AndroidCamera学习笔记一 硬件

题记

近几年来手机厂商对于相机的追求从摄像头的数量上就可见一斑，今年是我大学的第四个年头(双非院校)，普通院校的应届生，不够扎实的基本功，不过有幸拿到了某国产手机厂商的影像实习资格。负责的是AndroidCamera的部分，工作集中在cameraHAL框架部分，在公司的实习生培养计划中大部分时间是被安排为对相关知识的学习。只了解AndroidCamera的HAL部分是远远不够的，所以学习覆盖的面就比较广了(软硬件都有涉及)，这里就记录下学习的过程吧，重点当然是放在了AndroidCamera的HAL部分，国产厂商的芯片大多采用qcom，所以这里的学习也只是对qcom的camx框架及chi的学习。

硬件部分

硬件就是包括相机镜头及传感器和芯片等部件组成

1. 镜头： 镜头是将拍摄景物在传感器上成像的器件，它通常由由几片透镜组成，中间间隔遮光麦拉片。从材质上看，摄像头的镜头可分为塑胶透镜和玻璃透镜；
2. 传感器： 传感器是一种用来接收通过镜头的光线，并且将这些光信号转换成为电信号的装置。摄像头传感器主要有两种，一种是CCD传感器，一种是CMOS传感器。；
3. ISP、DSP： ISP和DSP的功能是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号进行优化处理，最后把处理后的信号传到显示器上。；
4. 闪光灯、滤光片等其他部件： 闪光灯、滤光片、固定器及PCB板等非主要组件；

镜头

镜头决定了sensor的采光率,其整体效果相对于一个凸透镜,一般camera的镜头结构是有几片透镜组成，分有塑胶透镜（PLASTIC)和玻璃透镜(GLASS)，通常CAMERA用的镜头结构有：1P,2P,1G1P,1G3P,2G2P,4G等。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶透镜贵，但是玻璃透镜的成像效果比塑胶透镜的成像效果要好。目前市场上针对mobile phone配置的camera以1G3P（1片玻璃透镜和3片塑胶透镜组成）为主，目的是降低成本。
CCM分为定焦模组和自动变焦模组：
定焦摄像模组：镜头位置与传感器的相对距离固定
自动变焦作用：微距移动LENS,形成焦距变化,达到对焦目的
工作原理:线圈通电后产生力(弗莱明左手定律),力牵引弹片运动(虎克定律)

传感器

CCM的核心模块，记录影像的载体。目前广泛使用的有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。二者在光检测方面都是基于硅的光电效应。CMOS为手机摄像头最常用的传感器。

ISP、DSP

SP就是图像信号处理单元芯片,英文名为Image Signal Processing,可以称作为相机的大脑,它分为独立与集成两种形式,负责信号的实时导出,以及照相录像时的曝光、白平衡、防抖运算,以iPhone 7为例,从按下快门到成片仅仅25毫秒的时间里,手机要进行多达1000亿次的运算,基本上都是这颗ISP的功劳。ISP芯片能够在很大程度上决定手机相机最终的成像质量。ISP芯片对传感器输入的电流信号进行处理后，首先会生成未经加工的原始图像，而软件算法就好比对原始图像在内部进行了一番“PS”，优化图像的色彩、色调、对比度、噪点等，最后生成我们所看到的jpg格式图片。每部手机的软件算法不同，最终的成像效果和风格也是不一样的
Digital Signal Processing(DSP,数字信号处理器),靠它来执行HDR视频、HDR图像合并、低光图像增强、降噪等图像处理工作,可以在提高效率的同时降低能耗。保证了CPU低负载高性能的处理能力。

闪光灯、滤光片等其他部件

闪光灯：闪光灯是增加相机曝光量的方式之一，在暗光环境下会打亮周围景物，从而弥补光线不足，提升画面亮度。另外，在光线复杂的环境下，利用闪光灯可以去除杂光，使照片的色彩还原更为真实。手机上面的闪光灯,主要分为氙气灯与LED灯两种,因为LED闪光灯的功耗较低,且体积较少符合手机变薄的趋势,目前基本都采用的是LED灯双色闪光灯能根据环境的需要调节两灯发光的强度,以达到更为接近自然的效果,做到了强度比单闪光灯强,色温比普通双闪光灯更为准确,总体来讲有着较好的实用性。
分色滤光片：目前分色滤色片有两种分色方法：RGB原色分色法，就是三原色分色法，几乎所有的人类眼睛可以识别的颜色都可以通过R.G.B来组成，RGB就是通过这三个通道的颜色调节而成。CMYK补色分色法，由四个通道的颜色配合而成，分别是青（C）、洋红（M）、黄（Y）、黑（K），但是调节出来的颜色不如RGB的颜色多。
PCB板：摄像头中用到的印刷电路板，分为硬板、软板、软硬结合板三种

摄像头重要参数

分辨率、像素

分辨率是决定图像清晰度的一个重要指标，通常会认为相机像素越高，拍的照片就越清晰，实际上。相机的像素唯一能决定的是其所拍图片的分辨率，而图片的分辨率越高，只代表了图片的尺寸越大，并不能说明图片越清晰。但是当在有限的屏幕上显示时尺寸会等比例缩小，所以分辨率越高就越显得清晰。

光圈数

光圈是安装在镜头上控制通过镜头到达传感器的光线多少的装置，除了控制通光量，光圈还具有控制景深的功能，光圈越大，景深越小，平时在拍人像时背景朦胧效果就是小景深的一种体现。数值越小，光圈越大，进光量越多，画面比较亮，焦平面越窄，主体背景虚化越大；数值越大，光圈越小，进光量越少，画面比较暗，焦平面越宽，主体前后越清晰。

景深

景深指的是在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。光圈、镜头、及焦平面到拍摄物的距离是影响景深的重要因素。
光圈、镜头、及拍摄物的距离是影响景深的重要因素：
1、光圈越大（光圈值f越小）景深越浅，光圈越小（光圈值f越大）景深越深。
2、镜头焦距越长景深越浅、反之景深越深。
3、主体越近，景深越浅，主体越远，景深越深。

焦距

焦距指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离，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。简单的说焦距是焦点到面镜的中心点之间的距离。镜头的焦距决定了该镜头拍摄的被摄物体在成像平面上所形成影像的大小。假设以相同的距离面对同一被摄体进行拍摄，那么镜头的焦距越长，则被摄体在胶片或影像传感器上所形成的影像的放大倍率就越大。

硬件成像流程

总结

至此硬件部分就结束了，因为重点在于Android底层的实现，所以在硬件部分不做太多赘述，部件功能仅做了解，重点是这些参数的设置，这在后面的摄像头调教中是尤为重要的。手机的成像质量及评价摄像头好坏一部分取决于硬件性能本身，很大一部分在于厂商对于硬件的调教，这就是不同品牌使用同一型号传感器和镜头却成像效果不一样的原因。