MIPI开关在智好手机变焦上的应用_摄像头_变焦

文章目录 [+]

随着智好手机的迅猛发展，手机的拍照功能彷佛已经成为各大手机厂商的竞争热点和营销点。

究其缘故原由，除了日常的语音、扫码等功能运用，最大缘故原由就在于很多手机用户都习气性用手机相机来记录生活。
依托于小体积属性和网络平台，手机拍照的便利性是专业相机无法比拟的。

MIPI开关在智好手机变焦上的应用_摄像头_变焦科学

旗舰级手机的主摄像头现在已经有了非常不错的拍摄效果，但比之专业相机，还有很大的差距。
其缘故原由就在于微型摄像头模组体积有限，以现有技能，险些无法实现光圈和焦距的物理变革。

这些年，来自环球的智好手机厂商在拍照这方面投入了很大的精力，取得了很多不错的创新成果，抛开一些花边的玩法，实在这些创新都在往一个方向努力：无限缩减智好手机拍照和单反的差距（只管还有很长路要走）。
目前手机厂商们将这个目标大体拆分为三个小目标：

➢成像基本本色

➢光圈虚化

➢ 变焦

实现这三个小目标，目前紧张的办理方案分别是传感器+拍照算法、AI抠图算法、摄像头。
这三个小目标中，前两个已经基本知足普通手机用户的拍照需求，唯有变焦，实在还有一些间隔。
提及变焦，实在这也是智好手机拍照长期存在的老大难问题了。
变焦分为光学变焦和数码变焦两种。

光学变焦

光学变焦便是依赖光学镜头构造来实现变焦，即通过镜片移动来放大与缩小须要拍摄的景物，它是在通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变革而产生的。
镜头焦距越长，景物的成像也越大，换言之便是能拍到更远的景物，即能实现更大倍数的变焦，自然，它就须要镜头内部镜片和感光器件移动空间更大。
以是，实现变焦的倍数越大，镜头的体积也越大，在智好手机上装上很大的镜头，这很困难，以是手机上基本不采取光学变焦。

数码变焦

在智好手机上，普遍采取的是数码变焦，名为\"大众变焦\公众，但焦距实际上并没有发生改变，它是通过手机内的处理器，增大原画面两个像素之间的间隔，然后再根据对已有像素周边的色彩进行判断，把传感器上的一部份像素利用\公众插值\"大众算法放大到全体画面。
这种手腕就犹如用图像处理软件把图片的面积改大，是对像素进行有损裁剪为代价的，只管数码变焦会利用插值等办法来改进成像质量，但图像色彩和质量却大大低落。
因此，数码变焦在照片细节上和光学变焦的差距很大，尤其是对付远间隔拍摄，这一劣势会非常突出。

光学变焦与数码变焦的成像比拟

稠浊变焦

而双摄乃至多摄手机的涌现，为智好手机的变焦带来了新的方向，也是目前主流的变焦方案。
这种方案说白了便是采取不同焦距的摄像头，当变焦达到该焦段时，切换摄像头，其他过程仍以数码变焦来代替。
这是一个稠浊的变焦方案，并不是真正意义上的光学变焦，优缺陷都很明显，优点是达到固定的变焦倍数时，确实也是无损的；缺陷嘛，除了固定倍数，其他仍旧是有损的。

我们以华为Mate20 Pro为例来阐明“手机光学变焦”的事情事理。

Mate20 Pro配备了“浴霸式”的三颗后置摄像头：

1）4000万像素主摄像头，27mm广角

2）2000万像素超广角摄像头，16mm超广角

3）800万像素长焦摄像头，80mm长焦

华为流传宣传Mate20 Pro具备3×光学变焦（80/27=2.96≈3），而不是5×光学变焦（80/16=5），因此可以推测Mate20 Pro在变焦过程中超广角摄像头参与度不会很高。
进一步研究了Mate20 Pro详细的“光学变焦”事理：

1）当画面0.6×至1×时，利用2000万超广角实现数码变焦；

2）当画面在1×时，利用4000万广角主摄像头拍摄，产生无损照片；

3）当画面在1×至3×时，利用主摄像头的数码变焦实现变焦；

4）当画面达到3×时，利用主摄像头和长焦摄像头，产生3×无损照片；

5）当画面在3×至5×时，采取主摄像头和长焦摄像头合营的数码变焦实现事情；

6）当画面在5×时，利用800万长焦摄像头单独事情拍摄无损照片；

7）当画面在5×至10×时，仍旧单独利用800万长焦摄像头实现数码变焦。

虽然从定义上，双/多定焦摄像头实现“光学变焦”实质上并不是光学变焦，但是从结果上达到了输出与光学变焦相同场景的效果。
而局限于手机的特色，未来中短期内智好手机光学变焦仍将在双/多摄“光学变焦”上做创新。
为了输出更高倍数的无损照片，未来势必会加入焦距更长的长焦摄像头，再通过算法实现与光学变焦本色相等的变焦。

