一些容易忽略的Camera相關概念整理

  1. 人眼特性
  2. 幀诉字、場
  3. BLC(Black level correction)
  4. Binning
  5. Video Size
  6. 防紅眼中的紅眼
  7. 色調映射
  8. 一些光源的名稱
  9. 什么是3D sensing多糠?
  10. 慢鏡頭視頻
  11. 超高速攝像頭凝時拍攝
  12. 圖像分割
  13. 平坦區(qū)
  14. 紋理區(qū)
  15. 清晰邊緣
  16. Bayer CFA
  17. Distortion
  18. Artifacts
  19. CIE1931
  20. 色彩偏移
  21. ISP

一累舷、人眼特性

97 million rods(桿細胞)

4.6 million cones(錐細胞)

1 million 節(jié)細胞 100w節(jié)細胞

視網膜里有大約1.25億個視桿細胞和視錐細胞浩考,它們扮演感光器的角色夹孔。

其中視桿細胞的數量是視錐細胞的18倍之多。

視桿細胞對弱光敏感(可感受到一個光子),主要負責在昏暗環(huán)境中產生暗視覺搭伤,但只能辨別明暗只怎,不能分辨物體的細節(jié)和顏色。97 million rods(桿細胞)

視錐細胞感受強光和顏色怜俐,產生明視覺身堡,對物體細節(jié)和顏色分辨力強,我們能夠讀書看報拍鲤,視錐細胞功不可沒贴谎。4.6 million cones(錐細胞)

視桿細胞和視錐細胞接收到的信息隨后被傳送給視網膜上的近100萬個節(jié)細胞。

這些節(jié)細胞將來自視桿細胞和視錐細胞的信息通過視神經發(fā)送到大腦季稳。

視錐細胞有 3種擅这,分別含有對紅、綠景鼠、藍3種光敏感的感光色素仲翎。

色光引起色覺,這是一種復雜的物理和心理現象铛漓。

根據三原色學說解釋色覺的機制認為:不同的色光作用于視網膜時溯香,3種視錐細胞產生了不同程度的興奮,這樣興奮信息經處理后轉化為不同組合的視神經沖動浓恶,

傳到大腦皮層就產生不同的色覺玫坛。

例如紅、綠包晰、藍3種視錐細胞興奮程度的比例為4:1:0時昂秃,產生紅色色覺;比例為2:8:1時杜窄,產生綠色色覺肠骆。

人眼可分辨波長在380~760nm約150種顏色,

但某些人多由于遺傳因素塞耕,缺乏相應的視錐細胞蚀腿,不能辨別某些顏色,稱為色盲扫外。

如缺乏感受紅光或綠光的視錐細胞莉钙,不辨紅綠,稱為紅綠色盲筛谚。

有些人多由于健康或營養(yǎng)不佳磁玉,辨色能力較差,稱為色弱驾讲。

二蚊伞、幀席赂、場

活動電視圖像是由一幅一幅連續(xù)的且內容變化不大的靜止圖像組成的。

其中一幅靜止的圖像在電視技術上稱為“一幀”时迫。

為了保證收看圖像時不閃爍颅停,根據人眼的視覺暫留特點(先前出現在人眼的圖像在圖像消失后會保留一段時間),要求每秒傳送的連續(xù)圖像達到25幀掠拳。

在電視傳輸技術中癞揉,為了進一步提高傳輸質量,又將一幀圖像分成兩幅來傳溺欧,這時候的一幅就叫做“一場”了喊熟。

三、BLC(Black level correction)

模擬信號很微弱時姐刁,有可能不被 A/D 轉換出來逊移,導致光線很暗時,圖像細節(jié)丟失龙填。

因此胳泉,Sesnor 會在 A/D 轉換前,給模擬信號一個固定的偏移量岩遗,保證輸出的數字信號保留更多的圖像細節(jié)扇商。

黑電平校正模塊就是通過標定的方式,確定這個偏移量的具體值宿礁。后續(xù)的 ISP 處理模塊案铺,需要先減掉該偏移值,才能保證數據的線性一致性梆靖。

四控汉、Binning

Camera Binning Mode:像素合并模式,將相鄰的像素單元電荷通過物理的方法疊加在一起作為一個像素輸出信號

水平方向Binning: 同列相鄰行的電荷疊加返吻;

垂直方向Binning: 同行相鄰列的電荷疊加姑子;

