Τι είναι οι μονάδες κάμερας;

Βασικός ορισμός
Μια μονάδα κάμερας είναι ένα πλήρες λειτουργικό εξάρτημα που μετατρέπει τις οπτικές εικόνες σε ηλεκτρονικά σήματα. Δεν είναι απλώς ένας μόνο φακός ή τσιπ, αλλά μάλλον μια συσκευασμένη συναρμολόγηση εξαρτημάτων ακριβείας. Είναι το βασικό στοιχείο που επιτρέπει την εγγραφή φωτογραφιών και βίντεο σε συσκευές όπως smartphone, υπολογιστές, αυτοκίνητα και κάμερες ασφαλείας.

Μπορείτε να το σκεφτείτε ως την καρδιά και τα μάτια μιας «μίνι κάμερας», που είναι υπεύθυνη για όλες τις βασικές εργασίες από το «βλέποντας» έως τη «δημιουργία ψηφιακών φωτογραφιών/βίντεο».

Κύρια στοιχεία μιας μονάδας κάμερας
Μια τυπική μονάδα κάμερας αποτελείται συνήθως από τα ακόλουθα βασικά στοιχεία:

Φακός

Λειτουργία: Υπεύθυνος για τη συλλογή φωτός, ενεργώντας ως το "μάτι" της κάμερας. Συνήθως αποτελείται από πολλαπλούς φακούς (πλαστικούς ή γυάλινους) για τη διόρθωση των εκτροπών και την εστίαση του φωτός.

Βασικές παράμετροι: Εστιακή απόσταση, διάφραγμα (αριθμός F).

Αισθητήρας εικόνας

Λειτουργία: Αυτή είναι η "καρδιά" και ο "εγκέφαλος" της ενότητας. Μετατρέπει τα φωτεινά σήματα που συλλαμβάνονται από τον φακό σε ηλεκτρικά σήματα. Είναι το πιο κρίσιμο στοιχείο για τον προσδιορισμό της ποιότητας της εικόνας (όπως η ανάλυση, ο θόρυβος και το δυναμικό εύρος).

Τύποι: Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι: CCD (συσκευή σύζευξης φόρτισης, που χρησιμοποιείται κυρίως σε επαγγελματικές εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας) και CMOS (συμπληρωματικός ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου, επί του παρόντος η κυρίαρχη μορφή στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης λόγω της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, του χαμηλού κόστους και της υψηλής ταχύτητας).

Φίλτρο υπερύθρων

Λειτουργία: Συνήθως εγκαθίσταται μεταξύ του φακού και του αισθητήρα. Το εύρος μήκους κύματος του φωτός που είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι είναι από 380nm έως 780nm και οι αισθητήρες είναι επίσης ευαίσθητοι στο υπέρυθρο φως. Η αποτυχία φιλτραρίσματος του υπέρυθρου φωτός θα έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση χρωμάτων (συνήθως κοκκινωπή απόχρωση) στις εικόνες που τραβήξατε. Το φίλτρο υπερύθρων μπλοκάρει το υπέρυθρο φως και επιτρέπει μόνο στο ορατό φως να περάσει, εξασφαλίζοντας ακριβή αναπαραγωγή χρώματος.

Μοτέρ φωνητικού πηνίου

Λειτουργία: Χρησιμοποιείται για την οδήγηση του φακού και την επίτευξη εστίασης. Μεταβάλλοντας το μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο, η θέση του φακού από μπροστά προς τα πίσω ελέγχεται με ακρίβεια, εξασφαλίζοντας σαφή εστίαση στον αισθητήρα.

Τύποι: Κινητήρας ανοιχτού βρόχου, κινητήρας κλειστού βρόχου, μεταλλικός κινητήρας μνήμης κ.λπ., με διαφορετικούς τύπους που προσφέρουν ποικίλες ταχύτητες εστίασης και ακρίβεια.

Υπόστρωμα και σύνδεσμος

Λειτουργία: Παρέχει φυσική υποστήριξη και ηλεκτρικές συνδέσεις για τον αισθητήρα εικόνας και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Συνδέεται με την κεντρική πλακέτα της συσκευής μέσω μιας ευέλικτης πλακέτας κυκλώματος ή υποδοχής, μεταδίδοντας δεδομένα, σήματα ισχύος και ελέγχου.

