精美影像背后的技术玄机
影像是如何生成的？
在使用普通的传统相机时,光学系统把捕捉到的光打在胶卷上,随后人们就可以通过一个化学过程对其进行曝光和冲洗。而在使用数码相机或摄影手机时,光仍然要通过由多个单元镜头和一个镜桶组成的光学系统,不同的是,现在光是打在由行和列组成的数字传感器阵列上,这一阵列由几百万个微小像素组成。例如,1280 1024像素的传感器为1.3 mp（百万像素） 传感器。图1为带有三个单元镜头的定焦摄像手机示例。
当光打在像素阵列上之前,它要通过彩色滤光片,确保只有红、绿或蓝色光到达每个像素上。光打在每个像素上,首先生成一个模拟信号,该模拟信号再通过模数转换器（adc）转变为数字信号。这一数字信号然后被发送到称之为成像管道（image pipe 或i-pipe）的地方。成像管道由一系列过滤处理器组成,经过过滤处理器处理后会使影像信号看起来更加逼真。
成像管道可调节白平衡和颜色,并用“捕获方式”改变图片所带的某些异常情况,例如：镜头阴影、影像几何变形、偏离镜头中心时图片清晰度下降以及数字传感器噪声。处理器或成像管道也可以压缩影像,使用jpeg格式生成可以快速写入存储介质的影像,这一压缩影像文件较小,但很精确。临时存储区也称为缓冲区,图片在被压缩以实现最终存储之前保存在缓冲区里。摄像手机中使用的基本功能模块有镜头、图像传感器、post processing、存储器等。
光线预处理
红外线滤镜的作用是挡住超过780nm的红外线并使光谱的可见光部分通过,从而确保传感器仅聚焦于肉眼所看到的事物,并优化色彩整合。这就好像在音响设备中,对大于22khz的声音不做处理一样,因为人们根本听不到这些声音,所以音响组件根本不需要对这些会降低效率或使可听到的声音失真的超量信息进行处理。如果不以这种方式将红外线挡住,这些红外线会使影像变得模糊不清,并会降低镜头所形成影像的清晰度。红外滤镜分为吸收型和反射型两种。
在这个过程中,还使用了显微透镜对昏暗的光线进行预处理,使光线以尽可能垂直的方向准确折射成像。显微透镜可以增强像素的光学灵敏度,通常位于色彩滤镜阵列（cfa）之上。
色彩滤镜阵列——bayer滤镜
光电二极管只能感应光线亮度,不能感应色彩信息。因此,必须使用某种机制以人工的方式增强它对不同色彩的灵敏度,从而向人眼呈现不同的颜色。色彩滤镜阵列的作用是确保每个传感器像素只会收到一种颜色的光：通常是红、绿、蓝三种颜色。色彩滤镜阵列可以使用不同的模式。由于人眼感应色彩的方式和人眼对绿色的灵敏度是其对红色和蓝色灵敏度的两倍这一事实,要模仿人眼的感应方式,相机需要使用更多的绿色像素来表现会被人们认为是正确颜色的影像。
bayer 模式交替使用一组红色和绿色滤镜以及一组绿色和蓝色滤镜,其中绿色像素的总数为红色和蓝色像素之和。用bayer滤镜制作的原始输出是红、蓝、绿三种颜色像素的相互镶嵌,但各种颜色像素的强度不同,这主要取决于光线照在某一特定像素上的角度。图2所示为数码相机中显微透镜和滤镜结构与传感器阵列结合使用的方式。
demosaicing算法
