CCM摄像头全解_V1.4

1，概述
1，概述
• FF（Fix Focus） Module
1，概述
• AF（Auto Focus） Module
2，Lens（镜头）
• 镜头由几片透镜组成， 常表示为Element、 Construction ，透镜 一般有塑胶的 （Plastic）和玻璃的 （Glass）。通常镜头 构造有：1P、2P、 1G1P、1G2P、2G2P、 4G、5G等。透镜越 多，成本越高；玻璃 透镜比塑胶贵，因此 一个品质好的摄像头 应该是采用玻璃镜头， 成像效果就相对塑胶 镜头会好。现在市场 上的大多摄像头产品 为了降低成本，一般 会采用塑胶镜头或半 塑胶半玻璃镜头。
2，Lens（镜头）
2，采用BSI （Backilluminated cmos sensor） 背照式 CMOS传感 器；
2，Lens（镜头）
3，在FSI（Front Side Illumination）前照式 CMOS图像传感器中采用微透镜阵列平移。
2，Lens（镜头）
• Image Circle意 思是像圆径、 像圈， MAX Image（Circle） 是指光学系统 所成像的最大 区域。 镜头的 MAX Image一定 要大于sensor的 成像范围。
2，Lens（镜头）
• 焦距过短则视场角过大，导致畸变和主光线出射角难以控制， 相对照度过低，镜片弯曲严重，相差校正困难，因此难以设计。 • 焦距过长镜头将过长，不利于系统小型化，而且视场角过小， 不能满足用户需求。 • 对厚透镜（厚度不能忽略的透镜），或是有好几片透镜或面镜 的系统（像是照相，镜头或望远镜），焦距通常会以有效焦距 （EFL， Effective Focal Length ）来表示。有效焦距就是透镜系统 中心到成像焦点的距离（即光学系统中心到焦点的距离）。 • 镜头的焦距分为像方焦距和物方焦距。像方焦距（像距，v）是 像方主面到像方焦点的距离，物方焦距（物距，u）就是物方主 面到物方焦点的距离。 • 还分为前焦（距）和后焦（距）。前焦距（FFD）或前焦长 （Front Focal Length，FFL）是系统前方的焦点至第一个光学表面 顶点的距离。后焦距（BFD）或后焦长（Back Focal Length，BFL， BF）是系统最后一个光学表面顶点至后方焦点的距离，其实是 光学后焦（O-BFL），也叫截距。
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
• FBL（Flange Back Length，FB），法兰焦距，镜头的法兰面到成 像面的距离。 • MB（M-BFL， Mechanical Back Focal Length ）机械后焦，是指镜 头最后端的机械面到成像面的距离。
• BF（Back Focal Length，BFL） 后焦距（BFD） 或后焦长是系 统最后一个光 学表面顶点至 后方焦点的距 离，其实是光 学后焦（OBFL），也叫截 距。
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
• 所谓景深（DOF，Depth of Field） ，就是 当焦点对准某一点时，其前后都仍可清晰 的范围。
2，Lens（镜头）
• 景深能决定是把背景模糊化来突出拍摄对 象，还是拍出清晰的背景。我们经常能够 看到拍摄人物、花、昆虫等的照片中，将 背景拍得很模糊（称之为小景深或景深 浅）。但是在拍摄纪念照或集体照、风景 等的照片一般会把背景拍摄得和拍摄对象 一样清晰（称之为大景深或景深广）。
好的解析能力
差的解析能力
2，Lens（镜头）
• MTF 成像曲线图是由镜头的生产厂家在极为 客观严谨的测试环境下测得并对外公布的， 是镜头成像品质最权威、最客观的技术参考 依据。 • 调制传递函数是目前分析镜头的解像比较科 学的方法，近来有越来越多人发现他虽然是 一种标准，但有些影像并非标准化能够衡量 出来的，所以他只是个参考值而非全部。 • 众所周知，对数码照片成像素质影响最大的 是镜头的分辨率和反差。
2，Lens（镜头）
• 分辨率（解像力）的单位是本（线对/ 毫米 lp/mm ），相邻的黑白两条线可以称为一个 线对，每毫米能够分辨出的线对数就是分辨 率。 • Sensor 全频解像力（黑白）：1/(2￡) 。￡： Sensor Pixel Size。例如： 1000/2.8/2=179lp/mm，（2.8um：Pixel Size）。
