来自手机硬件架构工程师的表白
首页 > 行业 >
来自手机硬件架构工程师的表白
返回
来自手机硬件架构工程师的表白
发布时间: 2018-12-12
浏览次数: 473
 
       手机拍照的简便性促进了拍摄普及,拍摄应用的普及又促进了有关技术和产品的进化发展。为拍摄布光/闪光的关联技术受到越来越多的关注,逐渐成为改善用户感受和产品差异化研究的一个重要方向。
 

氙灯闪光与LED闪光的差距
 
       氙灯亮度高、光谱更接近日光,但储能电容的尺寸大,无法满足手机外形设计的要求,不能连续或者快速照明方便预览。氙灯内置对手机来讲很困难,只可能作为辅助的外置配件使用(包括使氙灯处于连续发光的布光灯,因其发热和驱动复杂,也只适合做成附件)。尽管氙闪光灯不适合手机,但它是被广泛认知的典型设备,可以作为对比的标杆。
 

LED闪光越亮越好
 
       单从保证曝光量来看,闪光灯肯定是越亮越好;如果能把要拍摄的环境照亮到跟正常环境光亮一样,以正常环境设计优化的相机一定效果最好。拍摄时对所拍摄对象的照射来自不同的光源,并不是只有闪光灯。有时需要控制闪光灯照射成份的比例。
 
       在具体的拍摄场景中闪光灯的照度不是越强越好,但从闪光灯的能力讲,肯定是越强越好。闪光布光的效果受到众多因素的影响,例如光源反光影像的影响和闪光光源随距离快速衰减导致远近亮度快速变化的影响,单靠提高照度改善拍摄效果可能带来其它问题。这些负面效果限制了加大闪光电流。
 

加大LED闪光灯电流的瓶颈
 
       制约加大电流的因素包括LED能力、驱动电路能力、电池输出能力、散热结构和闪光过程的控制。白光LED中二极管材料可以承受高温,制约LED的因素是荧光材料的热荧光淬灭和光学封料的热稳定性。通过对恒流驱动时LED正向压降的细微变化拟合分析测量了LED的温度建立过程,证实了晶体自己的升温和晶体到封装体的热转移存在较大时间差。
 
 
       手机相机在拍照前处于连续图像采集和预览中;通常以30fps帧速率不断更新。可从预览图像中获取闪光灯设置需要的大多数参数。由于不同拍摄对象闪光布光效果不同,并不能仅依靠其它光源来确定有闪光拍摄时的参数,启用LED使照射出现增量或者减量测算布光效果是必要。
 

其他影响闪光灯拍摄效果的因素
 
       其他影响拍摄效果的因素还包括拍摄距离、闪光灯亮度等。
 

PS:解决问题还是要双色温改善
 
       物体被加热到高温时的发光包括两个部分,其中一部分仅仅与温度相关,是原子热运动有关的、稳定的本征特性。这部分跟材料成分无关,被称为黑体辐射。黑体辐射这种材料无关特性使其适用于计量比对。较低CCT的光照环境中红色分量较多,景物看起来的色调称暖色;蓝色分量大的色调即冷色。直接对照片不同颜色分量像素的亮度调整,包括调整不同颜色间的关系跟调节拍摄时照明色调取得的效果一致,比调节照明更灵活。
 
 
       采用单冷白色LED拍照时蓝色分量幅度大,按照日光光谱配置的各分量量化动态范围这时无法照顾另外分量的幅度,压制了其量化细节。采用双色温LED闪光布光,则可以保证不同分量信号的幅度都在合适的范围内。只有获取的原始数据较好地包括了不同分量的细节后,对直方图的调节才可以保证良好复现和修饰。双色温闪光的目的是保证各分量都能获取到最多细节,改善色分量压制。
 
       一幅图像的分量和亮度直方图是被拍摄景物和照明共同决定的。对机器视觉和对供人观察使用的图像获取都要求尽可能获得更多的细节,即各分量直方图最好都在较高亮度的范围内分布。供人使用的图像在复现时(显示和打印出来)还需要进一步保证在约定的正常观察条件下,复现尽可能接近直视的效果。甚至在直视和拍摄照明条件不好时,也要争取复现出相当于良好照明条件的直视效果。
 
