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1、专业手机摄像模组制造商,无锡凯尔科技有限公司,手机摄像模组相关知识,编写：丁建宏2008.08.11,手机摄像模组概述,CCM的基本构成,Sensor是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。 sensor感光器有CCD和CMOS两种,大部分手机摄像头的感光器是CMOS感光器 。,影像传感器sensor,CCD与CMOS 两者都是利用感光二极管（ photodiode ）来进行光电转换的技术，也就是将影像从模拟表现转换成数字形式，而其主要差异就在于资料传送方式的不同。CCD影像感测器中每一行中每一个画素的电荷数据都会依次传送到下一个画素中，并由最底端部分输出，再经由影像感测器边
2、缘的放大器进行放大输出，简单的说，当CCD表面接受到因快门开启，而从镜头进来的光线照射时， 即会将光线的能量转换成电荷，光线越强、电荷也就越多，这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据。,CCD与CMOS区别 一,CCD的框架图,CMOS框架图,CCD元件上内建有通道线路，藉以将这些电荷传输至放大解码元件，使之能还原所有CCD上感光元件产生的信号，并构成了一幅完整的画面。由于此一特性，使得CCD被广泛应用在数字相机与扫瞄器上，并成为目前最大宗之感光元件来源；而在CMOS影像感测器中，每个画素都会接邻一个放大器及A/D转换电路，用类似存储器电路的方式进行资料输出的动作。,CCD与CMOS区别 二,C
3、CD与CMOS区别 三,这两种不同感光元件在画质上表现造成差异的原因在于：CCD的特殊架构可确保证影像资料在传送时不会失真，各个画素的资料可匯聚至边缘再进行放大处理；而CMOS架构之下，资料在传送距离较长时会产生噪音，也就是常见的噪点，因此，必须预先做放大的动作，再整合各个画素的资料。而在功耗方面，CMOS影像感测器的影像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由电晶体放大输出，但CCD影像感测器为被动式采集，需外加电压让每个画素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到1218V；因此，CCD影像感测器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外（需外加 power IC），高驱动电压更使其功耗
4、远高于CMOS影像感测器的水平。,1. 镜筒(barrel) 5.镜片12. 隔圈1 6.镜片23. 隔圈2 7.滤光片4. 承座(Holder),1、镜片的材料可分为：P(Plastic)和G(Glass)。2、组成（structure):VGA一般有2P组成 1.3M 一般有3P、1G2P组成 2.0M 一般有3P、 1G2P、 1G3P、 4P组成3、镜片分球面和非球面，手机镜片一般都采用非球面设计，可消除一定的球差，提高图像的边角解像力4、部件1、2、3、5、6等组合成的整体叫做lens, lens 和holder由配合螺纹相连接。,手机镜头结构,CCM的工作原理,光学基本概念介绍,透
5、镜成像原理,三条基本光线：通过镜心的光线不改变行径平行主轴的光线通过焦点光线能焦点f1之后会平行于主光轴,透镜成像基本公式,在焦距不变的情况下，改变像距，使更远处的物体清晰在Sensor表面成像，这也是Auto Focus模组的基本原理,焦 距,焦距是镜头与入射光线在镜头后面聚焦的点之间的距离。焦距是用毫米来度量的。如果一个镜头的焦距不是固定的（例如，变焦镜头），那么在相机的规格说明中焦距就会表示为一个范围。当拉远镜头以拍摄广角的图像时就使短焦距，而当拉近镜头以拍摄主题特写时（摄远镜头）时使用长焦距。焦距固定的镜头，即定焦镜头；焦距可以调节变化的镜头，就是变焦镜头。,焦深与F（光圈）的关系,小
