摄像机成像原理概述
摄像机成像是将天然界中的光信号先转化成数字信号，并在芯片上对收集到的原始数字信号做一系列图画处理，再经过图画编码、传输、解码终究给用户显现的一整套体系。如下图1如示：
图1 摄像机体系流程图
因为摄像机体系的复杂性，各个环节相互影响，且终究出现给用户的图画主观性是比较强的。现在衡量图画质量的几个重要的方针分别是亮度、颜色、明晰度、对比度和噪声等几个方面。关于高清摄像机而言，明晰度的重要性是显而易见的。本文首要叙述了影响摄像机明晰度的几个重要因素，首要有：光学器材、传感器、图画处理以及图画编码。
光学器材对明晰度影响
镜头光圈
依据凸透镜折射原理，在成像面上会有一个焦点。在摄像机进行拍照时，调理相机镜头焦点，使距离相机必定距离的景象明晰成像的进程叫做对焦。因为“明晰”并不是一种肯定的概念，所以对焦点前、后必定距离内的景象的成像都可所以明晰的，这个前后规模的总和就叫做景深。
图2 景深的界说
一般只要那些像方位恰好在感光器材方位上面的物体能够明晰的成像，而更近和更远的物体在感光器材上面都会构成一个弥散光斑，便是虚化现象。这个弥散斑的增大是逐渐的，而感光器材的分辩率也是有限的，因而当弥散斑的巨细比较小的时分，咱们依然能够以为它是明晰的。弥散斑直径是由经过镜头的最外面的光线决议的。假如遮挡外围的光线，必定紧缩弥散斑的尺度，这样焦点前后成像的可分辩规模就大。这便是光圈关于景深的作用原理。光圈越大，抵达感光器材的光就更多，弥散斑就会更大，景深就小。
镜头焦距
对焦点越远，那么其成像越挨近镜头，像挨近镜头的时分，像之间的距离更小，然后弥散斑也更小，景深也会变大。故焦距最小，对焦点越远，景深越大。
滤光片
滤光片是一种光学低通滤波器OLPF。一般由多层石英片组成，外表镀膜。意图是滤除摩尔纹(色斑搅扰)以及滤除红外线。除摩尔纹首要是滤除图画中的高频成分，故其对明晰度会有影响。
偏振镜
光在与传达方向笔直的平面上，能够向恣意方向振荡。咱们一般把光波电场振荡方向作为光波振荡方向。假如一束光线都在同一方向上振荡，就称它们是偏振光，一般天然光在各个方向振荡是均匀分布的，对错偏振光。可是，润滑的非金属外表(玻璃、水面等)在必定视点下反射构成的眩光是偏振光，偏振镜首要是用来滤除偏振光的一种光学滤镜，它对明晰度的影响如图3如示：
不加偏振镜作用图
加偏振镜作用图
图3偏振镜对明晰度的影响
传感器对明晰度的影响
传感感在摄像机体系中对错常重要的部分，它的首要功用是将光信号转化成数字信号，它的功用直接决议了图画质量的好坏。影响明晰度的几个首要方面是：分辩率、靶面巨细以及宽动态。
传感器分辩率
传感器分辩率越大，图画越明晰，以下分别是300W像素分辩率和600W像素分辩率图片。
传感器靶面巨细
一般相同巨细的分辩率传感器，靶面大的传感器在单位面积上像素点少，对图画中的高频成分区别度更高，故拍照出来的图画也更明晰。
宽动态
宽动态摄像机在某些宽动态场景下发挥着重要作用，带宽动态功用的sensor能够将暗处和亮处的细节部分都能复原出来，这弥补了线性sensor的缺乏。宽动态sensor是将多帧曝光进行交融后输出，长曝光帧保存暗处的细节、短曝光帧保存亮处的细节。以下是宽动态敞开与封闭对明晰度的影响，如下图4所示：
宽动态封闭作用图 宽动态敞开作用图
图4 宽动态sensor对明晰度影响
ISP对明晰度的影响
摄像机中的ISP处理模块许多，也是一个非常重要的部分。其算法的好坏直接影响图画质量。其间对明晰度影响的模块首要有：曝光时刻、坏点校对、降噪滤波、插值模块、对比度增强模块、边际增强模块等。
曝光时刻
图画传感器完结光电转化的进程是一个对时刻积分的进程，在必定的时刻距离内光电流经过堆集成为电荷，再经过模数转化成数字信号。这个积分时刻长度便是曝光时刻。假使这个时刻距离内有运动物体经过，运动矢量发生了改变，在运动物体的周围就会构成拖尾。曝光时刻越长，运动矢量越大，拖尾越显着。
坏点校对
传感器因为生产工艺的约束，在出厂前或许会有一些坏的像素点，在成像时会留下离散的、比较突兀(过暗或许过亮)的像素点。在ISP模块里对其进行校对时在消除坏点的一起，也会把画面中的某些细节作为坏点进行处理，这样就会下降明晰度。
降噪滤波
传感器在将光信号量化成数字信号时会引进噪声，尤其是当光线比较弱和传感器增益比较大时噪声更显着。随后在各个ISP处理环节对图画数字信号进行处理时都有或许会引进噪声。降噪滤波在信号处理上是一种低通滤波器，将图画中的高频成分过滤掉，可是在光线比较暗或许增益比较大时，降噪滤波关于噪点和细节之间无法做到彻底区别，因而在滤除噪点的一起也会将部分细节抹平然后下降图画明晰度。
插值模块
咱们所看到图画每一个像素点是由RGB三通道颜色组成的。而传感器在感光时生成的raw数据只对每一个像素点发生一种颜色通道信号，插值模块是将raw数据上每一个像素点的单色转化成RGB三色，这样后续就能够在RGB颜色空间进行显现。如图12所示，明显这个模块在ISP模块中是一个非常重要的模块，因为插值模块在对当时像素点的其它两通道像素点进行插值时需求参阅周围其它几个通道的像素点值，故在图画的高频部分会影响图画的明晰度。
对比度模块
因为人眼对亮度信号特别灵敏，一张图画中暗处和亮度细节都比较突显的时分，人眼就感觉画面通透，明晰度比较高。对比度增强模块便是将画面中暗处和亮处的灰度值反差摆开，在保存暗处和亮处细节的一起，将图画的边际部分起到增强明晰度的作用。
边际增强模块
该模块增强图画边际部分细节，它首要是一种补偿概括、杰出边际信息以使图画更为明晰的处理办法。锐化的方针实质上是要增强图画中的高频成分。它与降噪滤波是一个相对的处理进程。若图画未做边际增强时，人眼看上去像边际部分不行锋利，可是一起该模块假如做的太强会对全体图画引进新的噪声。
图画编码对明晰度影响
关于高清摄像机而言，分辩率越高图画信息量越大，这样很多的图画信息不利于传输和存储，故需求将处理好的图画信号做编码紧缩。因为有信息的紧缩，所以图画编码对明晰度也会有丢失。当视频中的码流设置的越小，紧缩比越高，图画明晰度丢失的越多。
在高清摄像机图画作用里边，尤其是在光线比较弱小的低照环境下拍照时，明晰度和噪点两者就比较难权衡，保存明晰度的一起噪点就会起来，不然噪点抹的太滑润明晰度就不行了。咱们能够经过选用更大光圈的镜头，切换滤光片，选用更好的降噪滤波办法来按捺噪点的一起确保明晰度，选用更高的码流或许更好的编码算法来削减明晰度的丢失。