设置布光闪光电流
 
       讨论布光电流设置时限排除双色温配置电流匹配的设置;如前所述,双色温的电流匹配以白平衡灰板测试为依据,使RGB三色输出直方图匹配即可。LED光输出与电流的关系稳定、线性,只要维持比例,在不同电流大小时不需要改变这个比例。除非加大距离和采用面光源布光,电流大小不能改善耀斑压制(加大距离意味着需要更大强度布光),距离和光源几何形状确定后需要评估耀斑压制的程度决定布光的增加值。黑背景水平(BL,即暗电流校正)决定了哪些部分的数据是有效的;对低于这个亮度部分耀斑压制不必考虑。最后还需要考虑散热限制能使用的电流和持续时间。
 
       LED闪光布光通过测试闪光(预闪或短时间停止布光),在原有光照基础上使曝光量增量/减量确定拍摄需要的布光闪光电流设置。一般步骤如下:

1.预览期间自动或手动确定主要目标区域,获取这些区域的分量参数分布;这期间可能已打开手电模式做布光照明。
 
2.以较小电流闪光或暂停布光获取曝光增量/减量的图像,根据这次照明变化在主要区域导致的曝光增量/减量判断耀斑压制的程度以及曝光水平与黑背景的关系,在耀斑压制可接受的范围内尽可能提供较大曝光量,然后根据曝光量要求控制曝光时间。由于曝光时间过长容易因位移出现不稳定,在耀斑压制许可的范围内应尽可能用大电流、短时间曝光。
 
3.单冷色LED布光闪光时,需要结合原有光照考虑增量部分的偏色对其它颜色分量的压制。这与布光目标矛盾,即原有光照越强越可以用较强闪光,越弱越要用弱闪光(双色温则没有这个问题)。如果原有光照已接近黑背景水平,即原有光照没有贡献时,单冷LED布光闪光的设置跟双色温LED一样,只要耀斑压制和散热许可,越大越好。




柔光前闪和多灯
 
       柔光前闪试图减轻预览时点光源的刺眼程度和在闪光时的炫目感。
 
       环闪利用光源散布改善耀斑压制,提高照射均匀性和消除反射影像,同时也提高了LED的散热能力。环闪的效果取决于相对尺度。相对于环的尺度,较短距离效果显著。环闪散热能力使得可使用更大功率LED。环闪是线-面布局的一种,这种线-面布局对改善布光闪光效果显著。
 
 
屏幕布光闪光和柔光布光闪光
 
       屏幕布光的面光源化减轻刺眼效果优于白膜或沙化散射效果。
 
       背光LED用于大电流闪光需要改变驱动电路和控制好时间与时序,以及针对不同个体、对获取的图像做色温修正。
 

闪光时序控制是关键
 
       WLED产品的正向电压的典型范围在3V~3.8V之间,大电流时严重发热。精确设计布光输出时间和时序,只在需要的时候输出需要的电流可直接降低发热而不必做硬件改动。利用降低预闪电流或暂停布光可把大多参数采集放在图像采集前、进一步降低消耗和留给主闪以更大电流预算。
 

利用转角光导散布
 
       无论是从发热还是从改善光源布局的需要看,把布光光源分布开是改善布光闪光的改进方向。利用白膜或沙化散射效果不佳、严重衰减。采用类似背光模组的结构和楔形槽把大功率LED的面发光导入导光板、在导光板内部多次反射形成均匀的杂向光。
 
       这个结构作用是在低高度内实现把平面安装的闪光LED的法向发光转移到水平的导光板中。这个结构制作小型90°折转光导用于背光面闪中把闪光LED的法向发光折转90°注入背光组件的导光板、实现背光闪光设计。这个结构进一步可直接制作低高度面光源,以及配合柱镜阵列在低高度内完成光束成形、制作有投向的面状闪光灯。采用面状设计后,闪光LED的安装位置允许散开,也将有利于散热设计。

 
 
 
关于布光闪光设计
圣邦微电子还做了一组对比实验
希望可以为您的设计提供帮助
实验细节和实验结果我们已印刷成册
将于12月20日至22日
深圳国际电子展展位1B08发放
期待届时与您的见面