今年4月上市的华为旗舰P30 Pro利用了一颗潜望式长焦摄像头，实现令人惊叹的10倍稠浊变焦与最高50倍数码变焦，无论是悬于树梢的明月，抑或海平线上的夕阳，以往遥不可及的美景，如今触手可得。
我们预测，未来“超广角+广角或标准焦距+TOF+多个定焦长焦摄像头”将会成为趋势。

MIPI开关的浸染

如前所述，手机变焦时须要在几个摄像头中切换，实现焦距从超广角到长焦的覆盖，知足用户一机走天下的哀求。
这个中摄像头的切换须要由MIPI开关来完成。
一样平常手机平台的CSI(Camera Serial Interface)接口有限，不可能给每个摄像头都分配CSI接口，通过MIPI开关可以共享平台的CSI接口。

下面是MIPI开关在D-PHY协议下的范例运用：

MIPI开关也能运用于DSI (Display Serial Interface)接口，实现两个显示屏的切换。

MIPI开关的主要参数----带宽(-3dB)

高带宽在高像素摄像头上的上风

选择多大带宽的MIPI开关须要根据实际利用的摄像头的像向来确定，通用的算法如下(以2000万摄像头为例)：

每个像素点：10bit (比较通用)，2000万像素的输出采取D-PHY 4条数据通道，输出帧率为30fps，可以打算出每条数据通道的传输速率：

业界常日哀求通道上MIPI开关的带宽(-3dB)要大于数据传输速率。
当然MIPI开关的带宽越高，通过的旗子暗记衰减越小。
同样的，可以得到摄像头像素与MIPI开关带宽哀求的比拟表：

AW35646的带宽高达4.5GHz，可以完美支持6000万超高像素。

一样平常来说30fps是可以接管的，基本上觉得不到画面的迟缓。
但是如果将帧率提升至60fps，可以得到更流畅的画面，明显提升交互感和逼真感，以是现在的摄像头都供应几种不同帧率。

对付2000万像素的摄像头，根据上面的公式，可以打算帧率与带宽的关系：

对付2000万像素的摄像头，AW35646可以完美支持90fps的帧率。

高带宽对付板级设计的好处

在摄像头和AP图像旗子暗记处理单元(ISP)之间的传输线互贯串衔接构(TLIS)中，插入的仿照开关可被视为一个媒体信道，作为传输线互贯串衔接构的一部分。
作为传输线互贯串衔接构的一种实现----印刷电路板(PCB)，是高速数据传输完全性设计中更主要、更困难的环节，须要只管即便减少不连续点，从而实现阻抗匹配。

若传输线互贯串衔接构被许可的最大衰减为-6dB，如果利用3.0GHz带宽的开关，那么在3.0GHz的频率下，MIPI开关的衰减为-3dB，则传输线互贯串衔接构剩余部分许可的最大衰减仅为-3dB。
但是如果利用4.5GHz带宽的开关AW35646，同样在3GHz的频率下，MIPI开关的衰减仅为-2dB，则传输线互贯串衔接构剩余部分许可的最大衰减为-4dB，为PCB的高速传输设计留下足够的余量，知足全体通道旗子暗记完全性的须要。

高带宽在眼图上的上风

通过比拟3.0GHz、4.5GHz带宽的开关，在1Gbps、2Gbps、2.5Gbps数据速率下的眼图，并丈量上升韶光，解释高带宽开关在眼图上的上风。

仿真事理图如下：(原始旗子暗记上升/低落韶光为0.2UI)

下面是详细的测试眼图

1Gbps码率的眼图

2Gbps码率的眼图

2.5Gbps码率的眼图

测试总结：

➢1Gbps码率情形下，受制于旗子暗记本身的带脱期制，眼图的打开大小差异不大，4.5GHz带宽仅在上升韶光上比3.0GHz快。

➢2Gbps码率情形下，眼图的打开大小趋于明显，4.5GHz带宽的旗子暗记质量更好。

➢2.5Gbps码率情形下，眼图的打开大小更加明显，4.5GHz高带宽的上风凸显，上升韶光更短。

得益于4.5GHz高带宽的开关，相应输出旗子暗记的上升/低落韶光更短，眼图伸开的更大。