Βάση και βραχίονας

Λειτουργία: Ασφαλίζει και συσκευάζει με ακρίβεια όλα τα παραπάνω εξαρτήματα μαζί, εξασφαλίζοντας οπτική ευθυγράμμιση και προστατεύοντας τα ευαίσθητα εσωτερικά εξαρτήματα από σκόνη, κραδασμούς και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Ροή εργασιών μονάδας κάμερας

Μια απλοποιημένη διαδικασία απεικόνισης είναι η εξής:

Φως → Φακός (εστιάζει το φως) → Φίλτρο υπερύθρων (φιλτράρει το υπέρυθρο φως) → Αισθητήρας εικόνας (μετατρέπει τα οπτικά σήματα σε ηλεκτρικά σήματα) → Εσωτερικός ISP ή κύριο τσιπ (επεξεργάζεται τα ηλεκτρικά σήματα, όπως μείωση θορύβου, διόρθωση χρώματος και συμπίεση) → Τελική ψηφιακή εικόνα/βίντεο

Βασικοί τεχνικοί δείκτες των μονάδων κάμερας
Οι παρακάτω δείκτες χρησιμοποιούνται γενικά για την αξιολόγηση της ποιότητας μιας μονάδας κάμερας:

Μέγεθος αισθητήρα:Συνήθως εκφράζεται σε ίντσες (π.χ. 1/1,7") ή διαγώνιο μήκος. Όπως λέει και η παροιμία, "ένας μεγαλύτερος αισθητήρας σημαίνει περισσότερα," ένας μεγαλύτερος αισθητήρας σημαίνει γενικά καλύτερη ποιότητα εικόνας, λιγότερο θόρυβο και βελτιωμένο bokeh.

Μέγεθος pixel:Το φυσικό μέγεθος ενός μόνο εικονοστοιχείου, μετρημένο σε μικρά (μm). Με την ίδια τεχνολογία, τα μεγαλύτερα pixel καταγράφουν περισσότερο φως και παρέχουν καλύτερη απόδοση σε χαμηλό φωτισμό.

Μέθοδοι εστίασης:Τα κοινά περιλαμβάνουν την ανίχνευση φάσης, την αντίθεση και την εστίαση με λέιζερ, τα οποία επηρεάζουν την ταχύτητα και την ακρίβεια εστίασης.

Οπτική σταθεροποίηση εικόνας:Αντισταθμίζει το κούνημα του χεριού μετακινώντας τον φακό ή τον αισθητήρα, βελτιώνοντας την ποιότητα εικόνας και τη σταθερότητα του βίντεο.

Εφαρμογές:Οι μονάδες κάμερας είναι πανταχού παρούσες, με εφαρμογές που περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται σε:

Smartphones:Η μεγαλύτερη αγορά για μονάδες κάμερας, από πολυ-κάμερες τοποθετημένες στο πίσω μέρος έως κάμερες selfie στο μπροστινό μέρος.

Αυτοκίνητα:Χρησιμοποιείται για εφεδρικές κάμερες, θέαση surround 360 μοιρών, συστήματα οπτικής αντίληψης αυτόνομης οδήγησης (ADAS) και κάμερες ταμπλό.

Παρακολούθηση ασφαλείας:webcam, CCTV κ.λπ.

Φορητοί υπολογιστές/tablet:Χρησιμοποιείται για βιντεοκλήσεις.

Ιατρικός εξοπλισμός:ενδοσκόπια, οδοντιατρικές κάμερες κ.λπ.

Βιομηχανική επιθεώρηση:Μηχανική όραση για ανίχνευση ελαττωμάτων προϊόντος, μέτρηση διαστάσεων, αναγνώριση γραμμωτού κώδικα κ.λπ.

Συσκευές IoT:έξυπνα κουδούνια, drones, συσκευές AR/VR κ.λπ.

Εν ολίγοις, μια μονάδα κάμερας είναι ένα εξαιρετικά ενσωματωμένο σύστημα φωτοηλεκτρικής μετατροπής. Είναι κάτι περισσότερο από έναν φακό ή έναν αισθητήρα. Περιλαμβάνει έναν πολύπλοκο συνδυασμό οπτικών, μηχανικών, ηλεκτρονικών και αλγορίθμων λογισμικού. Κάθε ψηφιακή φωτογραφία και βίντεο που βλέπουμε στην καθημερινή μας ζωή καταγράφεται και μετατρέπεται πρώτα από αυτή τη μικροσκοπική μονάδα.