6、光圈能得到更大的景深，由于手机摄像模组的焦距及光圈的限制，一般手机摄像模组因体积的关系，光圈做得比较小（F 2.8），这样可以得到更大的景深。,容许错乱圆c的大小,手机CCM 的容许错乱圆c一般在2-3个像素。也就是说，当理想成像点落在相邻的2-3个像素之间时，均能得到清晰的像。,Sensor内部的像素分布,单个像素,像素表面的微透镜,景深与焦深,以后焦深和前焦深分别作为理想成像点，对应的物距为近点距离dn和远点距离df。dn与df这间的距离叫做景深，依焦深的概念，在此距离范围内的物体均可以拍摄清晰。这就是为什么定焦的模组其实能在一定的距离内成清晰的像的原因。,高像素与AutoFoucs,1、
7、容许错乱圆决定了镜头的景深，也就是清晰的成像距离范围。2、容许错乱圆与芯片的pixel size有关，一般为2-3个pixel.3、同一感光面积的 Sensor，更高的像素意味着更小的pixel Size. 结合1、2，高像素的景深就相对较小了。需要改变像距来拍摄更大范围的景物。4、更高像素的sensor,需要更大的光圈来单个像素上的光强，但手机由于体积的限制，光圈一般为固定（F2.8）或是两档。（F2.8/5.6）5、特殊的功能需求，如名片识别，对像素有要求，同时对拍摄距离也有要求，定焦产品难以满足。,景 深 细 解,景深与镜头焦距有关。焦距长的镜头，景深小，焦距短的镜头，景深大。景深与光圈
8、有关。光圈越小，景深就越深；光圈越大，景深就越浅。其次，前景深小于后景深，也就是说，精确对焦之后，对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像，而对焦点后面很长一段距离内的景物，都是清晰的。,光学防抖动技术一,关闭光学防抖,开启光学防抖,在不用三脚架的手持摄影中，从生物学角度看摄影者总会产生不可避免的微小晃动，这些微小的晃动在一段快门时间内，往往会使光轴发生偏移，从而导致照片模糊。尤其是在日暮时分和在室内拍摄时，由于快门速度较低，晃动产生的影响会更大。而防抖动功能就是通过光学透镜或者CCD的移动来补偿这种“光轴偏移”，从而使晃动的影响减少，使画面更加清晰。,光学防抖动技术二,松下的MEGA O
9、.I.S.光学防抖机构,光学防抖动技术 手机展示,索爱S0905ics,手机CCM的分类及结构,按连接器及外形,按变焦能力,金手指,定焦两段对焦自动对焦光学变焦,双排BTB,Socket,两段对焦,自动对焦,基本分类,定焦摄像模组,定焦摄像模组，镜头位置与Sensor的相对距离是固定的。,自动对焦摄像模组 一,机械式VCM模组,通过VCM（Voice Coin Motor）推动镜头位置的变化，实现对焦。,VCM AF摄像模组,自动对焦摄像模组 二,液体镜头模组,液体镜头模组（LL CCM）是一种特殊的AF模组，其内部结构包含一颗液态镜头，在镜头两个电极上加不同的电压，镜头的表面屈光度会按一定规
10、律变化，从而改变了镜头的焦距。,采用VariOptics的416型液体镜头模组,自动对焦模组外部控制,Sensor的I2C总线和VCM DRIVER I2C总线并连，此种连接方式在做AF动作的时候，需要外部的CPU进行控制。图像的清晰度判定也需要外部的CPU来完成。,自动对焦模组内部控制,Sensor的I2C总线独立出来，VCM DRIVER I2C总线连在sensor的GPIO口上，此种连接方式在做AF动作的时候，对焦动作由Sensor 发出指令完成，图像的清晰度判定也在sensor内部完成。普通的Sensor 没有此功能的，OV3640,OV3642均支持该方式的对焦。,ZOOM摄像模组一
11、,传统机械光学变焦,通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候，如下图，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人感觉像物体递进的感觉。,焦距与视角的关系,机械光学变焦原理,由电机驱动一组透镜在镜筒内移动，从而改变镜头的等效焦距，达到放大画面的效果。如右图,ZOOM手机展示,三星G800/G808,NOKIA N93/N93i,索爱S0905ics,天宇C700,夏普903SH,ZOOM摄像模组 二,非机械光学变焦,群组式特殊定位透镜 配合专用的算法，可以实现ZOOM的效果。结构与定焦类似，功能强，体积小。,传统的机械ZOOM面临问题,低倍光学变焦（一
