Πληθώρα γνώσεων για τα βασικά σημεία γνώσης της κάμερας (1)

1Εισαγωγή
Το στρώμα υλικού της κάμερας, ως το κατώτατο στρώμα ολόκληρου του πλαισίου, λαμβάνει τα πραγματικά φως και σκιά από τον αντικειμενικό κόσμο μέσω της μονάδας υλικού,τα μετατρέπει σε ψηφιακά σήματα γνωστά στον υπολογιστήΕξαιρετικά δεδομένα εικόνας, ολόκληρο το τμήμα είναι περίπλοκο και αποτελεσματικό.Μπορεί να ειπωθεί ότι μια εξαιρετική βάση υλικού είναι σαν το θεμέλιο για ολόκληρο το πλαίσιο της κάμερας.Έχοντας ένα καλό θεμέλιο είναι δυνατόν να χτιστεί ένας ουρανοξύστης.Σε συνέχεια, ας μπούμε σε λεπτομέρειες.Ας εισαγάγουμε τη βασική κατάσταση κάθε στοιχείου σε αυτό το μέρος.

2Βασική δομή υλικού
Τα σύγχρονα συστήματα υλικού των φωτογραφικών μηχανών είναι περίπλοκα, αλλά αν μελετήσετε προσεκτικά, θα διαπιστώσετε ότι τα βασικά συστατικά δεν είναι στην πραγματικότητα τίποτε περισσότερο από τον φακό, τον φωτοαποδέκτη και τον επεξεργαστή εικόνας.Ο φακός χρησιμοποιείται για την εστίαση του φωτός, και η φωτοευαίσθητη συσκευή χρησιμοποιείται για φωτοηλεκτρική μετατροπή. Στη συνέχεια, θα αρχίσουμε να εξερευνούμε τον κόσμο των συστημάτων φωτογραφικών μηχανών με αυτά τα τρία στοιχεία.

1Λινκς
Μετακινήστε την καρέκλα του χρόνου μπροστά και ας επιστρέψουμε στις αντίστοιχες ημέρες του δημοτικού μας σχολείου.Η αποστολή ήταν να φτιάξουμε ένα απλό μοντέλο απεικόνισης μικρών τρυπώνΑυτό το απλό μοντέλο ήταν το πιο γνωστό για μένα, το πρωτότυπο και απλούστερο σύστημα απεικόνισης, αλλά αυτό είναι ένα ερώτημα που είχα πάντα, γιατί η εικόνα είναι τόσο θολή.Αυτό το ερώτημα λύθηκε μόλις ήρθα σε επαφή με μια πραγματική κάμερα.Αποδεικνύεται ότι τα πάντα προκαλούνται από το φως.

Σύμφωνα με την αρχή της απεικόνισης μικρών τρυπών, το ένα άκρο της μικρής τρύπας είναι η πηγή φωτός, και το άλλο άκρο είναι το επίπεδο απεικόνισης.Το φως περνά μέσα από τη μικρή τρύπα και είναι συμβάν στο αεροπλάνοΑμέτρητες ακτίνες φωτός εισέρχονται σε αυτό το επίπεδο, σχηματίζοντας μια εικόνα της φωτεινής πηγής. , δηλαδή, το φως εξαπλώνεται γύρω σύμφωνα με τη διασταυρούμενη πορεία.Μια συγκεκριμένη δέσμη φωτός που εκπέμπεται από ένα συγκεκριμένο σημείο της φωτεινής πηγής θα φτάσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο του επιπέδου απεικόνισης μετά την διέλευση από τη μικρή τρύπαΜια άλλη δέσμη φωτός εκπέμπεται από το σημείο, σχηματίζοντας έτσι παρεμβολές φωτός.που με τη σειρά του επηρεάζει την τελική εικόναΈτσι, για να βελτιωθεί αυτό το πρόβλημα, εφευρέθηκε ο φακός.Ο βασικός του σκοπός είναι να λύσει το πρόβλημα της αμοιβαίας παρεμβολής του φωτόςΗ αρχή του είναι να χρησιμοποιεί την αρχή διάθλασης του κυκλικού φακού για να εκτρέψει το φως από το ίδιο σημείο. Το σημείο επανασύγκλισης εδώ είναι το σημείο εικόνας της πηγής φωτός πίσω από τον φακό.Καθώς η πηγή φωτός συνεχίζει να αλλάζειΤο σημείο που συγκλίνει τότε ονομάζεται εστίαση του φακού, και το σημείο που συγκλίνει είναι το σημείο που το φως περνά από την απεριόριστη απόσταση.και η απόσταση από το επίκεντρο στο κέντρο του φακού ονομάζεται εστιακή απόστασηΜόλις γίνει ο φακός, καθορίζεται η εστιακή απόσταση.

