手機(jī)攝像頭的組成結(jié)構(gòu)和工作原理

手機(jī)攝像頭由PCB板、鏡頭、固定器和濾色片、DSP(CCD用)、傳感器等部件組成。其工作原理為：拍攝景物通過鏡頭，將生成的光學(xué)圖像投射到傳感器上，然后光學(xué)圖像被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過DSP加工處理，再被送到手機(jī)處理器中進(jìn)行處理，最終轉(zhuǎn)換成手機(jī)屏幕上能夠看到的圖像。

PCB板

就是攝像頭中用到的印刷電路板，分為硬板、軟板、軟硬結(jié)合板三種，這三種材料應(yīng)用范圍不同，CMOS可以使用任何一種，但CCD只能使用軟硬結(jié)合板，并且也是軟硬結(jié)合板的造價(jià)成本最高。

PCB板

鏡頭

鏡頭是將拍攝景物在傳感器上成像的器件，它通常由由幾片透鏡組成。從材質(zhì)上看，攝像頭的鏡頭可分為塑膠透鏡和玻璃透鏡。玻璃透光性以及成像質(zhì)量都具有較大優(yōu)勢(shì)，但玻璃透鏡成本也高。因此一個(gè)攝像頭品質(zhì)的好壞，與鏡頭也是有一定關(guān)系的。比如諾基亞800采用的是卡爾蔡司認(rèn)證鏡頭，成像效果就會(huì)比普通鏡頭好一些。當(dāng)然，它只是總效果的影響因素之一。

鏡頭

鏡頭有兩個(gè)較為重要的參數(shù)：光圈和焦距。光圈是安裝在鏡頭上控制通過鏡頭到達(dá)傳感器的光線多少的裝置，除了控制通光量，光圈還具有控制景深的功能，光圈越大，景深越小，平時(shí)在拍人像時(shí)背景朦朧效果就是小景深的一種體現(xiàn)。諾基亞800和魅族MX四核版的光圈都為f/2.2，小米2光圈為f/2.0，iPhone 4S光圈為f/2.4，數(shù)字越小，代表光圈越大，也就是說小米2的光圈最大，不加上其他因素的話理論上成像效果最好。

另外鏡頭的另一重要參數(shù)是“焦距”。焦距是從鏡頭的中心點(diǎn)到傳感器平面上所形成的清晰影像之間的距離。根據(jù)成像原理，鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的物體在傳感器上所形成影像的大小。比如在拍攝同一物體時(shí)，焦距越長(zhǎng)，就能拍到該物體越大的影像。長(zhǎng)焦距類似于望遠(yuǎn)鏡。

固定器和濾色片

固定器的作用，實(shí)際上就是來固定鏡頭，另外固定器上還會(huì)有一塊濾色片。濾色片也即“分色濾色片”，目前有兩種分色方式，一種是RGB原色分色法，另一種是CMYK補(bǔ)色分色法。原色CCD的優(yōu)勢(shì)在于畫質(zhì)銳利，色彩真實(shí)，但缺點(diǎn)則是噪聲問題，一般采用原色CCD的數(shù)碼相機(jī)，ISO感光度多半不會(huì)超過400。相對(duì)的，補(bǔ)色CCD多了一個(gè)Y黃色濾色器，犧牲了部分影像的分辨率，但I(xiàn)SO值一般都可設(shè)定在800以上。

固定器和濾色片

DSP

DSP又叫數(shù)字信號(hào)處理芯片，它的功能是通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，最后把處理后的信號(hào)傳到顯示器上。目前DSP廠商的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上相差不大。

傳感器和DSP

上面所說的DSP是CCD中會(huì)使用，是因?yàn)?，在CMOS傳感器的攝像頭中，其DSP芯片已經(jīng)集成到CMOS中，從外觀上來看，它們就是一個(gè)整體。而采用CCD傳感器的攝像頭則分為CCD和DSP兩個(gè)獨(dú)立部分。

傳感器

傳感器是攝像頭組成的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)，它是一種用來接收通過鏡頭的光線，并且將這些光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)的裝置。簡(jiǎn)單的理解，我們可以把傳感器看做是傳統(tǒng)相機(jī)用的膠片，雖然兩者原理不同，但在相機(jī)整體組成結(jié)構(gòu)中有一定相似度。感光器件面積越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。

常見的攝像頭傳感器主要有兩種，一種是CCD傳感器，一種是CMOS傳感器。兩者區(qū)別在于：CCD的優(yōu)勢(shì)在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價(jià)格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。

傳感器

相對(duì)于CCD傳感器，CMOS影像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì)，付出代價(jià)即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅(qū)動(dòng)，電源消耗量比CCD低。

另外偶爾還會(huì)提到CCM傳感器，CCM(Compact CMOS module)實(shí)際上是CMOS的一種，只是CCM經(jīng)過一些處理，畫質(zhì)比CMOS高一點(diǎn)，拍照時(shí)感應(yīng)速度也較快，但照片品質(zhì)還是遜色于CCD。

目前，主流的手機(jī)用的都是CMOS傳感器，如三星Galaxy Note 2、iPhone 5、小米2、魅族MX四核版、諾基亞Lumia 800等。另外，有的廠家在宣傳中會(huì)提到“背照式”“BSI”等概念，實(shí)際上BSI就是背照式CMOS的英文簡(jiǎn)稱，背照式CMOS是CMOS的一種，它改善了傳統(tǒng)CMOS感光元件的感光度，在夜拍和高感的時(shí)候成像效果相對(duì)好一些。如iPhone 4、魅族MX四核版、中興U895、索尼愛立信LT15i等機(jī)器中都應(yīng)用了BSI傳感器，而iPhone 4的傳感器由OmniVision公司生產(chǎn)提供。

傳感器廠商中索尼也非常出名出名，索尼生產(chǎn)的一代背照式CMOS(BSI)命名為“Exmor R CMOS”，二代命名為“Exmor RS CMOS”。其中索尼LT26i、HTC凱旋X310e采用的就是Exmor R CMOS傳感器。

從上面的各個(gè)名詞中我們知道，Exmor R CMOS\Exmor RS CMOS屬于背照式CMOS(BSI)的一種，而背照式CMOS(BSI)又屬于CMOS的一種。概念上不能混淆。