12、般是三倍）放大效果有限。高倍光变模组设计复杂，成本较高，体积巨大。手机的便携性及稳定性要求在光变模式下必须有光学防抖技术，这一技术目前只有少数的日系厂家掌握。光变带来Sensor成像角变化，对Sensor要求较高，普通的Sensor效果差，在长焦端会有很大的色差及相差，图像会模糊。高分辨率AF模组的冲击。800万像素以上的AF镜头，配合数码变焦，同样可以获得较好的有效像素。,右图 Sensor成像角太小，导致红色光线无法聚焦在Sensor上，相差较大，图像模糊。,Xenon 闪光灯模组,数码相机内带的闪光灯通常可以照亮9-10英寸(约三米左右)的距离.手机使用的Xenon照亮距离一般为1米-1
13、.5米左右。,手机摄像模组的发展趋势,像素发展趋势,手机摄像模组发展趋势,凯尔Road Map及产品介绍,GIF,0.3M,1.3M,3-Q2007,4-Q2007,1-Q2008,2-Q2008,Time,3-Q2008,4-Q2008,May,Feb.,Nov.,Aug.,Nov.,1-Q2009,Feb.,2.0M,OV9655 1/4” 9.5X9.5X6.5mm,3.0M,医用内窥 CCM,AV infrared CCM,PC camera 60 x8x5mm,医用牙科 CCM,All The Picture is Reference,OV2640AF10*10*6mm,OV2650
14、 FF6.5*6.5*4.4,OV3640 FF8.5*8.5*5,OV7690 FF4.5*4.5*2.8,OV3640AF10*10*6mm,OV9665 FF6*6*4.1,OV5630AF10*10*6mm,OV6690 FF,凯尔Road Map,5.0M ZOOM,普通定焦模组(FF CCM)，制作成本较低，调试方便，成像效果一般，常用于对拍照功能不苛刻手机。以下最小规格：,定焦手机摄像模组,产品介绍,AutoMacro实现微拍功能的模组。AMF是通过电磁原理，用一组线圈控制镜头的近焦和远焦，实现近景和远景的切换。 使用时，只要在控制引脚加上高电平或低电平，镜头就会远近伸缩移动。A
15、MF只能控制两个对焦点。,自动微距手机摄像模组,产品介绍,自动对焦模组（AF CCM）是成像最好的模组，其动作原理和相机的工作原理类似，镜头安装在一个对焦马达上，通过驱动马达的移动，实现镜头的伸缩，对焦过程： 通过实时检测图像的清晰度，自动调节镜头的调焦距离，如果不清晰就驱动对焦马达（VCM）调节镜头的BFL实现，直到图像最佳，AF CCM 的镜头景深可以实现连续变化，这样不论物体的远近，AF CCM 都能拍摄很好的成像效果。 在高端产品开发方面，凯尔一直走在前列，目前AutoFocus产品已实现量产能力，AutoFocus的生产线也已完成，并已进行了数次小批量及批量生产。以下最小规格：,自动
16、对焦手机摄像模组,产品介绍,红外摄像模组，用在特殊场合。在极低的照度下能提供清晰的图像。在低照度下图像为黑白。,SPEC:Resolution: 640*480pixelSensor: OV7725Sensor Size: 1/4Shape: Same as Custom ModuleModule Size: 8*8*4.5mm(W*L*H)Capture Distance: 30mm-INFmmFocus Distance: Can be customizedOutput: YUV/RGB,Dark Environment,Day Light,FPC Type,Socket Type,红外手
