Camera 图像处理原理分析- 亮度及曝光控制
什么是曝光控制
什么是曝光控制什么是曝光控制什么是曝光控制自动曝光是许多数码相机的默认设置，在这种曝光模式下相机将自动控制拍摄曝光，用户根本不需做任何事情，相机上的传感器可根据景物反射回来的光线强度自动设置光圈值和快门速度。
曝光控制主要用来调节景物整体亮度，如果拍摄对象过于黯淡，可以调节曝光补偿标尺来增加亮度。
高端数码相机在每个方向都可以支持2-3级(以1/3EV增进)调节，其它较低价位数码相机在支持1-2级(以1/2EV增进)调节。
在快门先决模式下可自定义设置快门速度，相机会根据所设置的快门速度自动调节最佳光圈值，如果提高快门速度，相机将会自动降低光圈值;如果降低快门速度，相机则会自动增加光圈值，从而保持曝光值不变。
在光圈先决模式下可自定义设置光圈值，相机根据实际拍摄环境自动设置快门速度，从而寻求最佳曝光设置。
光圈值数字越大，标志着镜头开启越小，如果更改光圈值，相机也会自动调节快门速度来保证曝光设置总是处于最佳。
曝光控制对于专业摄影师而言，可能更愿意采用手动控制，因为这样才能更好的发挥聪明才智，尽情享受摄影带来的乐趣，也能拍摄出更高质量的图象。
许多数码相机都具有在短时间内拍摄多张图象的能力，在拍摄运动、小孩游戏及动物图象时相当适用，在连拍模式下不能使用闪光灯，图象存储也需更长时间。
手动控制有些高端机型还支持自动包围式曝光模式，在这种模式下相机可以相同曝光设置拍摄一组图象，许多机型都支持以相同曝光设置连续拍摄3张图象，也有些机型支持连续拍摄5张图象，有些高端机型还支持用户自定义光圈值和快门速度。
还有一种最好拍摄选择模式，在这种模式下，相机可在短时间内连续拍摄4张或9张图象，每张图象都采用差别极其细微的白平衡或曝光设置，这一功能与自动包围式曝光极为相似，在这种模式下相机能自动选择曝光效果和锐度最为出色的图象。
其它图象控制无论是胶卷相机还是数码相机，如果拍摄景物中白色部分和实物较为接近，整张图象效果就比较出色，这就是平时常说的白平衡。
camera硬件结构及原理
camera硬件结构及原理**Camera基本结构及原理****备忘**：⽂末⽀持⼀波，感谢鞠躬⼀、学习⽬的本模块主要是了解⼀个摄像头模组的基本组成，每个组成部分的主要作⽤是什么，同时掌握⼀些基本术语。
⼆、必知必会1）画出⼀个摄像头的基本构成⽰意图2）说出每个模块的作⽤3）说出Camera成像原理4）总结Camera结构及原理相关的⼀些基本术语：SensorIC、Module、CCD、CMOS、像素、pixel size，光圈，焦距，VCM、BSI等。
三、Camera成像原理⼿机中的Camera是⼀个整体的模组，感光sensor(芯⽚)为核⼼器件，其他组成期间包括镜头、FPC、对焦马达、eeprom等。
其中sensor通过I2C控制，数据通过MIPI传输。
⽬前主要使⽤raw sensor，输出raw数据。
图3.1 camera结构共组原理摄像头模组：全程Camera CompactModule,常称Module基本⼯作原理：景物通过镜头⽣成光学图像投射到图像传感器表⾯上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再将数字图像信号输出到⼿机的图像处理芯⽚中。
图3.2 Camera处理流程四、Camera组成器件图4.1 camera特写图图4.2 camera 组成图4.1、镜头（Lens）镜头是将拍摄景物在传感器上成像的器件，它通常由⼏⽚透镜组成。
从材质上看，摄像头的镜头可分为塑胶透镜和玻璃透镜。
图4.1.1 镜头镜头有两个较为重要的参数：光圈和焦距。
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。
景深是指在摄影机镜头前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。
图4.1.2光圈⼤⼩⽰意图数值越⼩，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；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。