2- Κλειδί διαφάνειας.
Για έναν τελικό φακό, η διάμετρος του φακού δεν μπορεί να ρυθμιστεί κατά βούληση, οπότε προστίθεται ένα στοιχείο που ονομάζεται διάφραγμα.Αυτό το στοιχείο χρησιμοποιεί γενικά ένα κανονικό πολύγωνο ή κυκλικό τρύπα σε σχήμα πλέγμαΟ φακός ελέγχεται ρυθμίζοντας το μέγεθος ανοίγματος και κλεισίματος του πλέγματος.δεν αρκεί να βασίζεται μόνο στο διάφραγμα για τον έλεγχο της συνολικής ποσότητας φωτός που εισέρχεταιΤο αρχικό κλείστρο ρυθμίζεται ρυθμίζοντας το κάλυμμα μπροστά από τον φακό.Με την εξέλιξη των καιρών, το κλείστρο έχει τώρα παράγει πολλαπλές μεθόδους υλοποίησης, συμπεριλαμβανομένου του μηχανικού κλείστρου,που είναι μια δομή κλείστρου που χρησιμοποιεί μόνο ελατήρια ή άλλες μηχανικές δομές και δεν βασίζεται στο ηλεκτρικό ρεύμα για την οδήγηση και τον έλεγχο της ταχύτητας. Το ηλεκτρονικό κλείστρο είναι μια δομή κλείστρου χωρίς καθόλου μηχανική δομή.Έχει υψηλή ταχύτητα κλείστρου και γρήγορη συχνότητα λήψης της πρόσκρουσης, αλλά το μειονέκτημα είναι ότι είναι επιρρεπές να αναδείξει ανθοφορία.

Το διάφραγμα ελέγχει την στιγμιαία ποσότητα του φωτός που εισέρχεται, και το κλείστρο ελέγχει τον χρόνο έκθεσης.επιτυγχάνεται ο σκοπός του ελέγχου της ποσότητας φωτός που εισέρχεται, αναπαράγοντας με αυτόν τον τρόπο τα φαινόμενα φωτός και σκιάς της σκηνής και αποφεύγοντας την υπερεκθέτηση, γεγονός που βελτίωσε σημαντικά την συνολική ποιότητα της εικόνας.

