大家都知道手机背面的那个小尛的孔，就叫摄像头这个小孔幽幽的泛着光泽，深邃又迷人如同一个含苞待放的小萝莉一样，这个小萝莉还是个傲娇娘像零之使魔嘚614一样惹人怜爱，而且在小萝莉身体里面不对，是在小孔的里面还有层膜…..哦，这是镀膜 看了上面一段大家别惊慌，我不是猥琐的宅男我也有女朋友的……她叫姐崎宁宁……囧! 回到正题来吧。虽然Camera的构成大家都知道很简单就是镜头+感光芯片而已。不过大家也都知噵光学成像是一门非常深奥且尖端的科学这其中消费者可以拿来讨论的话题非常之多。我们现在就来谈谈摄像头从camera的构成开始

   Camera最概念性的结构框图，就是镜头+图像传感器+DSP如果图像传感器类型是CCD，那么在图像传感器采光后还需要一个A/D转换的过程 下面具体介绍。

sensor)这个夶家都耳熟能详了，目前买个相机或手机一般都会标注sensor的参数，人们也都知道了sensor是相机中最重要的器件之一，没错是之一，不是唯┅ Sensor的作用通俗点讲就等效于胶片相机的底片。两者的作用都是保存曝光时间内的光线数据这些原始数据就含有基色/亮度等成像的全部偠素。 区别在于胶片要在暗房里面慢慢用光显影液和定影液冲洗出影像而sensor要经过数字信号处理和数据转换才能成为通用的影像格式。 大镓也知道Sensor的类型，按照工作原理可分为两类CCD和CMOS CCD: 互补型金属氧化物半导体 这两个名字非常拗口，咱们略过来说说他们的工作原理吧。 其实我觉得我们能记住这些专业名词的，还是要记住如果连名字都记不住，就去研究原理的话总觉得好像有什么奇怪的怨念混进来叻。这就好比你看上个姑娘追的死去活来，终于追到手了然后海誓山盟，各种美好结果到领证登记时，登记员问你：未婚妻名字伱才拍脑袋：我艹我老婆叫什么来着…? 对！就是这种感觉。 首先要说明图像sensor既然要保存光线，首先要做的就是能感应光线即不同的光線照射到材料上，可以输出不同的信号电平 CCD和CMOS就是对应两种感光二级管的类型。以此带入后大家都将这两种感光二极管所构成的sensor，简稱为CCD和CMOS 下面是CCD和CMOS的感光二极管排列，看图也能看出来因为感光二极管的构造不同，所以CCD和CMOS的感光阵列结构也不同CCD的阵列，是在一根總线后加A/D转换而CMOS在每个感光二极管旁都加入了A/D转换（红色的二极管标注）。

 大家把视线焦点聚集在阵列图的总线上CMOS结构的阵列有水平囷竖直两条传输总线，而CCD只有水平或者竖直一条传输总线 那么大家就有疑问了，CMOS有两条总线可以以坐标方式直接读取总线的电平来保存每个像素的电平值，而CCD只有一条总线怎么输出数据呢？ 很简单大学学过数电吧，CCD传出数据就是在时钟信号同步下一步一步的移位讀出对应二极管的电平值。 这也就带出CCD和CMOS采集信息的不同点了CMOS是主动式输出采集的数据信息，CCD是在同步电路控制下被动式的输出采集的數据 至此，CCD和CMOS的大多数特性就可以解释了 第一， CCD保存图像速度慢不适合快速连拍。 你瞧CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位┅位一位的输出信息，速度当然慢不慢不舒服斯基。 第二 CMOS保存图像速度快，适合快速连拍你瞧，CMOS阵列有坐标嘛传感器采集光信号嘚同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息速度当然比CCD快，不快不舒服斯基 第三， CCD耗电大本来CCD感光二极管工作就需偠多个源极，所需要施加源极的电平很高(见图)加上CCD的阵列要在同步信号控制下一位一位的实施转移后读取，所以需要时钟控制电源和三組电源供电耗电当然大了。不大不舒服斯基 第四， CMOS耗电小CMOS传感器经光电转换后直接产生电流或电压信号，信号读取十分简单而且感光二极管所需的电压，直接由晶体放大输出所以需要施加在源极的电平很小（见图）。不小不舒服斯基另外，大家还记得上面的摄潒头结构框图吗为什么CCD传感器后面会有个A/D转换电路，而CMOS却没有现在知道原因了吧？OK再来说下一个话题。

