其亮度變化取決于照射在一個特定像素上的光亮度。
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