Binning Mode 優(yōu)勢:

增加感光面積,提高暗處對光感應的靈敏度测僵;應用:增加物理感光像素單元街佑,采用像素合并模式,提升暗處對光感應的靈敏度捍靠;

Binning Mode 劣勢:

降低輸出分辨率沐旨;

五、Video Size

? FHD Video: 1920 * 1080 -16:9 30 fps

? HD Video: 1280 * 720 -16:9 60 fps

? VGA Video: 640 * 480 -4:3 120 fps

4K 視頻拍攝 3840x2160 30fps

1080p 視頻拍攝 1920x1080 30fps

720p 視頻拍攝 1280x720 30fps

480p 視頻拍攝 720x480 30fps

慢動作視頻榨婆, 720p 120fps

舉個例子磁携,水平視場角120度的行車記錄儀,720P最遠可拍清楚5.5米距離的車牌良风,大概一個車身的距離谊迄。

而1080P則可拍清楚8.3米的車牌闷供,大概1個半車身的距離。而1296P則可拍清楚10米遠外的車牌鳞上,約為2個車身的距離。

1吊档、720P和1080P的區(qū)別僅為分辨率的上的區(qū)別篙议。

2、1080P的畫面分辨率為:1920x1080

3怠硼、720P的畫面分辨率為:1280x720

4鬼贱、720P中的“720”指的是畫面分辨率,“P”指的是逐行掃描香璃。一般的幀率有60幀这难,30幀,25幀葡秒,24幀姻乓。

以下是幾種常見的掃描格式:

D1為480i格式,和NTSC模擬電視清晰度相同眯牧,525條垂直掃描線蹋岩,480條可見垂直掃描線,4:3 或16:9学少,隔行/60Hz剪个,行頻為15.25KHz。

D2為480P格式版确,和逐行掃描DVD規(guī)格相同扣囊,525條垂直掃描線,480條可見垂直掃描線4:3 或 16:9绒疗,分辨率為640×480侵歇,逐行/60Hz,行頻為31.5KHz吓蘑。

D3為1080i格式盒至,是標準數字電視顯示模式,1125條垂直掃描線士修,1080條可見垂直掃描線16:9枷遂,分辨率為1920×1080,隔行/60Hz棋嘲,行頻為33.75KHz酒唉。

D4為 720p格式,是標準數字電視顯示模式沸移,750條垂直掃描線痪伦,720條可見垂直掃描線16:9侄榴,分辨率為1280×720,逐行/60Hz网沾,行頻為45KHz癞蚕。

D5為1080p格式,是標準數字電視顯示模式辉哥,1125條垂直掃描線桦山,1080條可見垂直掃描線16:9,分辨率為1920×1080逐行掃描醋旦,專業(yè)格式恒水。

高清網絡攝像機中,我們通常叫成百萬饲齐、兩百萬像素攝像機:

1080P 實際是指分辨率1920*1080像素 ——計算一下就是1920×1080=2073600像素 大家一般都會叫 1080p或1080i為200萬像素分辨率

960P 實際是指分辨率1280*960像素 ——計算一下就是1280×960=1228800像素大家一般都會叫960p或960i為130萬像素分辨率

720P 實際是指分辨率1280*720像素——計算一下就是1280×720=921600像素大家一般都會叫720p或720i為百萬像素分辨率

1钉凌、XGA 分辨率 1024*768

2、VGA 分辨率 640*480

3捂人、UXGA 分辨率 1600x1200

六御雕、防紅眼中的紅眼

由于視網膜上的血管豐富,夜晚滥搭,用閃光燈拍照時饮笛,瞬間的強光令瞳孔來不及收縮,反而會放大以便讓更多的光線通過论熙,這樣福青,光線便透過瞳孔投射到視網膜上。

視網膜的血管就會在照片上產生泛紅現象脓诡,人的眼珠便呈現出一片紅色无午,即人們常說的“紅眼”。

七祝谚、色調映射

指對圖像顏色進行映射變換的算法宪迟。

目的是調整圖像的灰度,使得處理后的圖像人眼看起來更加舒適交惯,能更好的表達原圖里的信息與特征次泽。

八、一些光源的名稱

Tungsten:鎢光席爽,Horizon

Warm Fluorescent:A

Shade:D75

Strobe:閃光燈

Fluorescent:熒光燈 即CWF意荤、TL84

Daylight Fluorescent:日光熒光燈

Incandescent:白熾燈,A,H

Neutral-density filter :

中性灰度鏡(Neutral Density Filter)又叫中灰密度鏡只锻,簡稱ND鏡玖像,其作用是過濾光線。

這種濾光作用是非選擇性的齐饮,也就是說捐寥,ND鏡對各種不同波長的光線的減少能力是同等的笤昨、均勻的,只起到減 弱光線的作用握恳,而對原物體的顏色不會產生任何影響瞒窒,因此可以真實再現景物的反差。

九乡洼、什么是3D sensing崇裁?