3Ο κινητήρας εστίασης
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι εισερχόμενες ακτίνες φωτός συγκλίνουν σε μια κωνική διαδρομή αφού περάσουν από τον φακό σε ένα σημείο, το οποίο ονομάζεται σημείο εικόνας, και στη συνέχεια διαφέρουν σε κωνικό σχήμα.Όλες οι ακτίνες φωτός που εκπέμπονται από την ίδια απόσταση θα συγκλίνουν στις αντίστοιχες όταν το σημείο εικόνας είναι στο σημείο εικόναςΑυτό το επίπεδο είναι η σύγκλιση όλων των σημείων της εικόνας.Η εικόνα είναι καθαρή στο αεροπλάνο.Η ουσία της σημερινής εστίασης είναι να μετακινήσετε τον φακό έτσι ώστε το επίπεδο της εικόνας να συμπίπτει με το επίπεδο της φωτοευαίσθητης συσκευής, σχηματίζοντας έτσι μια καθαρή εικόνα στην φωτοευαίσθητη συσκευή.Σε γενικές γραμμές, η εστίαση μπορεί να επιτευχθεί μετακινώντας χειροκίνητα τον φακό, αλλά γενικότερα, επιτυγχάνεται με μια συσκευή που ονομάζεται κινητήρας εστίασης.Εκτός από τη χειροκίνητη ρύθμιση του φακού για να ολοκληρωθεί η λειτουργία εστίασηςΜε τη συνεχή εξέλιξη της τεχνολογίας, η μέθοδος αυτή είναι η αυτόματη μετακίνηση του φακού για να ολοκληρωθεί η λειτουργία εστίασης.Η σημερινή εστίαση έχει αναπτύξει μια αυτόματη στρατηγική εστίασης.Η βασική αρχή είναι η ρύθμιση του φακού προς τα εμπρός και προς τα πίσω ώστε το επίπεδο της εικόνας να συμπίπτει με το επίπεδο ευαισθησίας στο φως του φωτοαποδέκτη.δημιουργώντας έτσι σαφή εικόναΕπιπλέον, για τα πιο περίπλοκα συστήματα φωτογραφικών μηχανών, προκειμένου να επιτευχθεί καλύτερη ποιότητα εικόνας, χρησιμοποιούνται γενικά συνδυασμοί πολλαπλών φακών για να επιτευχθεί αυτό.μπορεί να εξαλειφθεί η χρωματική απόκλιση, και δεύτερον, η απόσταση μεταξύ των φακών μπορεί να ρυθμιστεί μέσω του κινητήρα για να τροποποιήσει δυναμικά ολόκληρο το εστιακό μήκος της ομάδας φακών μπορεί να ανταποκριθεί στις ανάγκες απεικόνισης πιο περίπλοκων σκηνών.

δ) Φωτοαποδέκτης (αισθητήρας)
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η λειτουργία του φακού είναι να συγκεντρώνει το φως για να σχηματίσει ένα επίπεδο εικόνας, αλλά πώς να μετατρέψει αυτό το λεγόμενο επίπεδο εικόνας σε πληροφορίες εικόνας γνωστές στους υπολογιστές;Αυτό απαιτεί τη χρήση του φωτοαντικειπτήρα εδώΟ φωτοαντικειπτήρας δεν είναι μια ιδιόκτητη εφεύρεση της σύγχρονης κοινωνίας.Ένας Γάλλος ονόματι Νίπσε χρησιμοποίησε άσφαλτο για να προσθέσει λάδι λεβάντας.Χρησιμοποιώντας μια πλάκα από κράμα μολύβδου σαν βάση για την ταινία, τράβηξε τη σκηνή έξω από το παράθυρο που έβλεπε από τον επάνω όροφο του σπιτιού του, μια φωτογραφία που ονομάζεται "Κηψιά περιστεριών",Και η άσφαλτος εδώ αναμεμειγμένη με λάδι λεβάντας είναι ένα απλό φωτοευαίσθητο υλικόΤο 1888, η αμερικανική εταιρεία Kodak παρήγαγε ένα νέο είδος φωτοευαίσθητου υλικού, μαλακό και ανασυσκευάσιμο φιλμ.που ήταν ένα ποιοτικό άλμα στα φωτοευαίσθητα υλικά. Το 1969 στο Bell Labs, εφευρέθηκε η ψηφιακή φωτοευαίσθητη συσκευή CCD, ωθώντας όλη την φωτοευαίσθητη τεχνολογία στην ψηφιακή εποχή.που διευκόλυνε τη μαζική παραγωγή σε μεγάλη κλίμακαΗ τεχνολογία CMOS συνεχίζει να αναπτύσσεται, αλλά η τεχνολογία CMOS είναι ακόμα πιο σημαντική.έχει σταδιακά αντικαταστήσει το CCD με τα προφανή πλεονεκτήματά του και έχει γίνει η κύρια φωτοευαίσθητη συσκευή στα συστήματα φωτογραφικών μηχανών.

