手機攝像頭的工作原理，它是如何拍攝照片的

這就是你平時拍照用的手機攝像頭 這麼個小玩意兒是如何拍照的呢? 攝像頭的前面是透鏡組件 中間是對焦馬達 最後面的是攝像頭的圖像傳感器 它是攝像頭最重要的核心 傳感器中間是一個巨大的感光方塊網格 這裏面的一個網格被稱爲一個像素 1000萬像素的相機就有1000萬個這種小網格 我們取其中的10x10大小的網格 來具體看一下傳感器是如何工作的 傳感器上的網格分爲三層 最上面是微透鏡 中間是彩色綠光片 它由紅綠藍三種顏色組成 下面是光電二極管 進入鏡頭的光子 首先會來到微透鏡 微透鏡會對光線進行聚焦 聚焦的光線通過彩色綠光片 比如光線通過紅色的綠光片 綠光片會過濾掉除了紅色外的所有顏色 所以最終只有紅色能到達光電二極管 光電二極管能夠吸收光子 並將吸收的能量轉化爲電能 這是如何做到的呢 光電二極管的內部其實是一個pn結 製造二極管的材料主要是硅 硅外層有4個電子 它與其他硅原子共享電子 從而達到8個外層電子 處於最穩定狀態 如果想要增加硅的導電性 就必須進行摻雜 這是一塊硅片 當往裏面摻入磷元素時 由於磷元素最外層有5個電子 它和硅原子結合時 會多出來一個電子 電子獲得足夠的能量時 就會自由移動 這種摻入磷元素的硅片 被稱爲n型半導體 這是另外一塊硅片 當往裏面摻入硼元素時 硼元素外層有3個電子 和硅原子結合時 就會缺少一個電子 從而產生一個空穴 這種摻入硼元素的硅片 被稱爲p型半導體 當我們將兩塊摻雜的硅片 結合在一起時 n型半導體多處的電子 會向p型半導體的空穴移動 這樣在沒有自由電子和空穴的地方 就形成了耗盡層 導致n型半導體帶少量的正電荷 p型半導體帶少量的負電荷 從而在耗盡層形成一個電場 當光線照射到pn結上時 pn結的共架鍵被電離 導致耗盡層產生空穴和電子對 在電場的作用下 電子會向n型半導體移動 空穴會向p型半導體擴散 這會在pn半導體之間 形成非常大的電位差 如果我們在pn半導體之間 連接上燈泡 電子就會開始流動 並填充p型半導體的空穴 光電二極管 就是這麼將光子轉化成電流的 二極管上的網格電路 會採用主航掃描的方式 讀取到這個電流值 然後魔術轉換器 會將模擬電流 轉換成數字信號 也就是二進制值 生成的原始圖像 接着會發送到手機的soc芯片 通過mipi接口 經過一系列傳輸 最終存入手機內存中 soc芯片的圖像信號處理器 會從內存拿到圖像數據 然後進行一系列處理 比如陰影像素矯正 去馬賽克 去噪銳化 增強圖像等等 優化完的圖片 接着會發送到GPU進行處理 GPU會將圖像疊加到相機應用程序 並縮放以適應屏幕 得到的圖片數據 接着發送到顯示引擎處理 處理完成 相機拍下的照片 就能在屏幕顯示出來了 那拍攝好的照片 又是如何保存到相冊的呢 想要保存照片 首先需要將照片 發送到視頻編碼處理器進行壓縮 在這裏紅綠藍的值 被轉換爲YUV值 接下來 這些數據經過一系列算法 會去除人眼無法檢測到的信息 並將圖像壓縮爲三兆左右的照片 壓縮後的照片 被髮送回內存 然後經過路由 進入到手機的閃存 進行長期存儲 如果你想要把照片 發送給你的朋友 也很簡單 照片首先會被讀取到手機內存中 然後路由到調制解調器 在這裏照片會被分割和組裝成數據包 然後通過4G網絡或WiFi的微芯片 將數據轉換成電磁波併發送出去 你的朋友通過蜂窩網絡或者WiFi路由器 就能收到你分享的照片了