手机摄像头介绍(内部结构、工作原理、制造流程、失效分析、新技术)

1、手机摄像头介绍手机摄像头介绍 Prepared by: ZhiXin Zhang Reviewed by: Lu Liu Dept.： LAB Date： May-20-2010 Update: Jun-5-2012 Copyright: Kaifa-LAB 2012 2 of 27 摄像头应用领域摄像头应用领域 Copyright: Kaifa-LAB 2012 3 of 27 外观外观 & & 内部结构内部结构 工作原理工作原理 & & 关键组件关键组件 关键技术指标关键技术指标 & & 相关术语相关术语 封装封装/ /连接方式连接方式 & & 生产工艺流程生产工艺流程 功能测试功能测试 失效分析失效分析 新技术新技术（背照式（背照式CMOSCMOS、Pure viewPure view） 其它妙用其它妙用（二维码扫描、扫描仪、人脸识别、二维码扫描、扫描仪、人脸识别、 Screen FTPScreen FTP等）等） 内容内容 Copyright: Kaifa-LAB 2012 4 of 27 外观外观 Copyright: Kaifa-LAB 2012 5 of 27 内部结构内

2、部结构 Samsung M320摄像头内部结构示意图摄像头内部结构示意图 镜头镜头 IR滤光片滤光片 Sensor Copyright: Kaifa-LAB 2012 6 of 27 工作原理工作原理 图像传感器图像传感器 （SensorSensor） 数字信号处理数字信号处理 芯片（芯片（DSPDSP） 景物景物 镜头镜头 （LensLens） 存储存储/ /显示显示 反射 光线 光信号 电信号 A/D 图像信 号处理 压缩优化 IR滤光 晶状体晶状体 光线光线 视网膜视网膜 视觉神经视觉神经 Copyright: Kaifa-LAB 2012 7 of 27 关键组件关键组件 镜头（镜头（LensLens） 红外滤光片（红外滤光片（IR FilterIR Filter） 图像传感器（图像传感器（SensorSensor） 数字信号处理（数字信号处理（DSPDSP） Copyright: Kaifa-LAB 2012 8 of 27 关键组件关键组件 镜头（镜头（LensLens） 关键术语：关键术语：焦距、视场角、光圈、畸变、相对照度、分辨率等 镜头材质：镜头材质： 塑胶镜头（Pl

3、astic） 玻璃镜头（Glass） 2P、1G1P、1G2P、1G3P 透镜越多，成本越高 将影像捕捉后呈现在图像感光器上将影像捕捉后呈现在图像感光器上 Copyright: Kaifa-LAB 2012 9 of 27 350nm350nm 750nm750nm 关键组件关键组件 红外滤光片（红外滤光片（IR FilterIR Filter） 红外滤光片：红外滤光片：消除投射到Sensor上不必要的光线，防止Sensor产生伪色/波纹， 以提高其有效分辨率和彩色还原性。 功能功能 & & 结构：结构： 滤除红外线：IR Coating，蓝玻璃片 修整光线：石英片 Copyright: Kaifa-LAB 2012 10 of 27 关键组件关键组件 图像传感器（图像传感器（SensorSensor） 图像传感器：图像传感器：是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万个感光二极管， 这些感光二极管受到光照时，就会产生电荷（光信号电信号）。 种类：种类： CCD（Charge Couple Device）：电荷耦合器件 CMOS（Complementary Metal Oxide S

4、emiconductor ）互补金属氧化物半导体 CMOSCMOS传感器传感器 CCDCCD传感器传感器 Copyright: Kaifa-LAB 2012 11 of 27 关键组件关键组件 图像传感器（图像传感器（SensorSensor） CCDCCD、CMOS CMOS 比较比较 C CCDCD C CMOSMOS 工作原理工作原理 电荷信号先传送，后放大，再A/D 电荷信号先放大，后A/D，再传送 成像质量成像质量 灵敏度高、分辨率好、噪声小灵敏度高、分辨率好、噪声小 灵敏度低、噪声明显（高感光度下表现好） 制造工艺制造工艺 复杂 相对简单、成品合格率高相对简单、成品合格率高 制造成本制造成本 高 低低 耗电量耗电量 高（驱动电压高） 低低（高整合度、体积小） 处理速度处理速度 慢 快快 代表厂商代表厂商 索尼、富士、柯达、飞利浦、松下、 夏普 Omni Vision（OV)、惠普、三星、摩 托罗拉、东芝 OV2610OV2610：1/21/2英寸、英寸、210210万像素万像素 Sony ICX452Sony ICX452：1/1.81/1.8英寸、英寸、513513万像素

5、万像素 影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制，色饱和影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制，色饱和 度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进影像控制技术度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进影像控制技术 Copyright: Kaifa-LAB 2012 12 of 27 关键组件关键组件 数字信号处理（数字信号处理（DSPDSP） DSPDSP（Digital Signal ProcessingDigital Signal Processing）：）：通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像 信号参数进行优化处理（RGB/YUVJPEG），并把处理后的信号传到存储或显示 部件。 结构框架：结构框架： ISP（Image Signal Processor）：镜像信号处理器 JPEG encoder：JPEG 图像解码器 USB device controller：USB 设备控制器 Copyright: Kaifa-LAB 2012 13 of 27 关键技术指标关键技术指标 分辨率（分辨率（ResolutionResolution） 分辨率以乘法形式表示，如1024x

