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CMOS成像原理彩色滤片和相机标定简介,华为的 RYYB 到底是什么东西?

发布日期:2019-05-07 14:02:15 | 编辑:互联网运营| 阅读次数:

本文MobileDeviceTalks(微博)

这次?[RYY乙?该设计是在手机上比较新,我更多的技术细节和它与光的关系,所以我忍不住写了一篇文章,开始讨论关于。要说清楚什么区别这个时候P30Pro RGGB与RYYB之前,我们需要了解CMOS的是如何工作的。

我们都知道,计算机无法处理模拟信号,数字信号只能处理这样的光影在现实世界中不能被计算机直接处理,因此记录数字图像,那么我们就必须把真正的改变通过数字图像传送到计算机可读写的格式。因此,我们需要一个东西,能够将光信号转换为电信号,这是CCD?而CMOS?原产地,由于成本和功耗等方面的原因,我们现在看到的数码相机和手机的CMOS,?展开具体原因太麻烦所以没有详细解释。

一切?CMOS?像素包括光电二极管(光电二极管),浮置扩散层(浮置扩散层),传输栅极电极?(传输门),放大了MOSFET,由于像素选择开关动作M0SFET。在?CMOS?曝光阶段,一个光电转换用光电二极管的完成,产生的信号电荷,在曝光后,传输栅电极被打开,转移到浮动扩散层中的信号电荷,由MOSFET栅极电极放大拾取,电荷信号转换为电压信号。所以这?CMOS?动作完成三个光电转换,电荷 - 电压转换,模拟 - 数字转换,通过该我们可以使光信号转换成电信号,以获得最终的数字信号由计算机读取,所以,我们已经记录的光的能力光与暗,但这还不够,因为我们需要的颜色。

现代彩色CMOS?原理很简单,提高滤色器阵列(CFA)直接在单色图像传感器的基础上,从而实现从彩色成像为黑色和白色。一个设计是非常公知的拜耳CFA(拜耳滤色器阵列)。一个非常有趣的事情是,我们用来记录光和影?CMOS,?我们用来显示光线和阴影的输出,其原理也恰好是相反的,CMOS?光分成最后记录在数字格式的电信号,再解码的数字电信号的显示格式从光转换。之间的光电转换将形成我们人类的数字图像的基础。好了,回到正题,为什么,?RGB?三种颜色?为什么?G?该比例高于?R?同?B?它?

这是因为该膜取决于两种类型的感光细胞:视锥细胞和视杆细胞,分别对应于人眼的明视觉和暗。锥体和三类:红色感光细胞,绿色,蓝色的感光细胞的感光细胞是明暗照明条件较不敏感的,仅当光强度达到一定条件,以便能够采取行动锥。视杆细胞对高光照敏感,场景要被成像,颜色不能感觉到照明条件下很暗。这也解释了为什么人们仍然能够看到物体在晚上,当他们不能有效区分的物体色现象具有三种视锥细胞,每一个对相关的颜色?RGB?最敏感的三种颜色的。

请注意,是最敏感的,所以蓝视锥细胞不仅可以感知蓝色,绿色和可至红,绿锥体部分也很敏感可以感觉到,不仅绿色环保,还可以感受到蓝色和红色的部分,最后红锥也是这样。因此,在三个不同的波长光谱的比率锥体感测到,人类可以在除了红色,绿色和蓝色等颜色在视觉上识别。

大多数人为显示器也使用该功能来欺骗人们看到除了红,绿,蓝等颜色,例如,这个数字是我的显示器的频谱显示黄色的实际问题时,有没有黄色的,这是骗子显示,但通过人的视觉系统,我们看到的是黄色的。1931年,CIE(国际照明标准委员会)制定了一系列的可见光谱的标准色彩空间表示,CIE-RGB色彩系统的定义。它提供700nm的的RGB系统的波长的三个基色,546.1纳米,435.8nm的红色(R),绿(G),蓝色(B)。

它可以通过混合图组曲线,它表示的实验获得?在380nm-780nm的?当范围作为相应频谱能量,光谱颜色和特定波长

像混合的结果,说是三条曲线?CIE1931 RGB?该系统的光谱三刺激值曲线,与此有很大的关系标定后,我们不得不提一下。

这也可能延伸约,由于三色值的计算出现负值,?CIE?我们设计了一套CIE-XYZ的?系统?X,Y,Z?为了表示对红,绿,蓝,身材?CIE1931 XYZ?系统的频谱三刺激值曲线。

著名?CIE 1931 XY?色度图是从哪里来的,我们可以用它来形容任何一种颜色对人眼可见。当然,以后,以更精确的校正,以及?CIE 1976 u'v?色度图,我们很多的审查也用这个标准。因此,在理论上,只需要记录?RGB,?还能够恢复所有我们的眼睛的颜色看。

另一个事实是:皮皮虾有?16?视锥细胞的种类,因此,如果我们看一下它显示,只会觉得你给我这到底是什么?

