相机摄像工作原理与过程

相机拍摄物体的大致过程为：物体反射（或照射）的光线经过镜头，到达图像传感器，图像传感器把光信号转换为电信号，然后模数转换器件把电荷信号转换成数字信号，数字信号经过放大电路进入微处理器，数字信号经过ISP运算处理之后传输到存储器中存储为图像。示意图如下：

1. 图像传感器

图像传感器是相机的主要组件之一，对成像质量影响很大。

传感器将从镜头上传导过来的光线转换为电信号，再通过内部的DA转换为数字信号。由于传感器的每个pixel只能感光R光或者B光或者G光，如下图，因此每个像素此时存贮的是单色的，我们称之为RAW DATA。要想将每个像素的RAW DATA还原成三基色，就需要信号处理器ISP来处理。

图像传感器主要分两种，CCD（charge-coupled device，电荷耦合器件）和CMOS（complementary meta-oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）。CCD传感器成像质量好，图像明锐通透，细节丰富，色彩还原度好，但是成本较高，耗电功率高。CMOS传感器成像质量稍差，但耗电功率较低，成本也比DDC低。当今手机中主要还是采用CMOS传感器。CMOS传感器中集成了模数转换器，CCD传感器没有集成了模数转换器。

2. 图像信号处理器

图像信号处理器（Image Signal Processing，ISP）的作用就是对图像传感器传输过来的信号进行运算处理，最终得出经过线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色插值、白平衡校正、曝光校正等处理后的结果。ISP能够在很大程度上决定相机最终的成像质量。

ISP 的主要功能特性包括：

DEMOSAIC

DEMOSAIC 是 ISP 的主要功能之一。SENSOR 的像素点上覆盖着 CFA，光线通过 CFA 后照射到像素上。CFA 由 R、G、B 三种颜色的遮光罩组成，每种遮光罩只允许一种颜色通过，因此每个像素输出的信号只包含 R、G、B 三者中的一种颜色信息。SENSOR 输出的这种数据就是 BAYER 数据，即通常所说的 RAW 数据。显而易见，RAW 数据所反映的颜色信息不是真实的颜色信息。DEMOSAIC 就是通过插值算法将将每个像素所代表的真实颜色计算出来。
FOCUS

根据光学知识，景物在传感器上成像最清晰时处于合焦平面上。通过更改 LENS 的位置，使得景物在传感器上清晰的成像，是 ISP FOCUS 功能所需要完成的任务。FOCUS 分为手动和自动两种模式。ISP 可以运行 CONTRAST AF、PDAF、LASER AF 等算法实现自动对焦。
EXPOSURE

曝光。EXPOSURE 主要影响图像的明暗程度。ISP 需要实现 AE 功能，通过控制曝光程度，使得图像亮度适宜。
WB

白平衡。白平衡与色温相关，用于衡量图像的色彩真实性和准确性。ISP需要实现 AWB 功能，力求在各种复杂场景下都能精确的还原物体本来的颜色。
LSC

用于消除图像周边和图片中心的不一致性，包含亮度和色度两方面。ISP 需要借助 OTP 中的校准数据完成 LSC 功能。
GAMMA CORRECTION

伽玛校正。传感器对光线的响应和人眼对光线的响应是不同的。伽玛校正就是使得图像看起来符合人眼的特性。
CROP/RESIZE

图像剪裁，即改变图像的尺寸。可用于输出不同分辨率的图像。
VRA

视觉识别。用于识别特定的景物，例如人脸识别，车牌识别。ISP 通过各种 VRA 算法，准确的识别特定的景物。
DRC

动态范围校正。动态范围即图像的明暗区间。DRC 可以使得暗处的景物不至于欠曝，而亮处的景物不至于过曝。ISP 需要支持 DRC 功能。
CSC

颜色空间转换。例如，ISP 会将 RGB 信号转化为 YUV 信号输出。
IS

图像稳定。IS 的主要作用是使得图像不要因为手持时轻微的抖动而模糊不清。IS 有很多种，例如 OIS、DIS、EIS。ISP 可以实现 DIS 和 EIS。