3D Sensing 從字面意思理解,就是將原來 2D 的攝像頭轉換為 3D 數據就珠,不僅讓成像顯得立體寇壳,更讓每一個像素能夠除了 x醒颖、y 軸數據外妻怎,還有 z 軸(深度 / 距離)數據。

所以簡單的說 3D Sensing 就是原有的攝像頭再新增一個測算深度數據的模塊泞歉。

目前 3D Sensing 主要由發(fā)射端與接收端構成逼侦。不同的路徑有著不同的器件結構,一般有激光發(fā)射器(VCSEL 發(fā)射端)腰耙、wafer-level optics ( WLO ) 榛丢、Sensor 這幾個結構。

目前 3D Sensing 市場上有三種方案挺庞,成熟度按照從高到低順序排列為:結構光晰赞、TOF 和雙目。

其中最成熟的結構光方案已大量應用于工業(yè) 3D 視覺領域选侨,而 TOF 方案已出現在 Google 的 Project Tango 方案中掖鱼,雙目由于算法開發(fā)難度高,在不在乎功耗的機器人援制、自動駕駛等新興領域應用較多戏挡。

圖片

十、慢鏡頭視頻

電影攝影中的一種技術手段晨仑,“電影是每秒鐘24畫格的真理褐墅。”

為了實現一些簡單的技巧洪己,就要改變正常的拍攝速度妥凳,比如高于24格/秒,拍攝速度達到50幀/秒答捕、100幀/秒猾封,甚至更高。

回放速度依舊為24幀/秒噪珊,這就相當于把實際1秒鐘拍攝的圖像用2秒多到4秒多時間回放晌缘,這就是我們口中說的慢鏡頭效果齐莲。

如果降低拍攝速度(低于24格/秒),放映效果就是快動作磷箕。

960fps 超高幀率的慢動作錄影选酗,并用 30fps 的幀率輸出影片。

? 960fps/30fps=32x

這意味著即使是手機也具備 32 倍的慢動作錄影能力岳枷,相較于 Google Pixel 所具備的 240fps 錄影芒填,Sony Xperia XZs、XZ Premium 的超慢動作錄影還要慢了 4 倍空繁,并且所搭載的感光元件圖像記錄速度上要快 5 倍殿衰,過往需要 40ms(毫秒)記錄的影像僅需要 8ms 即可紀錄完成,這也大幅減低了滾動快門效應盛泡。

大家不少新款手機闷祥,像iPhone X已支持1080/240P慢動作視頻,但慢動作視頻會削弱畫質傲诵,并占用大量儲存空間凯砍,不是一個常用功能。

1拴竹、120fps是每秒播放120幀悟衩,也可以理解為每秒播放120張圖片。240fps是每秒播放240幀栓拜,也可以理解為每秒播放240張圖片座泳。

兩者相對而言,播放慢動作的話幕与,后者可以播放慢動作更慢挑势。

2、iphone6可以達到慢動作240fps纽门,一般相對而言的話薛耻,幀數越高,可能造成的畫面相對于60幀有些模糊赏陵。

產生這種情況的原因是攝像頭和圖像處理器性能相同饼齿,數值越大,相對圖像越模糊蝙搔。

經常念叨的“果凍”缕溉,或者是拍到現場有相機閃光燈的只拍到 了一條亮線,根源都是 CMOS的滾動快門造成的吃型。

1.滾動快門(electronic rolling shutter证鸥,又名卷簾快門)

