camera bringup介绍

目录

camera bringup需要做什么

camera硬件包括

camera硬件连接关系

camera使用的通信接口

camera sensor

cmos sensor

色彩滤镜

sensor输出的分辨率

曝光控制-快门

曝光控制-曝光时间

曝光时间如何控制

曝光控制-帧率

曝光控制-增益

手动曝光

手动设置曝光-长曝光

手动设置感光度

remosaic

PDAF

actuator

校准

马达异响

OIS

OIS-4轴补偿

OIS-drift补偿

OIS常见问题

EEPROM

EEPROM常见问题

ToF

闪光灯

camera bringup需要做什么

让camera相关的硬件正常工作(供电正常，通信正常，硬件设置正常，软件运行正常)。

camera硬件包括

  1. sensor - camera的核心器件，用来生成图像
  2. eeprom - 存储校准参数
  3. actuator - 推动镜头完成对焦
  4. ois - 光学防抖组件
  5. flash - 闪光灯
  6. tof - 激光测距，提升对焦速度

其中，camera sensor是核心器件，是必不可少的。其他器件根据模组的不同是可选择的。

camera硬件连接关系

  1. CCI总线、MIPI总线、I2C总线都是挂在SOC上的。其中，CMOS sensor、actuator、OIS、EEPROM、外挂LED驱动IC 都是通过 CCI总线挂载到SOC上的。
  2. 平台接受的数据通过 cmos sensor 通过 MIPI总线进入到 SOC，然后进入到 ISP进行图像处理。
  3. 有一些项目有 TOF，是通过 I2C总线挂载到 ADSP上。
  4. 手机上的LED灯，绝大部分都是挂载到 PMIC上的，PMIC是高通的电源管理芯片。

camera使用的通信接口

I2C总线：是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。

I2C地址: 每个slave都有一个7位地址，最后一位补0代表写，补1代表读

I2C速率: 我们目前使用的三种速率 100kbit/s, 400kbit/s, 1Mbit/s

MIPI联盟：即移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface 简称MIPI）联盟。MIPI（移动产业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准和一个规范。

目前有两套mipi协议

The C-PHY is based on 3-Phase symbol encoding technology delivering 2.28 bits per symbol over three-wire trios, and is targeting 2.5Gsymbols/s.比较新的协议，传输速率高，目前项目中的主摄像头大多支持C-phy，F1的主摄，F4，J1，J2的主摄使用的都是C-phy。

D-PHY的最初版本的设计目标是500Mbits/s，而D是罗马数字（拉丁文数字）中500。D-PHY采用1对源同步的差分时钟和1～4对差分数据线来进行数据传输。比较旧一点的sensor采用的是 D-PHY，最新的 sensor采用的是 C-PHY。

camera sensor

camera sensor的作用是把光转换成电信号 如下图所示，光子进入光电二极管激发出电子 不同数量的光子积累的电荷不同，我们就可以 通过积累的电荷来反映光强度的不同。

cmos sensor

图像传感器按照工艺可以分为

CCD：是电荷耦合器件（charge coupled device）的简称。它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化。

CMOS：是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）的缩写。目前我们在手机上使用的camera sensor都是采用cmos。

色彩滤镜

sensor输出的分辨率

目前我们常用的主摄camera包括如下分辨率

  1. Fullsize - 例如48M, 64M, 108M
  2. Binning size@30fps - 例如12M, 16M, 27M
  3. 4K@60fps
  4. 1080p@120fps
  5. 1080p@240fps

sensor如何得到要输出的各种分辨率？

  1. binning
  2. crop (analog crop, digital crop, output crop)

两种方式的差别？

  1. binning只能是整数倍，crop相对要更灵活
  2. crop会导致视角(fov)变小，binning不会，但是binning会导致感光度变化

  

曝光控制-快门

手机使用的摄像头都是电子快门，又可以细分为两种

  1. rolling shutter
  2. global shutter

曝光控制-曝光时间

曝光时间如何控制

sensor有专门的寄存器用来控制曝光时间，写入的寄存器值我们一般称为linecount，linecount的单位为Tline，曝光时间可以通过如下的公式计算出来：

vt clock = lineLengthPixelClock x frameLenthlines x frameRate

虽然vt clock可以用过上述公式计算，实际上vt clock在sensor工作时是一个定值

Tline = lineLengthPixelClock / vt clock      （一般来说Tline大概在10us这个量级）

曝光时间 = Tline x linecount

软件控制曝光的时候，实际上是这样计算linecount的

linecount  = 曝光时间 /  Tline

一般的linecount寄存器为16bit，那么最大的曝光时间约等于多少？

曝光控制-帧率

sensor也同样提供了控制帧率的寄存器，寄存器值一般称为frame length lines，正是上面我们计算Tline使用的值。

vt clock = lineLengthPixelClock x frameLenthlines x frameRate

通过这个公式可以推出

frameRate = vt clock / (lineLengthPixelClock x frameLenthlines)

frameLengthLines还需要满足一个如下的额外的条件，其中vertialOffset和具体sensor关

frameLengthLines > linecount + vertialOffset

曝光控制-增益

sensor可以提供两个增益

模拟增益 - analog gain

数字增益 - digital gain

平台的ISP还提供了ISP gain

gain的总和 = analog gain x digital gain x isp gain

由于曝光时间和增益对图像亮度的影响都是线性(几乎)的，那么如果有两组曝光时间和增益的乘积相同，即：

linecount_A x gain_A = linecount_B x gain_B

那么这两组曝光参数对应的图片亮度也是一样的

手动曝光

手动设置曝光-长曝光

目前我们最新的项目，长曝光都支持到了32s，但是曝光寄存器只有16位，一般情况下Tline是10us，最长曝光只有655.32ms，超出的范围怎么实现？

超出此范围的曝光时间都需要sensor硬件支持，目前支持长曝光的sensor都有一个shift寄存器，可以把Tline的时间成倍的提高

Tline_new = Tline x 2^shift                (大部分sensor的shift都可以到7)

手动设置感光度

  1. ISO speed表示sensor的感光度，ISO越大，sensor感光的能力就越强
  2. ISO100 gain的取值，对应sensor的N倍gain，是由tuning决定的
  3. sensor支持的最小增益 gain_min,sensor支持的最大增益gain_max，ISO speed的范围[gain_min / ISO100_gain,  gain_max / ISO100_gain]

remosaic

  1. remosaic功能需要sensor的硬件支持，支持remosaic功能的sensor采用了Quad CFA的排列。
  2. 采用Quad CFA排列的sensor通常分辨率非常高，我们常见的有48M，64M， 108M。
  3. 普通模式我们使用binning size输出，保证画质。当需要高分辨率图像时，sensor切换到remosaic模式，即为我们手机上的48M,64M,108M等模式。

PDAF

PDAF简介_pdaf类型_repinkply的博客-CSDN博客

actuator

是一颗控制VCM马达的驱动IC，软件通过I2C写入DAC code来控制马达的位置

从控制方式上可以分为：

open loop

DAC code对应的是actuator输出的电流值，低端模组常用，精度不高，需要补偿重力影响。

close loop

DAC code对应的是actuator的hall位置，高端模组常用，精度高，性能好，通常不需要补偿重力影响。

VCM结构

校准

马达异响

OIS

OIS-4轴补偿

OIS-drift补偿

OIS常见问题

EEPROM

EEPROM常见问题

ToF

闪光灯

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