6、768，“1024”表示屏幕上水平方向显示的点数， “768”表示垂直方向的点数； 分辨率指画面的解析度，象素越多，图像越清晰。 130W像素：SXGA (1280 x1024) 80W像素： XGA (1024 x768) 50W像素： SVGA (800 x600) 30W像素： VGA (640x480) 10W像素： CIF(352x288) 图像噪音图像噪音 指的是图像中的杂点干挠，表现为图像中有固定的彩色杂点。 Copyright: Kaifa-LAB 2012 14 of 27 关键技术指标关键技术指标 图片压缩方式图片压缩方式 JPEGJPEG：Joint Photographic ExpertJoint Photographic Expert GroupGroup 静态图像压缩方式，一种有损图像的压缩方式，压缩比越大，图像质量也就越差。 目前大部分数码相机都使用JPEG格式。 白平衡处理技术（白平衡处理技术（AWBAWB） 要求在不同色温环境下，照白色的物体，屏幕中的图像应也是白色的。 色温表示光谱成份，光的颜色。当色温改变时，光源中三基色（红、绿、蓝）的 比例会发生

7、变化，需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节 的实际。 彩色深度（色彩位数）彩色深度（色彩位数） 反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，即用多少位的二进制数字来记录 三种原色； 非专业相机的Sensor一般是24位，专业型相机的Sensor至少是36位的； 24位的Sensor，感光单元能记录的光亮度值最多有28=256级，每一种原色用一个 8位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是256256256约16771677万万种； 36 位的Sensor，感光单元能记录的光亮度值最多有212=4096级，每一种原色用 一个12 位的二进制数字来记录，最多记录的色彩是4096 4096 4096约68.768.7亿亿 种。 Copyright: Kaifa-LAB 2012 15 of 27 相关术语相关术语 光学变焦：光学变焦： 依靠光学镜头结构来实现，光学依靠光学镜头结构来实现，光学 变焦的倍数越大，就能够拍到越远变焦的倍数越大，就能够拍到越远 的景物。的景物。 数码变焦：数码变焦： 利用对像素的插值算法放大画利用对像素的插值算法放大画 面，但是清晰度有所下降，所以过面

8、，但是清晰度有所下降，所以过 大的数码变焦没有实际的意义。大的数码变焦没有实际的意义。 插值像素插值像素 将实际像素通过相机中内置的软件，根据实际感光影像像素，按照一定 的运算方法进行计算，产生出新的像素点，并将其插入到原来像素附近 的空隙处，从而实现增加了像素总量和增大了像素密度的目的。 光学变焦、数码变焦光学变焦、数码变焦 Copyright: Kaifa-LAB 2012 16 of 27 封装封装/ /连接方式连接方式 金手指金手指( (ZIFZIF) )连接连接 连接器连接器( (ConnectorConnector) )连接连接 插座插座( (S Socketocket) )连接连接 Copyright: Kaifa-LAB 2012 17 of 27 生产工艺流程生产工艺流程 Copyright: Kaifa-LAB 2012 18 of 27 功能测试功能测试 光学分辨率测试光学分辨率测试 自动白平衡测试自动白平衡测试 动态范围测试动态范围测试 色彩还原准确度测试色彩还原准确度测试 几何失真测试几何失真测试 人物拍摄效果人物拍摄效果 静物拍摄效果静物拍摄效果 文字拍摄效

9、果文字拍摄效果 微距拍摄效果微距拍摄效果 远景拍摄效果远景拍摄效果 夜视拍摄效果夜视拍摄效果 参数测试参数测试 图片效果测试图片效果测试 Copyright: Kaifa-LAB 2012 19 of 27 失效分析失效分析 无法照相无法照相 照相花屏照相花屏 照相黑屏照相黑屏 照相黑块照相黑块 照相重启照相重启 照相模糊照相模糊 主要不良模式：主要不良模式： FPC Substrate Pad 焊接正常 开路 NG3 焊点切片示意图 Copyright: Kaifa-LAB 2012 20 of 27 新技术（新技术（1 1） 背照式背照式CMOSCMOS（BSIBSI） 优势：优势： 在传统CMOS感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响； 而背照式CMOS将它掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量； 显著提高低光照条件下的拍摄效果，同时也降低了像素之间的干扰，消除了早期正面照 射CMOS传感器存在的噪声问题。 典型机型：iphone4S，魅族mx，HTC Sensation XL，索尼 LT26i 背照式CMOS图像传感器是相机领域的热门，在未来将会呈现一个爆发式的增长， 也会对CCD市场形成有力的冲击。 Copyright: Kaifa-LAB 2012 21 of 27 新技术（新技术（2 2） PureViewPureView：“2012世界移动通信大会(MWC 2012)”主题展会上，诺基亚发布了首款使 用PureView技术的手机诺基亚808 PureView，搭载了令世界震惊的4100万像素传感器。 核

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