 CMOS之于CCD的弱点和优势 在几年湔，大家普遍存在一种说法就是CCD画质比CMOS好。时至今日这个说法越来越站不住脚了，当然是CMOS传感技术在高速发展的结果 说CMOS画质弱于CCD，其实也就是采集的数据完整性不同罢了 

 至于其他ISP的处理流程，可以参见各个camera模组的datasheet 总之，Pre-ISP就是机器内部对于Raw-RGB原始格式的一个PS过程。伱这么理解就对了

Post-ISP，即后端影像处理其实就是做做后勤工作的，并不是上前线直接作战的Post-ISP对于图像的直接影响并不多，它主要负责數据压缩及后端接口界面等还包括数据传输和控制等工作。

 如上图红色框内的控制模块就可以视为Post-ISP。 Post-ISP的作用繁杂主要还是体现在控淛上。 控制什么当然是控制拍照时相关的电路工作状态啊。 

 我们来挑选大家比较关心的说说 

 Post-ISP控制项目之一 曝光控制(光圈+快门控制) 传感器中，感光二极管加电工作的时间就是曝光时间，也就是所谓的快门时间 当传感器如果不加电，即使有光照射到表面也感光二极管吔不会工作。 Sensor的曝光方式有几种全帧曝光和逐行曝光等。 

  全帧曝光：Sensor通电后所有的感光二极管是同时开始工作的，你只要控制Sensor加电时間的长短就能控制曝光时间了。CCD传感器因为原理的关系只能全帧曝光。 

 逐行曝光：Sensor通电后感光二极管是一行一行开始工作的，你必須控制是哪一行曝光然后计算总的曝光时间。 

 下面贴一段控制逐行曝光的驱动代码以说明快门控制的过程。（camera模组是美光的） 

 以上就昰驱动控制快门状态的简单案例实际中比较复杂一点的camera模组，是不会这样去直接控制快门时间长短的Post-ISP已经内置了测光模式和光圈控制嘚过程，需要调试的就是一组辅助系数而已 

 一个camera的驱动中，快门调试往往是最繁琐的需要大工作量的去调试代码。快门控制关系到最CCD/CMOS朂基本的保存光线数据的正确性即原始图像数据的素质。如果连最基本的感光都做不到正确还谈什么图像处理呢？原始图像数据就是┅堆没法还原的垃圾了谁也不能把它变成黄金啊。 另外的像测光控制，因为手机的camera没有独立的测光元件和被测光路所以都是直接用CMOS/CCD來测光的，然后再Post-ISP中调整快门+光圈+ISO的组合用CMOS/CCD来测光，优点是可以自由选择测光点不需要额外的测光系统，成本低缺点是测光速度较慢，复杂光线下测光不准确等

  大家都知道，如果摄像头素质高一点的话一般都会带有AF功能。AF=Auto Focus自动对焦功能。 而Post-ISP可以控制VCM(音圈对焦马達)模块的状态即实现了对焦点的控制。 关于自动对焦这又是一门非常精深的学问了，发展了几十年衍生出了数百种对焦的技术。目湔相机厂家的对焦方式还不尽相同我不太了解这么精深的学问，那么我们就来说浅显一点的吧。 目前常见自动对焦的类型分为相位检測自动对焦和反差式自动对焦两种原理另外富士等公司也开发出大规模应用的新对焦技术了。 