摄影基础知识曝光控制
光圈的作用
01
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1. 控制曝光量
光圈越大，进入相机的光 线越多，曝光量越大；反 之，光圈越小，曝光量越 小。
2. 控制景深
光圈越大，景深越浅，清 晰的范围越小；反之，光 圈越小，景深越深，清晰 的范围越大。
3. 控制画质
一般来说，光圈越大，画 质越差；反之，光圈越小 ，画质越好。
光圈的数值与影响
快门速度的数值与影响
数值
快门速度的数值通常表示为分数或整数，例如1秒、1/2秒、1/4秒、1/8秒等。数值越小，表示曝光时间越短 ；数值越大，表示曝光时间越长。
影响
快门速度的数值会影响画面的曝光和动态效果。较快的快门速度可以获得较亮的画面，而较慢的快门速度则可 以获得较暗的画面。此外，较快的快门速度可以捕捉到运动中的瞬间，而较慢的快门速度则可以创建出运动模 糊的效果。
程序自动曝光
根据预设的曝光程序进行自动曝光，适合拍摄 需要快速调整曝光的场景，如新闻摄影、街头 摄影等。
快门优先+曝光补偿
在快门优先的基础上调整曝光量，适合拍摄需 要捕捉运动轨迹或实现特殊拍摄效果同时需要 调整曝光的场景。
光圈优先+曝光补偿
在光圈优先的基础上调整曝光量，适合拍摄需 要控制景深或实现特殊拍摄效果同时需要调整 曝光的场景。
适当的曝光补偿可以改善 照片的色彩表现，使画面 更加鲜艳或更加自然。
曝光补偿的数值与影响
曝光补偿数值以“EV”（Exposure Value）为单位，正数表示增加曝光时间，负 数表示减少曝光时间。
每增加或减少1EV，相当于曝光时间增加或减少一倍。
曝光补偿对照片的亮度和色彩都有影响，需要根据拍摄环境和对象的具体情况进 行调整。
【转】Camera简介
【转】Camera简介⼀、摄像头（CAMERA）⼜称为电脑相机、电脑眼等，它作为⼀种视频输⼊设备，在过去被⼴泛的运⽤于视频会议、远程医疗及实时监控等⽅⾯。
近年以来，随着互联⽹技术的发展，⽹络速度的不断提⾼，再加上感光成像器件技术的成熟并⼤量⽤于摄像头的制造上，这使得它的价格降到普通⼈可以承受的⽔平。
普通的⼈也可以彼此通过摄像头在⽹络进⾏有⾳像、有声⾳的交谈和沟通，另外，⼈们还可以将其⽤于当前各种流⾏的数码影像、影⾳处理。
⼆、摄像头的分类摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两⼤类。
模拟摄像头：模拟摄像头可以将视频采集设备产⽣的模拟视频信号转换成数字信号，进⽽将其储存在计算机⾥。
模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运⽤。
数字摄像头：数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并⼝或者USB接⼝传到计算机⾥。
现在电脑市场上的摄像头基本以数字摄像头为主，⽽数字摄像头中⼜以使⽤新型数据传输接⼝的USB数字摄像头为主，⽬前市场上可见的⼤部分都是这种产品。
除此之外还有⼀种与视频采集卡配合使⽤的产品，但⽬前还不是主流。
由于个⼈电脑的迅速普及，模拟摄像头的整体成本较⾼等原因， USB接⼝的传输速度远远⾼于串⼝、并⼝的速度，因此现在市场热点主要是USB接⼝的数字摄像头。
以下主要是指USB接⼝的数字摄像头。
三、摄像头的⼯作原理摄像头的⼯作原理⼤致为：景物通过镜头（LENS）⽣成的光学图像投射到图像传感器表⾯上，然后转为电信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯⽚（DSP）中加⼯处理，再通过USB接⼝传输到电脑中处理，通过显⽰器就可以看到图像了。
注1：图像传感器（SENSOR）是⼀种半导体芯⽚，其表⾯包含有⼏⼗万到⼏百万的光电⼆极管。
光电⼆极管受到光照射时，就会产⽣电荷。
注2：数字信号处理芯⽚DSP（DIGITAL SIGNAL PROCESSING）功能：主要是通过⼀系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进⾏优化处理，并把处理后的信号通过USB等接⼝传到PC等设备。
