DSC原理与相关影像技术介绍
一、 DSC系统框图
二、Cmos Sensor
1. I2C BUS 与CMOS Sensor之控制方式 我们的ASIC采用I2C BUS对sensor进行控制, sensor处于slave地位. 由ASIC送出slave ID, 该信号共8bit, 7bit有效信号, LSB(Least significant bit最低有效位)表示R/W. Address以及data信号都为8bit(MI sensor data为16bit).
Sensor的control signal主要包括
Vsync：sensor output, 场同步信号. 标志一个frame的开始和结束.
Hsync: sensor output, 行同步信号. 标志一个line的开始和结束.
HCLK: sensor output, pixel clock. 标志一个pixel的开始和结束.
Data: sensor output, image的raw data.
MCLK: ASIC output, sensor operating clock.
Hsync p57
Hsync
HCLK
Pixel:
RGB排列方式如左， 图所示为6*2阵列，而非3*1阵列
2. Sensor厂商介绍
Pixart(TW): CIF-106(10万), VGA-202(30万), SXGA-005（1.3M）
Hynix(KOR): VGA-7131R & 7131E
OmniVision(USA): VGA-ov7630(30万), SXGA-ov9620&ov9630(1.3M), UXGA-ov2610(2.0M)，
Ov3610&3620(3.0M), Soi-268(ov2615,2.0M)
Micron:(USA): SXGA- MI1300, UXGA-MI2000社会主义改造和社会主义改革的关系
3. Sensor曝光原理与方式(Frame Mode & Line Mode)
Cmos sensor由很多感光单元组成, 光线通过Lens聚焦至sensor形成曝光, 光线的强度信号转换为感光单元的电(压)信号的大小, 然后电信号经AD转换后, intouch组态软件送有DSP处理.
曝光方式分为Line Mode以及Frame Mode. Frame Mode的曝光方式需辅助有机械快门,
一般用在高端CCD数码相机. 我们的数码相机一般采用Line Mode的曝光方式. Line Mode曝光方式以行为单位进行曝光和取资料, 并以一行sensor data的传输时间作为曝光时间的单位, 该方式只能顺序读取资料, 需同步控制, 并必备Buffer Memory. 4. Flicker之现象与成因以及Anti-flicker做法
在室内日光灯下拍摄, 会出现明暗间隔的条文, 该现象称为flicker. 产生flicker的原因在于, 日光灯按一定频率(f = 50 or 60 Hz), 不断的作明暗变化. 当曝光时间大于1/(2f), 因日光等频率的影响, 就会出现同一画面有明暗交错的现象(如下图).
上图中, line n与line n+a相同的曝光时间诺贝尔生理医学奖, 明暗度就会有较大差异(从曲线与虚线包围的面积可以看出).
要做到消除flicker现象, 当曝光时间大于1/(2f)时, 曝光时间控制为1/(2f)的整数倍, 即可做到anti-flicker.
5. 闪光灯同步之观念介绍
闪光灯同步即要保证闪光灯闪光的时候, 每条line都处在曝光阶段. 如下图:
当曝光时间大于一个frame的传输时间时, 需延长Vsync信号, 以保证闪光同步.
6.AE介绍
①AE(Auto Exposure 自动曝光), 作用为通过调整曝光时间以及Gain值, 控制Y(亮度)落在一定的范围内.
Y的计算公式如下:
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
②EV
1) EV = log2[(F/NO.)^2 * (1/ExpTime)*(ISO sensitivity/100)]
ExpTime =[(F/NO)^2 * ISO sensitivity]/(2^EV * 100)
2)EV Table Item 说明
a) Exposure Time(16bits) 以4us为单位. 所以最大可表示值4us x 2^16 = 0.26s, 满足SQ915对曝光时间的要求(EV table中第60阶需Exposure time为室外给排水0.2s)
b) EV (Exposure Value, 曝光值), 亮度单位. 其值与人眼对亮度的感觉成线性关系. c) Ref. Fliker, 参考的fliker值. 50Hz的fliker单位为1/100s, 60Hz的fliker单位为1/120s. Assign Fliker, 实际分配的Fliker值
d) Ref Gain value, 参考的gain值. Assign Gain value. 实际分配的gain值. 使用gain来增加Exposure time的原因为缩短曝光时间, 以及anti fliker.
e) Total error Exposure time, 实际等效曝光时间与目标的曝光时间的差. 越靠EV table的底部, 该值越大, 因为在暗处并不要求清楚的显示.
f) ISO, 值越大所需曝光时间越短
③AE曝光算法(一种)
Ysub = Ynow ─ Ytaget Ytaget = 130(120)
y
n n
y
y n y
n
y
n
y
y
7.OB之概念
OB(optical black), 即black的基准. 当没有光线进入sensor的时候, 应视为black, 但有些sensor仍会有一定的二级医院offset. 所以应减去这部分offset, 即设置OB.
8.Gamma
gamma有不同的含义，一个意思是表示对原始信号的一种变换，另一个意思是表示这种变换的度量参数
Gamma的实现：
例如：
Raw data[256] = {0,1,2,3……253,254,255}
Gamma table[256]= {0,3,5,7……255,255,255}
Gamma 转换后Data = Gamma table[Raw data]
9.白平衡
在我们使用传统相机，或使用过没有白平衡的数码相机时，你会发现荧光灯的光人眼看起来是白的，但拍摄出来的图像彩却有点偏绿；同样，如果是在白炽灯下，拍出图像的彩就会明显偏红，这就是我们常说偏。图像偏是由于环境光的温作用而造成，在不同光源下，因温不同，拍摄出来的照片会偏。人的眼睛之所以把它们都看成白的，是因为人眼对温进行了修正。人们一直想如果能够使相机拍摄出的图像彩和人眼所看到的彩完全一样就好了。但是，由于传感器本身没有这种功能，因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正，这种修正就叫做白平衡。利用白平衡功能来作修正，其原理是控制光线中红、绿、蓝三原的明亮度，使影像中最大光位达到纯白，便能令其它彩准确。所以白平衡控制就是通过图像调整，使在各种光线条件下拍摄出的照片彩和人眼所看到的景物彩完全相同。
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