好吧,我们回去彩色滤光片问题。基于?拜耳CFA?设计,当我们在拍摄图右。?1?当场景,CMOS?所有像素的直接传回合成图像的结果是在图的右侧。?2,?当我们添加的滤色器像素将图。?3,?显然,这不应该是我们看到图像的末。因此,由?3?至?4?当然,你需要补的插值算法,前真假?4800?百万像素的辩论,在这一步。

对于?拜耳CFA?设计?CMOS,?有内插算法通常用于诸如像素内插,双线性内插,三次相邻多项式插值,它们的目的是恢复所有的?RGB?三组信道的部件,诸如双线性内插,以便计算:对于仅一个像素的红色成分:例如,?R32:

对于只有像素的绿色成分,例如:?G33

仅一个像素的蓝色分量:电子。G。?B43

通过减少得到完整的?RGB?组件,我们不能得到的图像缺陷,但这是尚未结束?不,我们不能直接把这个图像存储,因为这其中有一个很重要的问题:拜耳CFA?插值后,CFA?颜色特性和人眼不一定重合的视觉特性,在图像中的像素的颜色可能已经被投,有可能是在光谱特性的光学透镜的结果,也可能是?拜耳CFA?上引的彩色滤光片的光谱特性,用环境光拍摄也有很大的关系。因此,有是修正校准的步。其中最重要的校准修正是伽玛校正和色彩校正,伽马校正一下:在现实世界中,几乎所有的显示器,照相胶片和许多电子照相机的光电转换特性为非线性。输出和非线性功率函数的输入部件之间的关系通常由下式表示。理想情况下,颜色强度?(强度)的电压信号与电子束之间是线性关系,实际情况是只想法,所述输入信号和颜色强度之间的电压是非线性关系。并且,响应于显示基本上指数关系的输出强度的输出电压,所表示的亚属的输出的强度呈指数增长的输入电压,典型地被称为我们把伽玛指数(伽玛):

为了使壳体的显示屏上的效果和图像更接近,在相机获得图像必须是伽马校正之后,所述非线性关系式被校正到上部线性关系:

其中,在所述图像是像素值校正处理; 未校正的像素值; 表示伽马度的伽马校正值],γ= 1?当不进行校正,较大的值γ,像素灰度值的校正的程度越大。色彩校正:由于不同厂家在生产?CMOS?当使用不同的彩色滤光片,CMOS?不同程度的不同波长的光响应的,将导致相机的不同的光谱响应曲线,例如一个其是?CMOS?光谱响应曲线:

你会发现很容易彩色摄像机?RGB?三刺激值,我们之前提到的图?CIE 1931-RGB?系统有很大的不同。

希望减少这种差异,它是必要的像素灰度值(R,G,B)的原图像必要的补偿,并且接近人眼感知的颜色,这颜色校准工作是。好了,铺垫了这么久,在我们终于谈到了RGGB?更换?RYYB,?恰好绿色的地方有什么用黄色过滤器。

光谱是主波黄色?570-590?纳米,被夹在红,绿和就在主波之间,只要滤色器的光谱特性被设计为足够好,那么理论上也能够记录红色+黄色绿色,我图是示意图伪影的光谱响应:

在这种理想状态下,RYYB?肯定比的感光总量更?RGGB,?但是,这也给插值算法完成?RGB?带来一些困难的工序,插值是不令人满意,则后者将有颜色校准的问题。

与现实要复杂得多,我发现了一篇文章:拉吉·什雷斯塔,V。等。偏振调整动态彩色过滤器装有一个介质加载铝纳米线阵列。科学。众议员。 5,; DOI:10.1038 / SREP(2015)。?这当中有相当数量的彩色滤光片,甚至直接到主波按黄色,红色,绿色和蓝色光谱的保色性滤波器设计。最后的最后,因为?P30系列在宣传时提到的?RYYB?旨在使?40%?光升级的数量,我认为这是没有任何疑问,在没有真机,市民可以理解?RYYB?设计应后颜色套准问题的担忧。而这一切,都要靠华为自己的色彩校正,伽玛校正和自动白平衡算法,和4?月?11?本次会议的国内上映日期。


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