Camera 专业名词解释
Camera 专业名词解释1、噪点去除在图像的采集和传输过程中，图像质量经常受到各种噪声的影响而下降。
由于采集和各种元器件容易受到强干扰会产生脉冲噪声，由于照明不稳定，镜头灰尘以及非线性的信道传输引起的图像退化都会产生不同种类的噪声其主要影响人的视觉效果，使人难以辨认图像的某些细节，另外噪声给一些图像处理算法带来严重影响，例如梯度算子，由于一些与对象无关点的引入，使得无用信息的使用造成更加严重的后果，干扰了图像的可观测的信息。
这里讨论的噪声仅仅局限在图像传感器获取图像数据时的噪声污染，由于这时候的数据量较少，噪声直接影响后面的插值算法，并使图像的细节无法体现，既影响图像的插值效果，也影响人的视觉感受。
因此在图像处理中噪声的去除是一项非常重要的环节。
2、坏点去除在白屏情况下有纯黑色的点或者在黑屏下有纯白色的点。
在切换至红、绿、蓝三色显示模式下此点始终在同一位置上并且始终为纯黑色或纯白色的点。
这种情况说明该像素的红、绿、蓝三个子像素点均已损坏，此类点称为坏点。
3、内插在做数字图像处理时，经常会碰到小数象素坐标的取值问题，这时就需要依据邻近象素的值来对该坐标进行插值。
比如：做地图投影转换，对目标图像的一个象素进行坐标变换到源图像上对应的点时，变换出来的对应的坐标是一个小数，再比如做图像的几何校正，也会碰到同样的问题。
以下是对常用的三种数字图像插值方法进行介绍4、白平衡白平衡，字面上的理解是白色的平衡。
用色彩学的知识解释，白色是指反射到人眼中的光线由于蓝、绿、红三种色光比例相同且具有一定的亮度所形成的视觉反应。
白色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的，而这七种色光又是有红、绿、蓝三原色按不同比例混合形成，当一种光线中的三原色成分比例相同的时候，习惯上人们称之为消色，黑、白、灰、金和银所反射的光都是消色。
通俗的理解白色是不含有色彩成份的亮度。
人眼所见到的白色或其他颜色根物体本身的固有色、光源的色温、物体的反射或透射特性、人眼的视觉感应等诸多因素有关，举个简单的例子，当有色光照射到消色物体时，物体反射光颜色与入射光颜色相同，既红光照射下白色物体呈红色，两种以上有色光同时照射到消色物体上时，物体颜色呈加色法效应，如红光和绿光同时照射白色物体，该物体就呈黄色。
Camera 图像处理原理分析- 亮度及曝光控制
Camera图像处理原理分析-亮度及曝光控制1.1亮度感应及曝光1.1.1感光宽容度从最明亮到最黑暗，假设人眼能够看到一定的范围，那么胶片（或CCD等电子感光器件）所能表现的远比人眼看到的范围小的多，而这个有限的范围就是感光宽容度。
人眼的感光宽容度比胶片要高很多，而胶片的感光宽容度要比数码相机的ccd高出很多！了解这个概念之后，我们就不难了解，为什么在逆光的条件下，人眼能看清背光的建筑物以及耀眼的天空云彩。
而一旦拍摄出来，要么就是云彩颜色绚烂而建筑物变成了黑糊糊的剪影，要么就是建筑物色彩细节清楚而原本美丽的云彩却成了白色的一片再看人眼的结构，有瞳孔可以控制通光量，有杆状感光细胞和椎状感光细胞以适应不同的光强，可见即使人眼有着很高的感光宽容度，依然有亮度调节系统，以适应光强变化。
那么对于camera sensor来说，正确的曝光就更为重要了！1.1.2自动曝光和18%灰对于sensor来说，又是如何来判断曝光是否正确呢？很标准的做法就是在YUV空间计算当前图像的Y值的均值。
调节各种曝光参数设定（自动或手动），使得该均值落在一个目标值附近的时候，就认为得到了正确的曝光。
那么如何确定这个Y的均值，以及如何调整参数使得sensor能够将当前图像的亮度调整到这个范围呢？这就涉及到一个概念18%灰，一般认为室内室外的景物，在通常的情况下，其平均的反光系数大约为18%，而色彩均值，如前所述，可以认为是一种中灰的色调。
这样，可以通过对反光率为18%的灰板拍摄，调整曝光参数，使其颜色接近为中等亮度的灰色（Y值为128）。