4. Φίλτρο υπέρυθρων
Λόγω των χαρακτηριστικών του φωτοευαίσθητου υλικού, θα αισθάνεται το φως στο εύρος μήκους κύματος του ορατού φωτός, όπως μέρος του υπέρυθρου φωτός.Αφού αυτό το μέρος του υπέρυθρου φωτός είναι αόρατο, δεν είναι πρακτικά χρήσιμο για εμάς (φυσικά, αυτό δεν είναι απόλυτο, σε ορισμένες περιπτώσεις είναι απαραίτητο να συλλέξουν πληροφορίες υπέρυθρου φωτός (όπως κάμερες νυχτερινής όρασης),και μπορεί να παρεμβαίνει στην επακόλουθη επεξεργασία του ISP, έτσι είναι συχνά απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί φίλτρο για να φιλτράρει το υπέρυθρο φως, να αποφευχθεί η παρεμβολή του υπέρυθρου φωτός και να διορθωθεί το εισερχόμενο φως.Τα φίλτρα χωρίζονται γενικά σε τύπου παρεμβολής IR/AR-CUT (που καλύπτονται από τσιπ φίλτρου χαμηλής διέλευσης), χρησιμοποιώντας την αρχή της καταστροφικής ικανότητας παρεμβολής) και το γυαλί τύπου απορρόφησης (χρησιμοποιώντας την αρχή της φασματικής απορρόφησης).

5Φλας.
Για ορισμένες ειδικές σκηνές, όπως οι ανάγκες λήψης σε σκοτεινά φωτεινά περιβάλλοντα, λόγω της έλλειψης του ίδιου του φωτός, δεν μπορούν να ολοκληρωθούν επαρκείς εργασίες φωτοευαισθησίας.για να αποκτήσουν τις κανονικές ανάγκες πυροβολισμούΓια τα κινητά τηλέφωνα, χωρίζονται κυρίως σε δύο τύπους:λαμπτήρες ξενόνου και λαμπτήρες LEDΔεδομένου ότι τα φλας LED έχουν τα πλεονεκτήματα της χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας και του μικρότερου μεγέθους, αποτελούν τη βασική επιλογή για τα φλας κινητών τηλεφώνων.Πολλά κινητά τηλέφωνα τώρα υιοθετούν μια στρατηγική διχρωματικού φλαςΤο διχρωματικό φλας μπορεί να ρυθμίσει την ένταση των δύο φωτισμών σύμφωνα με τις ανάγκες του περιβάλλοντος, το οποίο μπορεί να προσεγγίσει πιο στενά την επίδραση του φυσικού φωτός.Σε σύγκριση με ένα μόνο φλαςΗ ένταση βελτιώνεται και η θερμοκρασία χρώματος είναι επίσης υψηλότερη από εκείνη ενός συνηθισμένου διπλού φλας.

6Επεξεργαστής εικόνας (ISP)
Μόλις η φωτοευαίσθητη συσκευή ολοκληρώσει τη φωτοηλεκτρική μετατροπή, τα δεδομένα θα δοθούν στον επεξεργαστή εικόνας.Τι είναι ο θόρυβος του σκοτεινού ρεύματος;Για το CCD/CMOS, δεν χρησιμοποιούνται συνήθως όλες για την φωτοευαισθησία.Μερικά από αυτά αποκλείονται ειδικά και χρησιμοποιούνται για να συλλέγουν σκοτεινό ρεύμα όταν δεν υπάρχει φωτοευαισθησίαΜε αυτόν τον τρόπο εξαλείφεται ο θόρυβος που προκαλείται από το σκοτεινό ρεύμα.

Λόγω των διαφορετικών ιδιοτήτων του δείκτη διάθλασης του φακού, καθώς το οπτικό πεδίο αυξάνεται αργά, η στρεβλή δέσμη που μπορεί να περάσει από τον φακό μειώνεται σταδιακά,με αποτέλεσμα μεγαλύτερη φωτεινότητα στο κέντρο της εικόνας από ό, τι στην άκρηΑυτό το φαινόμενο συμβαίνει στην οπτική. Ονομάζεται βινιέτ στο σύστημα. Προφανώς, αυτή η διαφορά θα κάνει την εικόνα αφύσικη, οπότε ο ISP πρέπει να διορθώσει αυτή την απόκλιση στη συνέχεια.Ο αλγόριθμος διόρθωσης είναι η διόρθωση σκιάς φακούΗ συγκεκριμένη αρχή είναι να γίνει η φωτεινότητα ομοιόμορφη στη μέση της εικόνας.υπολογίζοντας έτσι τους συντελεστές αντιστάθμισης των τριών καναλιών RGB, και να διορθώσει την εικόνα με βάση αυτούς τους συντελεστές αντιστάθμισης.