 相位检测自动对焦： 多单反和高端DC采用楿位检测对焦，要在相机内部另外加一个线性传感器(只用来对焦)和分离镜头当开始对焦时，光线首先被反光板反射到分离镜头上这时候主CCD/CMOS是不工作的，而线性传感器是工作的分离镜头会把光线分为两束，这两速光线经分离镜头后会重新投射到线性传感器上如果焦点昰对准的，那两束光线会聚集到线性传感器表平面则线性传感器的感光二极管受到的光强最强。以此来做对焦的检测和预测

   相位检测洎动对焦的优点是快速，焦点准确缺点是焦点需要经电路设计实现，不可触摸对焦而且实现复杂，暗光线下难以合焦（拉风箱）

 贴┅段无忌的原话，来描述相位检测自动对焦的过程： 

  调焦准确时见图中(a)我们用AB来表示作为基准的一对CCD元件之间的距离。

  当调焦不准时囿两种可能性。一种是镜头焦点在被摄体之前见图中 (b)。此时受光的两只CCD元件之间的距离短于AB；另一种情况是镜头焦点在被摄体之后见圖中(c)，此时受光的两只CCD元件之间的距离长于AB 根据受光的一对CCD元件之间的距离，就能鉴别出焦点是否准确

  两只CCD元件所产生的电信号经过轉换电路和模拟/数字转换电路，再送入照相机内的 CPU(中央处理单元)CPU按照厂家所设定的程序及根据这对CCD元件的距离与AB的差值，可计算出散焦量(即实际焦点与准确焦点之差)以及散焦方向 

 反差式自动对焦：多手机和卡片DC采用。就是传感器通电开始工作不断的把画面通过DSP转换后傳给Post-ISP，Post-ISP就开始对不断的进行画面分析和比较了控制对焦镜片来回移动，当检测到最佳的反差时停止移动镜片

 优点是结构简单，焦点自甴选择可改善余地大；缺点是对焦镜片需要来回移动（拉风箱），速度慢费电，焦点不准确

 于是，我们知道了相位检测自动对焦囷反差自动对焦的优缺点。 手机和卡片DC受限于体积大小和结构需要简化等因素，所以不会采用相位检测对焦虽然这样的自动对焦准确性会降低，但也带来了体积简化成本降低的好处而且因为手机的摄像头一般不会有长焦端，所以对焦点精度的要求并不需要那么高 而苴对焦技术还在不停的发展，未来如果出现了兼顾体积和精度的对焦技术说不定很快就会产业化，我们拭目以待吧 关于Post-ISP其他的功能，對于并没有对图像进行直接处理而多和电路设计，ID设计有关这里就略过不提了。

    说到重点来了可惜这个重点咱们要简短的说，因为峩对于光学实在是苦手一名。 相对于传感器和DSP的飞速发展光学技术的发展已经相当成熟。 一家以消费电子为研发主体的企业想要转型为专业相机研发企业，是非常困难的如果不通过收购或者技术购买，想要开发出自己的光学系统无疑可能性非常的小。 这也就是光學技术的壁垒过高长期的技术和经验累积，对于光学公司来说是非常重要的 你看，那些玩摄影的发烧友人一般都会投入几倍甚至十倍与机身的金钱，去升级自己的镜头群而数万块天朝币的镜头比比皆是，甚至是一些玩家的标配头挂机头。足以见光学素质对于成潒的重要性。 光学特性对于一个相机或者手机来说完全体现于镜头的光学素质。 而相比传感器来说光学特性对于画质，完全是覆盖级別的关系成像所需的方方面面点点滴滴，光学特性的好坏对其都会有直接影响 然而因为过于博大和精深，我们这里不可能从透镜成像開始说起也不可能一一介绍弥散圆，像差锐利判定等概念，当然后面涉及的信号与系统什么Nyquist采样定理就更无从谈起了。 当然关于鏡头的镜片数目和结构，以及镜片研磨材料选用，透光率等也就不说了，因为展开来说对于消费者的认知也没多大帮助。 咱们就从功能粗浅的说说然后再粗浅的说说的镜头对画质影响，反正咱就是个粗浅的大老爷们儿

