Co to są moduły kamery?

Definicja modułu kamery
Moduł kamery to kompletny, funkcjonalny komponent, który konwertuje obrazy optyczne na sygnały elektroniczne. To nie tylko pojedynczy obiektyw czy układ scalony, ale raczej zapakowany zespół precyzyjnych komponentów. Jest to kluczowy element, który umożliwia nagrywanie zdjęć i filmów w urządzeniach takich jak smartfony, komputery, samochody i kamery monitoringu.

Można o nim myśleć jak o sercu i oczach "mini kamery", odpowiedzialnym za wszystkie podstawowe zadania, od "widzenia" po "generowanie cyfrowych zdjęć/filmów".

Główne komponenty modułu kamery
Typowy moduł kamery składa się z następujących kluczowych komponentów:

Obiektyw

Funkcja: Odpowiada za zbieranie światła, działając jako "oko" kamery. Zazwyczaj składa się z wielu soczewek (plastikowych lub szklanych) w celu korekcji aberracji i ogniskowania światła.

Kluczowe parametry: Ogniskowa, przysłona (liczba F).

Czujnik obrazu

Funkcja: To "serce" i "mózg" modułu. Konwertuje sygnały świetlne przechwycone przez obiektyw na sygnały elektryczne. Jest to najważniejszy komponent w określaniu jakości obrazu (takiej jak rozdzielczość, szumy i zakres dynamiczny).

Typy: Istnieją dwa główne typy: CCD (układ ze sprzężeniem ładunkowym, stosowany głównie w wysokiej klasy profesjonalnych zastosowaniach) i CMOS (komplementarny półprzewodnik metal-tlenek-krzem, obecnie dominująca forma w elektronice użytkowej ze względu na niskie zużycie energii, niski koszt i dużą prędkość).

Filtr IR

Funkcja: Zazwyczaj instalowany między obiektywem a czujnikiem. Zakres długości fal światła widzialnego dla ludzkiego oka wynosi od 380 nm do 780 nm, a czujniki są również wrażliwe na światło podczerwone. Niefiltrowanie światła podczerwonego spowoduje przesunięcie kolorów (zazwyczaj czerwonawy odcień) na przechwyconych obrazach. Filtr IR blokuje światło podczerwone i przepuszcza tylko światło widzialne, zapewniając dokładne odwzorowanie kolorów.

Silnik cewki drgającej

Funkcja: Służy do napędzania obiektywu i uzyskiwania ostrości. Zmieniając wielkość i kierunek prądu przepływającego przez cewkę, precyzyjnie kontroluje się położenie obiektywu w przód i w tył, zapewniając wyraźną ostrość na czujniku.

Typy: Silnik z otwartą pętlą, silnik z zamkniętą pętlą, silnik z metalu pamięciowego itp., z różnymi typami oferującymi różne prędkości i dokładność ogniskowania.

Podłoże i złącze

Funkcja: Zapewnia fizyczne wsparcie i połączenia elektryczne dla czujnika obrazu i innych komponentów elektronicznych. Łączy się z płytą główną urządzenia za pomocą elastycznej płytki drukowanej lub złącza, przesyłając dane, zasilanie i sygnały sterujące.

Podstawa i wspornik

Funkcja: Precyzyjnie zabezpiecza i pakuje wszystkie powyższe komponenty razem, zapewniając wyrównanie optyczne i chroniąc delikatne elementy wewnętrzne przed kurzem, wstrząsami i zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Przepływ pracy modułu kamery

Uproszczony proces obrazowania jest następujący:

Światło → Obiektyw (ogniskuje światło) → Filtr IR (filtruje światło podczerwone) → Czujnik obrazu (konwertuje sygnały optyczne na sygnały elektryczne) → Wewnętrzny ISP lub główny układ (przetwarza sygnały elektryczne, takie jak redukcja szumów, korekcja kolorów i kompresja) → Ostateczny obraz/wideo cyfrowe

Kluczowe wskaźniki techniczne modułów kamer
Następujące wskaźniki są ogólnie używane do oceny jakości modułu kamery:

Rozmiar czujnika:Zazwyczaj wyrażany w calach (np. 1/1,7") lub długości przekątnej. Jak mówi przysłowie, "większy czujnik oznacza więcej", większy czujnik generalnie oznacza lepszą jakość obrazu, mniej szumów i ulepszone bokeh.

Rozmiar piksela:Fizyczny rozmiar pojedynczego piksela, mierzony w mikronach (µm). Przy tej samej technologii większe piksele przechwytują więcej światła i zapewniają lepszą wydajność w słabych warunkach oświetleniowych.

Metody ustawiania ostrości:Powszechne metody obejmują detekcję fazy, kontrastu i ostrości laserowej, które wpływają na szybkość i dokładność ustawiania ostrości.

Optyczna stabilizacja obrazu:Kompensuje drgania dłoni, przesuwając obiektyw lub czujnik, poprawiając jakość obrazu i stabilność wideo.

Zastosowania:Moduły kamer są wszechobecne, a ich zastosowania obejmują, ale nie ograniczają się do:

Smartfony:Największy rynek dla modułów kamer, od tylnych kamer wieloobiektywowych po przednie kamery do selfie.

Samochody:Używane do kamer cofania, widoku otoczenia 360 stopni, systemów wizualnej percepcji jazdy autonomicznej (ADAS) i wideorejestratorów.

Monitorowanie bezpieczeństwa: kamery internetowe, CCTV itp.

Laptopy/tablety:Używane do rozmów wideo.

Sprzęt medyczny: endoskopy, kamery dentystyczne itp.

Kontrola przemysłowa: Wizja maszynowa do wykrywania wad produktów, pomiaru wymiarów, rozpoznawania kodów kreskowych itp.

Urządzenia IoT: inteligentne dzwonki do drzwi, drony, urządzenia AR/VR itp.

Krótko mówiąc, moduł kamery to wysoce zintegrowany system konwersji fotoelektrycznej. To coś więcej niż tylko obiektyw lub czujnik; obejmuje złożone połączenie optyki, mechaniki, elektroniki i algorytmów oprogramowania. Każde cyfrowe zdjęcie i wideo, które widzimy w naszym codziennym życiu, jest najpierw przechwytywane i konwertowane przez ten maleńki moduł.