然后，对于通常的景物，就能自动的得到正确的曝光了。
当然这种自动判断曝光参数的AE功能不是万能的，对于反光率偏离通常均值的场景，比如雪景，夜景等，用这种方法就无法得到正确的曝光量了。
所以在sensor的软件处理模块中，通常还会提供曝光级别的设定功能，强制改变自动曝光的判断标准。
比如改变预期的亮度均值等。
camera相关知识点总结
camera相关知识点总结一、相机的基本原理1. 光学原理相机的基本原理是利用光学透镜将光线聚焦在感光元件上，以记录被摄物体的影像。
光从被摄物体上反射出来，通过透镜进入相机内部，形成倒立的实际大小的实像。
这个实像成为感光元件上清晰的倒影。
感光元件的光感受器件（CCD或CMOS）是记录这个图像的关键部件。
2. 快门原理快门是相机的一个重要组成部分，它控制相机的曝光时间。
当快门按下时，快门会打开一小段时间，让光线进入感光元件，这就是曝光时间。
曝光时间越长，进入感光元件的光线就越多，照片的亮度就越高；曝光时间越短，光线就越少，照片的亮度就越低。
此外，快门速度还会影响运动物体的清晰度，快门速度越快，动态物体就越清晰，反之越模糊。
3. 光圈原理光圈是控制光线进入相机的部件。
光圈大小用F值表示，F值越小，光线进入相机的量就越大，照片的景深就越浅；F值越大，光线进入相机的量就越小，照片的景深就越深。
光圈的调节对照片焦点的对准和景深的控制起着重要作用。
4. ISO原理ISO是感光度的单位，它表示相机感光元件对光线的灵敏度。
ISO值越高，相机对光线的灵敏度就越高，在暗光环境下也能拍摄清晰亮度的照片；ISO值越低，相机对光线的灵敏度就越低，适合在明亮光线下的拍摄。
二、不同类型相机的特点及用途1. 单反相机单反相机是专业摄影师最常用的相机类型之一。
它具有高像素、快速对焦和成像质量高的特点。
单反相机拥有更多的手动调节功能，可以拍摄出更具创意的照片。
此外，单反相机还可更换镜头，满足不同拍摄场景的需求，如广角、长焦和微距等。
2. 微单相机微单相机是一种介于单反相机和数码相机之间的相机类型。
它拥有较小的体积和重量，更适合日常携带。
微单相机的成像质量、对焦速度和手动调节功能也较为出色。
它通常搭配可更换镜头，可以满足不同拍摄场景的需求。
3. 数码相机数码相机是便携式相机，适合普通人日常拍摄用。
它体积小巧，操作简单，成像质量和对焦速度一般较低。
Camera详解
参数指标
最大像素
最大像素英文名称为Maximum Pixels，所谓的最大像素是经过插 值运算后获得的。插值运算通过设在数码相机内部的DSP芯片，在需 要放大图像时用最临近法插值、线性插值等运算方法，在图像内添加 图像放大后所需要增加的像素。插值运算后获得的图像质量不能够与 真正感光成像的图像相比。以最大像素拍摄的图片清晰度比不上以有 效像素拍摄的。
参数指标
闪光灯
闪光灯的英文学名为Flash Light。闪光灯也是加强曝光量的方式之 一，尤其在昏暗的地方，打闪光灯有助于让景物更明亮。使用闪光灯 也会出现弊端，例如在拍人物时，闪光灯的光线可能会在眼睛的瞳孔 发生残留的现象，进而发生「红眼」的情形，因此许多相机商都将 “消除红眼”这项功能加入设计。 消除红眼：在闪光灯开启前先打出微弱光让瞳孔适应，然后再执行 真正的闪光，避免红眼发生。中低档数码相机一般都具备三种闪光灯 模式，即自动闪光、消除红眼与关闭闪光灯。再高级一点的产品还提 供“强制闪光”，甚至“慢速闪光”功能。
工作原理
CMOS（互补金属氧化物半导体）
CMOS的组成： 主要是利用硅和锗两种因素做成的半导体，使其在 CMOS上共存着带N（负电）和带P（正电）的半导体， 这产生的电流即可被DSP处理和解读成影像。 CMOS特点： 成像质量差，优点就是集成度高，可将A/D转换与DSP集 成，功率低，成本低，一般用于网络摄像头和手机摄像头。 市场上的摄像头模组以OV（OMNI VISION美国豪威科技） 和MICRON（美光科技）为主 MIRCRO的SENSOR代表型号有： MT9MO19：130W MT9D111：300W MI360：30W OV代表型号： OV7660 OV7670 0V79XX
工作原理