Στη συνέχεια, δεδομένου ότι η φωτοευαίσθητη συσκευή χρησιμοποιεί τρία κύρια χρώματα κόκκινου, πράσινου και μπλε για να συλλέξει το φως, τα δεδομένα θα δείξουν γενικά ένα αποτέλεσμα διάταξης παρόμοιο με το ψηφιδωτό.Πρέπει να ολοκληρωθεί η επεξεργασία της απομόζαξης.Η βασική αρχή είναι ότι μέσω ενός αλγόριθμου παρεμβολής, η έλλειψη του χρώματος στο pixel μαντεύεται από τα κοντινά χρώματα.και το πραγματικό χρωματικό αποτέλεσμα κάθε pixel αποκαθίσταται, σχηματίζοντας έτσι δεδομένα εικόνας με αληθινό χρώμα, και η μορφή δεδομένων αυτή τη στιγμή είναι η μορφή δεδομένων RAW. , δηλαδή, τα πιο πρωτότυπα δεδομένα εικόνας.

Όταν ο φωτοαποδέκτης πραγματοποιεί φωτοηλεκτρική μετατροπή, κάθε σύνδεσμος θα παράγει μια ορισμένη απόκλιση, και αυτή η απόκλιση θα εκφραστεί τελικά με τη μορφή θορύβου.είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν ορισμένες επεξεργασίες μείωσης του θορύβου σε αυτές τις άσχετες πληροφορίες - θόρυβοςΣήμερα, χρησιμοποιούνται κυρίως αλγόριθμοι μη γραμμικής ανάλυσης, όπως διμερείς φίλτρα.αλλά και το βαθμό ομοιότητας μεταξύ των pixel λαμβάνεται υπόψη, διατηρώντας έτσι τη γενική διαίρεση μπλοκ της αρχικής εικόνας.

Μετά την περαιτέρω μείωση του θορύβου, ο ISP πρέπει να επεξεργαστεί την ισορροπία λευκού της εικόνας.η τιμή του στοιχείου RGB πρέπει να προσαρμόζεται σύμφωνα με μια ορισμένη αναλογία, έτσι ώστε στον φωτοεπικρατήρα, το λευκό να εμφανίζεται ακόμα λευκό. Η ισορροπία λευκού μπορεί να χρησιμοποιήσει χειροκίνητη ισορροπία λευκού, η οποία επιτυγχάνει τον σκοπό της ισορροπίας λευκού ρυθμίζοντας χειροκίνητα την αναλογική σχέση μεταξύ των τριών χρωματικών συστατικών.χρησιμοποιείται αυτόματη επεξεργασία ισορροπίας λευκούΕδώ, ο ISP είναι υπεύθυνος για την αποστολή της αυτόματης ισορροπίας λευκού.και στη συνέχεια το αποτέλεσμα απεικόνισης ρυθμίζεται.

Μετά την προσαρμογή της ισορροπίας λευκού της εικόνας, πρέπει να προσαρμόσετε περαιτέρω το λάθος χρώματος.κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συντονισμού, η εικόνα που συλλέγεται από τη μονάδα της κάμερας συγκρίνεται με την τυποποιημένη εικόνα.Ο ISP χρησιμοποιεί αυτή τη μήτρα για να εκτελέσει τη διόρθωση χρώματος εικόνας στην εικόνα που έχει συλληφθεί, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αποκατάστασης του πραγματικού χρώματος στη σκηνή του πυροβολισμού.

Το παραπάνω είναι ένας σύντομος κατάλογος αρκετών βασικών λειτουργιών του επεξεργαστή εικόνας.Μπορείτε να δείτε ότι ο επεξεργαστής εικόνας χρησιμοποιείται για να βελτιώσει το σύνολο της η εικόνα αποτέλεσμα του συστήματος κάμερας.