在可拍照手機(jī)中每個(gè)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(gè)可拍照手機(jī)內(nèi)的CMOS傳感器生成一個(gè)優(yōu)異圖像所面臨的各種挑戰(zhàn)。 UVLS?1ra  
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圖1：一個(gè)數(shù)碼相機(jī)的機(jī)械示意圖，其光學(xué)系統(tǒng)和一個(gè)常規(guī)膠片相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)基本一致。[img][/img] ?glx8@  
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圖像的生成 |1 qrU(  
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在一個(gè)膠片相機(jī)中，通過一個(gè)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(gè)帶有多元件鏡頭和鏡頭筒的光學(xué)系統(tǒng)，不過此時(shí)這些光是照射在一個(gè)傳感器行列陣上，該傳感器陣由幾百萬個(gè)微小圖像元素即像素組成。圖1是一個(gè)數(shù)碼相機(jī)的機(jī)械示意圖。 `qd5+~c  

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當(dāng)光照射到該像素陣列上，穿過一個(gè)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(gè)像素上生成一個(gè)模擬信號(hào)，它再經(jīng)過一個(gè)ADC被變換成一個(gè)數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)隨后穿過一個(gè)被稱為圖像管道(即I-Pipe)的部件，該部件由一系列使信號(hào)看起來像一幅真實(shí)照片的電子濾波器構(gòu)成。 yj'lHC  
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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(gè)存儲(chǔ)媒介的容量小且精確的壓縮圖像。 `K0.6i [p  
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對(duì)光進(jìn)行預(yù)處理 KXx;~HtO  
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一個(gè)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(duì)色彩的完整度進(jìn)行優(yōu)化。如果不以這種方式截?cái)嗉t外光，它就可能引起模糊并降低鏡頭所拍圖像的清晰度。 h*KDZ+{)  
圖2：人眼對(duì)綠色的敏感度是對(duì)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。 )CoFRqz<h  
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一個(gè)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。 r9(c<E?,h  
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色彩濾波器陣列——Bayer濾波器 V6ECL6n  
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光電二極管對(duì)亮度很敏感但對(duì)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(duì)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(gè)色彩濾波器陣列可用來確保每個(gè)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。 ~7j-OWz9  
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有多種不同的模式可用于色彩濾波器陣列。基于人眼感覺顏色的方式，以及人眼對(duì)綠色的敏感度是對(duì)紅色和藍(lán)色敏感度的兩倍這個(gè)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(gè)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(gè)特定像素上的光亮度。 9`/ywt3Y  
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去馬賽克效應(yīng)和白色平衡 $=>:pQbBVX  
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當(dāng)該色彩濾波器陣列生成一個(gè)圖像時(shí)，四個(gè)獨(dú)立的像素決定一個(gè)單一像素的顏色。這形成一個(gè)看起來不像真實(shí)圖像的分離色彩馬賽克圖。除非通過一種去馬賽克效應(yīng)的算法，利用目標(biāo)像素最靠近的若干像素顏色值的平均來接近目標(biāo)像素的真正顏色。 Dz.kJ_"Ro  
圖3：一個(gè)微鏡頭用于把進(jìn)入像素的光線盡可能折射到垂直方向上。較高端的傳感器采用一個(gè)輔助的微鏡頭把這個(gè)光再次彎曲，進(jìn)一步下移像素，從而把竄入鄰近像素并引起竄擾噪聲的幾率降到最低。 _{^F8  
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