目前大多數CMOS傳感器采用這種快門。對任一像素,在曝光開始時現將其清零枉层,然后等待曝光時間過后泉褐,將信號值讀出。因為數據的讀出是串行的鸟蜡,所以清零/曝光/讀出也只能逐行順序進行膜赃,通常是從上至下,和機械的焦平面快門非常像揉忘。和機械式焦平面快門一樣跳座,對高速運動的物體會產生明顯的變形。而且因為其掃描速度比機械式焦平面快門慢泣矛,變形會更加明顯疲眷。例如如果數據的讀出速度是每秒20幀,那么圖像頂部和底部的曝光先后差異將多達50毫秒您朽。為了彌補這個缺陷钮热,通常數碼相機中通常配合機械快門傲须,曝光開始時整個圖像傳感器清零(目前的絕大多數傳感器都具備快速清零功能齿椅,可以在幾個時鐘周期內完成整個傳感器的清零)抡砂,然后機械快門打開陋守,曝光結束后機械快門關閉式撼,數據順序讀出终抽。

2.全局快門(global shutter/snapshot shutter)

最主要的區(qū)別是在每個像素處增加了采樣保持單元纪他,在指定時間達到后對數據進行采樣然后順序讀出易猫,這樣雖然后讀出的像素仍然在進行曝光耻煤,但存儲在采樣保持單元中的數據卻并未改變。

十一准颓、超高速攝像頭凝時拍攝

凝時拍攝(960fps)是一個功能可以讓用戶使用超高速攝像頭在960fps條件下錄制視頻哈蝇,并通過以正常視頻(30fps)的32倍慢速播放捕捉人類肉眼通常無法觀察到的鏡頭并且以使用現有慢動作功能(240fps)的4倍慢速進行。

正常的視頻(30fps):

視頻的速度與實際運動一樣了攘已。

慢動作視頻(240fps):

視頻播放比正常人慢8倍炮赦,類似于典型的電影,商業(yè)样勃,或運動速度吠勘。

凝時拍攝視頻(960fps):

圖像的播放比正常人慢32倍,捕捉小的變化在面部表情和快速移動物體的細微的動作峡眶。

在慢動作(240fps)中剧防,所有視頻片段都是以240fps進行保存的。

而凝時拍攝(960fps)中辫樱,只有用戶在超高速條件下拍攝的0.2秒視頻以960fps進行保存峭拘,其余部分為普通視頻(30 fps)。因此凝時拍攝(960fps)存儲的視頻相對較小。

960fps慢動作攝影是什么鸡挠?

首先是fps的定義辉饱,指的是一個圖像或視頻畫面每秒傳輸幀數,通俗來講可以理解為我們常說的“刷新率”拣展。
這個數字越高鞋囊,動態(tài)畫面看起來就越連貫。

當一個視頻幀數高達960fps瞎惫,就已經超越“順暢”的領域溜腐,只有用慢動作視頻才能夠完全展示。

這項技術在專業(yè)的影視領域用的比較多瓜喇。舉個例子挺益,當我們觀看賽車時,高速賽車呼嘯而過連車型都看不清;而應用高幀數的慢動作拍攝乘寒,就可以完整看清賽車本身通過觀眾席的全過程望众,而不只是一個影子。

十二伞辛、圖像分割

就是按照一定的特征如灰度烂翰,色彩,空間紋理蚤氏,幾何形狀等將一幅圖像分割為若干部分或子集的技術過程甘耿。

分割質量的好壞直接影響圖像分析和處理的結果。

十三竿滨、平坦區(qū)

是指不包含明顯邊緣佳恬,像素變化相對平緩的區(qū)域。

十四于游、紋理區(qū)

是指檢測出邊緣相對密集毁葱,并存在一些偽邊緣的區(qū)域紋理區(qū)內的邊緣分布呈現一定的周期性,因而存在某些紋理特征贰剥。

十五倾剿、清晰邊緣

是指邊緣特征明顯,可以被傳統(tǒng)邊緣檢測算子檢測出的圖像邊緣清晰邊緣蚌成。

常見圖例:

十六前痘、Bayer CFA

十七、Distortion

十八笑陈、Artifacts

十九际度、CIE1931

二十、色彩偏移

圖片

二十一枯葉圖

圖片

彩色落幣圖是枯葉圖的升級設計是為了測量紋理清晰度涵妥。

比起舊版的枯葉圖它有幾大優(yōu)勢:包括為提高測量精度和魯棒性不變的比例乖菱,左右兩邊的灰色區(qū)域有助于去除噪聲(使用的一種技術叫做灰塊噪聲的功率光譜密度是從中心溢出區(qū)域的信號和噪聲總和的PSD中減去得到的坡锡。)


*本人從事Android Camera相關開發(fā)已有5年,
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