Camera摄像头
恒诚FAE 王帅 V1.3
1，概述
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1，概述
• CCM（CMOS Camera Module）：CMOS摄像模块 的简称，是用于各种新一代便携式摄像设备的核 心器件，与传统摄像系统相比具有小型化，低功 耗，低成本，高影像品质的优点。
• 射月打鸟：
2，Lens（镜头）
• 焦距（ Focal Length，f），也称焦长，是光学系统中衡量光的 聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚 集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD或 CMOS等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的 光学系统有更佳聚集光的能力，即视场角更大。
2，Lens（镜头）
• 镜头（Lens），主要功能为收集被照物体反 射光并将其聚焦于图像传感器上以扩展图像 传感器的采光率。镜头直径越大光通量就越 大，画面就越亮。 • 对于已经制造好的镜头，我们不可能随意改 变镜头的直径，但是我们可以通过在镜头内 部加入多边形或者圆形，并且面积可变的孔 状光栅来达到控制镜头通光量，这个装置就 叫做光圈（ Aperture ），又叫光阑。。 • 表达光圈大小我们是用F值。F/#=有效焦距/ 有效口径直径。F值越小，光圈越大。
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
• 1，光圈越大景深越小，光圈越小景深越大。 • 2，镜头焦距越长景深越小，反之景深越大。 • 3，拍摄主体越近（对焦点越近）景深越小，拍摄主体 越远（对焦点越远）景深越大。
2，Lens（镜头）
• 射月打鸟：
2，Lens（镜ห้องสมุดไป่ตู้）
2，Lens（镜头）
• FOV（Field Of View或Angular Field Of View ）： 视角、视场或视场角，就是镜头能拍摄到的 最大视野范围，视场角分为垂直（Vertical） 视场角（ FOV-V），水平（Horizontal）视场 角（ FOV-H）和对角线（Diagonal）视场角 （FOV-D）三种， 一般指对角线视角。 • 人眼可以看到的区域虽然可以达到180º，但 是真正能够识别形状及颜色的角度却是在 50º左右。一般摸组的视角要求是55º到65º， 当然，也要根据客户的实际需求，比如有些 广角镜头的视角达到80º以上。
2，Lens（镜头）
• Lens Ass’y（assembly）装配长度。 • TTL（Total Track Length）或TL（Total Length） ，镜头 的总长度或者叫镜头总高，总高可分为光学 （Optical ）总高（OTTL）和机械（Mechanical ）总 高（MTTL），一般在光学规格中为光学TTL，在镜头 图面中为机械TTL。光学TTL为从光学系统的第一片 镜片至成像面的长度。机械TTL为从镜头顶端至成像 面的长度，一般说的TTL都是指机械TTL。 • 大立的规格书里面的FB其实就是TTL。 • Barrel原意桶、枪管、炮筒。值：M6.5*0.25P或 M6.5P0.25，表示Metric Thread Size*Pitch。M6.5表示 螺丝外径6.5mm，P0.25表示螺丝牙距0.25mm。
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
• 通过改变镜头与感光元件之间的距离，即变焦（zoom），让某 一个特定位置的物体通过镜头的成像焦点正好落在感光元件之 上，得出最清晰的影像，这个过程就是对焦（focus）。对焦后 满足下面的等式：1/f=1/u+1/v。对焦的过程就是当物距u变化的 时候调整相距v使此等式成立的过程。 • 变焦包括光学变焦（optical zoom）与数码变焦（digital zoom） 两种。 • 光学变焦，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物， 光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。通过光学变焦，我 们还可以获得景深更加小的图片。在拍摄人像等题材时，我们 往往使用中长焦段，这样除了能够将人物“拉近”、“放大”， 变得更加清晰以外，同时背景还可以获得更好的虚化，从而突 出主体人物。 • 数码变焦只是将原先的图像尺寸裁小，让图像在LCD屏幕上变得 比较大，但并不会有助于使细节更清晰。如同用图像处理软件 把图片的面积改大。