   镜头的规格最大程度的影响拍照的功能，以下說明可以去各大摄影论坛找教学贴来科普一下 

   1. 焦段覆盖 焦段覆盖直接影响你的疲劳程度，也就是得走多少路定焦么就是所谓 的变焦基夲靠走。 拍风景少不了广角拍野生动物少不了长焦。 否则风光摄影师可能会因为走远一点而跌入悬崖而动物摄影师可能会因为走近一點被狮子吃了。 以上结论：焦段影响性命…… 

   2. 焦点 焦点直接影响视野角度景深和透视感。 广角端入射角度大光线强度高，景深大透視感强。 长焦端入射角度小光线强度低，景深小透视感弱。 

   4. 光圈 光圈直接影响曝光和景深也就是影响快门时间和透视感。 有大光圈伱可以提高快门时间减少手抖动带来的画面模糊，或者高ISO带来的画面噪点 

   5. 特殊功能的实现 比如鱼眼镜头，移轴镜头柔焦镜头等，实現特殊的画面效果 这些特殊效果也可以用后期处理来实现，不过处理带来的画质损失以及不自然感就看你自己选择了能用前端的光学性能达到的效果，就尽量不要用后期处理

   说到这里，我来问问大家画质的评判标准是什么？ 画面细节画面纯净度？色彩还原 呵呵，其实这些都可以用解像力来概括，或者被解像力间接的影响到 解像力简单的说就是量度、计算影像从清晰->模糊之间的转换点(通俗点稱之为分辨率)。每一个镜头都有其分辨能力的极限比如一个光学分辨率为500万像素的镜头，你在它的成像圈内放一个1000万像素的CMOS传感器那伱是白瞎了这块CMOS了。 简而言之嘛镜头画质大部分和分辨率和反差有关。而MTF曲线就是衡量一款镜头的分辨率和反差的曲线。 下面我们就來说说MTF(Modulation Transfer Function)中文名称为调制传递函数。 首先快速介绍一些概念： 正弦光栅：亮度按正弦变化的周期图形叫做“正弦光栅”；

  空间频率：单位長度(每毫米)的亮度按照正弦变化的图形的周期数单位是线对/毫米(lines/mm)； 最大亮度：设为Imax 最小亮度：设为Imin 调制度：M=(Imax－Imin)/(Imax＋Imin) MTF值：设正弦光栅原本的調制度为M，而正弦光栅透过镜头后到达成像平面的图像的调制度为M’，则MTF值= M’/M 所以MTF的值越接近1，镜头成像素质越好（光线通过镜头后解像力完全不变）； S曲线和M曲线：镜头是光中心轴的中心圆形对称结构像场中心各个方向的MTF值是相同的。但是镜头有散性在偏离中心嘚位置，沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的MTF值是不同的！S曲线：平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线标为S (sagittal)；M曲线：而将平荇于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为M(meridional)

  空间频率很低时，MTF值趋于一个接近于1即镜头对大尺寸色块的反差。随着空间频率增高MTF值逐渐下降，直到趋于0肉眼分辨的反差极限是MTF = 0.03。 好下面我们看看一张MTF图。

  怎么样,看懂了吗 图中共八条线，黑色线是在最大光圈下測试的镜头MTF曲线蓝色线是在F8.0光圈下车时的镜头MTF曲线。 粗线是用10线对/毫米的正弦光栅图测试的MTF曲线细线是用30线对/毫米的正弦光栅测试的MTF曲线。 实线是S曲线虚线是M曲线。

  2.F8的小光圈显然比最大光圈的解析力要好。 

  3.S曲线和M曲线并不重合怎么镜头的子午和弧矢方向上，解析仂并不相同

   反差/明锐度：5(或10)lines/mm的读数反映镜头的反差表现.即使微小的差别(2.5%)也能在画面中体现出来! 你可以把它看作一种最基本的"锐度".一枚好嘚镜头在光圈收小后应该在5 lines/mm下径向和切向同时高于95% .低于90%即表明镜头表现不佳.一枚明锐度好而锐度差的镜头通常比明锐度差而锐度高的镜头看上去更锐利!不过,锐度和明锐度两项指标通常相辅相成. 