CCD（电荷藕合器件）
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Camera 图像处理原理分析- 亮度及曝光控制
1.1亮度感应及曝光
1.1.1感光宽容度
从最明亮到最黑暗，假设人眼能够看到一定的范围，那么胶片（或CCD等电子感光器件）所能表现的远比人眼看到的范围小的多，而这个有限的范围就是感光宽容度。
人眼的感光宽容度比胶片要高很多，而胶片的感光宽容度要比数码相机的ccd高出很多！了解这个概念之后，我们就不难了解，为什么在逆光的条件下，人眼能看清背光的建筑物以及耀眼的天空云彩。
而一旦拍摄出来，要么就是云彩颜色绚烂而建筑物变成了黑糊糊的剪影，要么就是建筑物色彩细节清楚而原本美丽的云彩却成了白色的一片
再看人眼的结构，有瞳孔可以控制通光量，有杆状感光细胞和椎状感光细胞以适应不同的光强，可见即使人眼有着很高的感光宽容度，依然有亮度调节系统，以适应光强变化。
那么对于camera sensor来说，正确的曝光就更为重要了！
1.1.2自动曝光和18%灰
对于sensor来说，又是如何来判断曝光是否正确呢？很标准的做法就是在YUV空间计算当前图像的Y值的均值。
调节各种曝光参数设定（自动或手动），使得该均值落在一个目标值附近的时候，就认为得到了正确的曝光。
那么如何确定这个Y的均值，以及如何调整参数使得sensor能够将当前图像的亮度调整到这个范围呢？
这就涉及到一个概念18%灰，一般认为室内室外的景物，在通常的情况下，其平均的反光系数大约为18%，而色彩均值，如前所述，可以认为是一种中灰的色调。
这样，可以通过对反光率为18%的灰板拍摄，调整曝光参数，使其颜色接近为中等亮度的灰色（Y值为128）。
然后，对于通常的景物，就能自动的得到正确的曝光了。
当然这种自动判断曝光参数的AE功能不是万能的，对于反光率偏离通常均值的场景，比如雪景，夜景等，用这种方法就无法得到正确的曝光量了。
所以在sensor的软件处理模块中，通常还会提供曝光级别的设定功能，强制改变自动曝光的判断标准。
比如改变预期的亮度均值等。
1.1.3曝光级别设定
在多数数码相机和拍照手机上都可以看到曝光级别设定的功能，如前所述，这种设定实际上是在自动曝光的基础上给用户提供一定的曝光控制能力，强制改变camera sensor的曝光判断标准，获得用户想要的效果。
通常的做法就是改变Y值均值的预期值，使得sensor在自动曝光时以新的Y预期值为目标，自动调整Exptime 和AG。
1.1.4gamma校正
曝光的均值正确了，不代表整体图像的亮度分布就和人眼所看到的保持一致了。
事实上，人眼对亮度的响应并不是一个线性的比例关系，而各种涉及到光电转换的设备的输入输出特性曲线一般也是非线性的，且表现为幂函数的形式：y＝x n , 所以整个图像系统的传递函数是一个幂函数。
g＝ g1×g2×…×g n
对于sensor来说，其响应倒是接近为线性关系，所以为了在各种设备上正确输出符合人眼对亮度的响应的图像，就需要进行校正。
幂函数的指数的倒数就是通常所说的gamma值。
归一化的gamma曲线
校正的函数可以表示为对比度
对比度的调整在一定程度上说，其实也就是对gamma曲线的调整，增大对比度就是提高Gamma值。
对于图像处理来说，也有在硬件gamma校正后，单独由软件再进行一次类似的幂函数变换来调整对比度。
1.1.6曝光参数的调整
曝光强度的调整，可以通过改变曝光时间，也可以通过改变亮度增益AG来实现。
曝光时间受到桢频的限制，比如摄像时要求15帧每秒的话，这时候曝光时间最长就不能超过1/15s，可能还有别的条件限制，实际的曝光时间还要短，在光线弱的情况下，单独调整曝光时间就无法满足帧频的需要了。
这时候还可以调整增益AG，来控制曝光的增益，降低曝光时间。
但是，这样做的缺点是以牺牲图像质量为代价的，AG的增强，伴随的必然是信噪比的降低，图像噪声的增强。
所以，以图像质量为优先考虑的时候，曝光参数的调节通常是优先考虑调节曝光时间，其次在考虑曝光增益。
当然曝光时间也不能过长以免由于抖动造成图像的模糊，而在拍摄运动场景时，对曝光时间的要求就更高了。