#灵感# CRA算是光学基础知识的一部分,而且最近项目确实color shading 挺严重的。以前记的知识不全,这次再次整理一下。常学常新。
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Chief Ray Angle
硬件基础:拍摄镜头和sensor之间的接口是整个可拍照手机系统中最重要 的接口之一。
sensor 的每个像素上都有一个Micro Lens 微透镜。微镜头的主要功能就是将来自不同 角度的光线聚焦在此像素上。这样便在兼顾单一像素大小的同时,在规格上提高了开口率,使感光度大幅提升。
微透镜起到收集光线的作用,而micro lens在每个视场?(视角?)并不是位于pixel正上方的,对于FSI sensor来说,通常会通过移动sensor表面的Micro Lens来收集更多光线。
从镜头的传感器一侧,可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为一个参数,称为主光角(CRA)。对于主光角的一般性定义是:此角度处的像素响应降低为零度角像素响应???不太懂,。(此时,此像素是垂直于光线的)的80%。
光线进入每个像素的角度将依赖于该像素所处的位置。镜头轴心线附近的光线将以接近零度的角度进入像素中。随着它与轴心线的距离增大,角度也将随之增大。视场范围越大的镜头,其Lens CRA 值就越大。参考上图最右。
像高(Image Height)的最大值是对角线长度,因为镜头是圆的,画面的对角线是最接近镜头成像直径的,所以最大尺寸是对角线尺寸。
CRA与像高的关系(摘自OV某款sensor规格书):sensor 的CRA:
(lens CRA 也是一条曲线)
另外,当sensor 的Pixel的尺寸越来越小时,即分辨率越高时,边缘的Pixel越容易受到CRA影响。
不同颜色CRA有所区别,
CRA与像素在传感器中的位置是相关的,它们之间的关系与镜头的设计有关。很紧凑的镜头(lens)都具有很复杂的CRA模式。通过改变微镜头(sensor的micro lens)设计,并对拍摄到的图像进行适当处理,就可以大大降低这种现象。
下图可以看出镜头的TTL也是决定 lens CRA角度的关键,TTL越低CRA的角度就越大,所以小像素的Image sensor对于相机系统设计时的镜头CRA匹配也至关重要。
如果lens的CRA(chief ray angle)值与sensor的micro lens CRA值不匹配,将会导致luma shading严重或者成像color shading严重问题。比如下图右,经过R-filter的光线,照到了G像素上,造成像素之前的串扰,出现color shading;
由于光 线是沿着不同的角度入射到传感器上的,因此对于各种镜头设计而言,阴影现象都是固有的。“cos4定律”说明,减少的光线与增大角度余弦值的四次方是成比例关系的。另外,在某些镜头设计中,镜头可能本身就会阻挡一部分光线(称为“晕光”),这也会引起阴影现象。所以,即使微镜头设计可以最小化短镜头的阴影 现象,此种现象还是会多多少少地存在。
镜头的一些设计改善:CRA与像素在传感器中的位置是相关的,它们之间的关系与镜头的设计有关。很紧凑的镜头都具有很复杂的CRA模式。通过改变微镜头设计,并对拍摄到的图像进行适当处理,就可以大大降低这种现象。
为了给相机设计者提供额外的校正阴影现象的方法,图像处理器包含了阴影校正(LSC)功能,,通过使用软件,工程师可以简化对各种芯片特性默认值的修改过程。通过使用一个均匀点亮的白色目标(DNP灯箱),可以对响应过程进行简单的试验。每种变化的结果都可以显示在一个PC监视器上。
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参考:
芯片CRA角度与镜头选型的匹配关系(二)_常见问题_新闻资讯_深圳市台微影像有限公司 (micro-camera.com)
1 广角镜头:这时一般Lens的CRA比较大,需要选择CRA大于25度的Sensor或者BSI的Sensor;一般用于手机、安防、玩具、网络摄像头等;
2 超长焦镜头:这时一般Lens的CRA比较小,需要选择CRA为0度的Sensor;一般用于安防、机器视觉等;
3 变焦镜头:这时Lens的CRA是变化的,一般需要根据实际应用选择,最好采用大pixel,BSI的Sensor;一般用于安防等