17、机摄像模组,产品介绍,手机摄像模组影像测试,影像评价指标一,分辨率测试模组的细节表现能力色彩还原测试对色彩的还原能力亮度均匀性图像四角与中心亮度差颜色均匀性颜色的均度白平衡不同色温下色彩还原能力灰阶对图像层次的还原能力信噪比画面洁净度畸变画面几何失真性FLARE对强对比度画面的稳定,影像测试,影像评价指标二 AutoFocus,对焦范围姿势差画面清晰度对焦准确性,分辨率,分辨率：相机模组对图像细节的表现能力，越高越好。由于Sensor由一个个的像素组成，每颗sensor都有极限分辨率,ISO12233分辨率测试卡,标准光源灯箱,分辨率测试软件HY Res3.1,色彩还原,测试模组对标准色卡颜色
18、的复现能力，测试环境要求D65标准光源及专业软件。采用Lab色度空间，主要指标为色差 ，亮度差 ，色彩饱和度Sat：,*号为标准值,亮度均匀性,可调LED标准白光源,采用多重镜片组合设计的镜头，镜片材质、形状，或多或少都会影响光线路径和光量大小；理想镜头于均匀光线下，自中心到边缘的光分布应为相同，但实际上却不容易 做到，形成许多摄影人员口中的暗角现象。 亮度均匀性检测，可以看出镜头中心到边缘影像光线不均匀分布的情形,Imatest 测试结果,颜色均匀性,测试模组对色彩均匀性的还原能力。主要测试在图像边缘区域对色彩的还原是否失真。,KODAK Q18测试卡,测试区域,白平衡,白平衡差异（Whit
19、e Balance）影响数字相机的色彩表现甚巨，虽然大多数的数字相机自动白平衡（AUTO WB）都能应付一般的拍摄状况。不过， 若将白平衡误差 更进一步以（K）色温来区分，则误差普遍存在于各厂家的设定之中。ColorChecker 特别针对白平衡部分设计了图块检测， 1 为原始摄影图块 2 为理想的 ColorChecker HSV值合并运算曝光之表现 3 原始 ColorChecker 理想值，以 HSV 和 K 两种系统显示白平衡的误差比值。,灰阶响应,测试模组对灰阶的响应能力，一般人眼能分辨的灰阶差为8DN以上。,Kodak 的 Q13 灰阶测试卡,灰阶测试,信噪比,信噪比（SNR）：测
20、试模组拍摄画面的洁净程度,信噪比高,信噪比低,信噪比测试,畸变,畸变：测试画面的透视关系是否失真,无畸变,桶形畸变,枕形畸变,畸变测试,FLARE,对强点光源的还原情况，是否有毛茸茸的效果。边缘越清晰越好。,OK,FLARE,GHOST,对焦范围,检测Auto Focus模组能拍摄的最远和最近景深。控制VCM在最高和最低点的位置，验证能拍摄清晰照片的距离。,姿势差,测试在不同的姿势下Auto Focus模组的对焦能力。一般测试水平（正常拍摄）；仰视；俯视三个姿势差。,画面清晰度,在不同的距离的对焦物体下，画面主体的清晰度。主要指画面中心的清晰度。,对焦准确性,用来验证对焦算法和VCM的匹配关系
21、，验证VCM是否在运行过程中有卡位等现像。验证方法：实拍或专用的测试分析工具,凯尔产品性能测试优势,齐全的光学检测设备，可以测试所有的影像参数。标准的研发样品制作测试车间，研发实验室按照YDT 1607-2007国标进行影像检验专业的图像测试分析软件资深光机电一体化测试工程师,使用CCM设计注意事项,FPC的弯折和划伤不能沿着钢片和补强板边缘弯折连接器、金手指的沾污和插拔镜头的保护 不同的socket型号对应不同的socket规格，因此在使用过程中不能任意替换socket。Camera I2C 总线如与其它设备进行共用，要采用Power dwon模式，而不能用Power off模式。,设计注意
22、事项,注意事项,FPC的弯折和划伤,不能沿着钢片和补强板边缘弯折，会造成内部线路断路，产品报废。,注意事项,模组结构图,连接器的沾污和插拔,与手机进行电器连接的部分注意保持清洁。,注意事项,镜头的保护,注意事项,在安装时不要将保护膜撕下安装完成再撕保护膜保护膜撕下后，注意不要用手触摸镜头通光孔。,Socket选型,不同的socket型号对应不同的socket规格，因此在使用过程中不能任意替换socket。,注意事项,低接触Socket,侧接触Socket,I2C 总线,Camera I2C 总线如与其它设备进行共用，要采用Power Down模式，而不能用Power off模式。,注意事项,使用AF模组结构注意一,结构上处理防尘,注意事项,注意镜头对焦间隙,使用AF模组结构注意二,近景时，镜头会伸出一定高度，在手机外壳设计时，注意给镜头动作留有空间,
