相机成像基础

一、引言

在这个内卷的时代，手机厂商也在内卷"影像"，每次新品发布，都将影像效果带到一个新的高度。你是否好奇过，手机或者相机是如何记录下我们的幸福时刻的，本篇文章从相机成像基本流程、相机成像原理以及相机构造三部分部分为大家揭秘。

二、相机成像基本流程

光线经过镜头照射在感光元件上，感光元件将接收到的光信号转换为电信号，电信号经过数字化可得到RAW图，RAW图再经过ISP（Image Signal Processor）处理得到YUV图，我们平时使用的多为YUV图，这就是相机成像的基本流程。关于RAW图、YUV图以及ISP的详细内容请参考后续文章，本篇不做过多介绍。

三、相机成像原理

相机成像原理大家中学都学过，简单来说就是凸透镜成像，光线经过透镜形成虚像，如下图所示。外部的光线经过镜头照在感光元件上，通过控制镜头的伸缩，可以改变光路，实现更清楚或者更广阔视角的图像。

四、相机构造

整个相机模组可以理解为由镜头和传感器两部分组成。镜头负责接收外部的光线，传感器负责将光线转换为电信号，进而转换为CPU可以处理的数字信号。

下图是简易的镜头模组构造，从上到下依次是镜头lens、音圈马达VCM、滤光片IR/蓝玻璃BG、支架Bracket、感光芯片Sensor、印刷电路板PCB、连接器以及SMT搭载元器件。下面介绍镜头lens、音圈马达VCM、滤光片IR/蓝玻璃BG和感光芯片Sensor四部分。

4.1 镜头lens

镜头Lens是一个能够接收光信号并汇聚光信号于感光器件上的装置，可以说主要作用就是就是汇聚光线。

4.1.1 Lens的组成

现代镜头为了成本和效果的考虑，不止是一个简单的玻璃透镜，而是由玻璃材质和塑料材质共同完成。玻璃材质比塑料材质成本高，但玻璃材质的透光效果更好。

4.1.2 Lens的主要参数

焦距镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的透视强弱。一般来说对于单片镜头就是镜头中心到焦点的距离，而相机镜头是由多片透镜组合，就要复杂许多。这里焦距就指的是从镜头的中心点到感光元器件（CCD）上所形成的清晰影像之间的距离。
视场角（FOV）我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。焦距f越大，视场角越小，在感光元件上形成的画面范围越小；反之，焦距f越小，视场角越大，在感光元件上形成的画面范围越大。
F值（口径比） F值即指镜头之明亮度(即镜头的透光量)。F=镜头焦距/光圈直径。F值相同，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头口径大。
光圈光圈是位于镜头内部的、可以调节的光学机械性阑孔，可用来控制通过镜头的光线的多少。
景深当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都相当于是清晰的。焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。