2，Lens（镜头）
• 如何测试镜头的分辨率和反差呢？厂商利用拍摄正 弦光栅（测试标板中的黑白相间的栅格）的方法进 行测试，亮度按正弦变化的周期图形叫做“正弦光 栅”。而正弦光栅的疏密程度被称为“空间频率” （Spatial Frequency），空间频率的单位用 lp/mm 表示。lp/mm 标识单位长度 （每毫米）的亮度按照 正弦变化的图形的周期数。
阴影图片
2，Lens（镜头）
• 渐晕现象成因： • 离轴越远（越接近最大视场）的光线经过光 学系统的有效孔径阑越小，所以越离轴的光 线在离轴的像面上的光强度就越弱，而形成 影像由中心轴向离轴晕开，即渐晕。本质是 成像系统的孔径对光束的限制。
2，Lens（镜头）
• MTF（Modulation Transfer Function）调制传 递函数，其数值反映的是镜头的解析能力， 即解像力或分辨率（Resolution）。
• Lens和sensor都有CRA参数，两者的CRA越接近 越好（一般允许偏差±3º），Lens的CRA并非越 小越好。CRA越小设计越困难，镜头的总长也会 相对变长。主光线角度不合适会暗角严重，对 比度下降，偏色。
2，Lens（镜头）
• Sensor的CRA参数
2，Lens（镜头）
• 传感器采用如下方法会降低CRA的影响： • 1，更大的像素；
2，Lens（镜头）
• RI（Relative Illumination）相对照度。物体或被照面上被光源照射所呈 现的光亮程度称为照度（ Illumination）。相对照度为镜头边缘照度和 中心照度的比值。 • RI=(I_ Corner / I_ Center)*100%。注：I为照度值。 • 相对照度越大越好，在调试软件之前一般希望在60% 以上。相对照度 过低表现为图像中心较亮，而四周较暗，即渐晕（Vignetting）现象， 俗称暗角（Shading）。相对照度过低还会导致色彩失真。 • 在实际测量的结果中，它不仅同光学系统本身有关，也同所使用的感 光片（SENSOR）有关. 同样的镜头用于不同的芯片可能会有不同的测 量结果。
2，Lens（镜头）
• F/#：
2，Lens（镜头）
• 在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影 像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆 就叫做弥散圆（circle of confusion） 。 • 若这个弥散圆的直径足够小，成像会足够清 晰，如果弥散圆再大些，相片会显得模糊， 在这个临界点所成的像被称作允许弥散圆。 • 两个弥散圆之间的距离我们称呼它叫焦深， 它和景深是相对应的。
2，Lens（镜头）
物体 对角线视角
水平视角 垂直视角
传感器
2，Lens（镜头）
• CRA（Chief Ray Angle）主光线角度、主入射角、 主光角。主光线就是光线由物的边缘射出，通 过孔径光栏的中心最后到达像的边缘，图中红 色的线就是主光线。（最大）CRA为主光线与 平行光线的角度。
2，Lens（镜头）
2，Lens（镜头）
• 我们再回过头来看反差。反差 = （照度的最大值 - 照 度的最小值）/（照度的最大值 + 照度的最小值）。 所以，反差的数值总是小于等于 1 的。 • 这里我们引入调制度 M 的概念： • M=（Imax －Imin ）/（Imax ＋Imin ）。 • 调制度M 总是介于0 和1 之间，调制度越大，反差越 大。在对镜头的反差和分辨率进行测试时，我们将 正弦光栅置于镜头前方，测量镜头成像处的调制度。 这时由于镜头像差的影响，会出现以下情况。当空 间频率很低时，测量出的调制度M 几乎等于正弦光 栅的调制度；当所拍摄的正弦光栅空间频率提高时， 镜头成像的调制度逐渐下降。镜头成像的调制度随 空间频率变化的函数称为调制度传递函数MTF。