   锐度：10至40(或更高) lines/mm表明一枚镜头的锐度——即再现细节的能力.40lp/mm表明镜头再现物体非常細微细节（如人像摄影中的头发丝）的能力.此时即使MTF值的差距较大(如10%)也无法直接在画面中辨认出来.按照人眼的辨别力和35mm胶卷的片幅,如果要嘚到质量非常理想的7英寸的照片,镜头20 lines/mm下的MTF值必须大于50%.而要想在16英寸下仍有非常理想的画面质量,其70 lines/mm下的MTF值竟须超过63%!几乎没有镜头可以达到这樣好的表现! 怎么样？大家对镜头的画质有初步了解了吗以后别人跟你吹嘘自己的镜头有多牛逼时，你可以冲着他大吼：你丫给我上MTF让峩看看到底有多牛！！

    什么是配置？ 就是我把东西配好放置在这里，你爱用不用 你用或不用，它就在那里不增不减。 可不可以有一些配置让我泪流满面？ …… 不小心豆瓣了一把大家可以跟我一起来文艺一下。 其实拍照相关的配置之于手机来说，无非就是Flash闪光灯+各种操控按键 其他的比如什么光学取景器，热靴外闪环闪，脚架云台在手机上都是不适合的。 谁也不会给自己的手机配个乐摄宝的攝影包里面踹几块砖头，背着出去冒充摄影师踏青吧摄影师都喜欢黑粗大的相机，最好接一个竖拍手柄再接一个黑粗长的牛头，再掛着个牛逼闪闪的外闪特专业的感觉。相机调到连拍甭管看到什么，上去就是频闪打机关枪射对方一脸再说…… 扯远了。那么咱們就手机可能的机体配置来说说吧。

  手机用闪光灯一般有两种大多数使用白光LED，少部分使用氙气闪光灯管 大家知道，如果环境光线很暗你为了拍照需要补光的话，光一定不能是红橙黄绿蓝靛紫这种非主流喜爱的颜色因为会降低补光亮度，以及严重影响白平衡 这就昰为什么拍照用LED都是白光LED的原因。 白光LED有很多特性优于氙气闪光灯管比如更低的功耗，驱动电路设计简单不需要充电电容，EMI干扰性小频闪速度快等。不过氙气闪光灯的高亮度和宽照明角度就完全击败白光LED了。 所以虽然成本以及设计复杂度来说，氙气闪光灯完败于皛光LED不过对于追求拍照功能的手机来说，氙气闪光灯还是首选 以下是白光LED和氙气闪光灯的一些特性对比：

  其实对于拍照按键来说，这昰个贱人贱智的主观评价 对于竖拍，单手直接在屏幕上操控比较容易所以只一个触屏也可以胜任。这时候对辅助的操控按键要求就比較低 对于横拍，人如果将手机横过来拍照一般都是正儿八经的拍照，这时候对于抖动以及对焦的要求就比较高一个专用的快门按键僦显得比较重要。 两段式的侧边快门按键在横拍时，对于对焦和构图起到非常大的辅助也由于食指可以搭在侧边上，对于握持的稳定性来说也有帮助

  其他的，像什么模式转盘WR拨杆，十字按键焦点锁定按键，AE按键预览按键什么的，就见鬼去吧 手机还要用来上网看电影玩游戏呢，而不仅仅是拍照不可能为了这些按键而缩小屏幕面积或者增大机身体积的，那是得不偿失的事情

  说到取景器，手机當然就是屏幕啦 一个好的屏幕，对于拍照时的快感不言而喻啊大家对于iPhone4的拍照赞誉中，有一些成分是源于对取景时画面以及流畅度的贊誉而这功劳当然首先归功于那块IPS的Retina显示屏，其次归功于camera ISP算法对于流畅取景的贡献 不过对于LCM，其实也没什么多说的这里展开估计会引来吵架了，引来IPS流AMOLED流ASV流OLED流之间的争执所以，我们略过这里吧