便携式设计中图像采集与处理系统的挑战与解决方案

。这明显好于数字变焦。数字变焦涉及到了图像的修剪和扩展来填补视野，这自然会降低分辨率，因为可用的信息将分散在更大的区域上。在一个3倍的数字变焦中，几乎90%的质量信息会在图像采集时丢失，这也是为什么数字变焦只提供了很小倍数的放大功能。用于变焦的图像增强解决方案可以通过固定镜头和一个简单的算法来实现。这使得这种方案对所有成像器技术以及所有分辨率（从QCIF到》10M像素）都适应，所以预计将在短期内广泛应用于拍照手机中。

图。 使用OptiMLTM变焦软件增强光学解决方案实现的光学变焦（仅显示视野的中央区域）（左图）进行失真纠正前的图像（中图）经过1倍光学变焦放大的失真纠正后的图像（右图）经过2倍光学变焦放大的失真纠正后的图像。来源：Tessera公司

通过拍照手机得到的图片往往是出于"一时兴起"的事情。消费者不希望场景是安排好的，并且将没有时间或感到麻烦来将相机和他们本人置于距目标最合适的地方。借助于这些小型光学器件，一个传统的相机模块只需在一定的距离内聚焦目标，典型的是60厘米到数十米。由于未能了解和遵守这个限制，消费者往往对他们自己成像后的图片无法感到满意。针对这个问题的图像增强解决方案是"扩展景深"。这导致了场景的所有细节将会被定焦，只要这些细节在距相机模块10厘米到无穷远的范围内。类似于软件增强镜头变焦方案，这可以通过专业镜头提供的光学放大和一个简单算法的合并得到。它不涉及任何运动部件，因此是坚固的、可靠的、瞬时的并低功耗的。

在传统的相机模块中，光学镜头仓被设计用来聚焦光源点，因此放置在相机内离成像器一定的距离的位置上。如果镜头无法聚焦或者目标离镜头太近，涂点会出现在弥漫的区域，因此图像会变得模糊。这种镜头将光源变换成模糊光斑的规律可以描述成一种数学上的变化，称之为点扩散功能。如果镜头的点扩散功能已知，模糊可以通过使用数字信号处理来恢复到原始的现场情景。但当图片中的仅某个区域失焦，则不管采用什么变换方法，都无法可靠的识别出来。软件增强光学解决了这个问题，方法是通过可控的方法来重新定焦整个图像。镜头有效的创建了一个不管离光源多远模糊程度都一样的图像，这可以通过一个直接的算法来进行解交织。其结果使得图像更加良好、清晰，不管前景、中距或者远景都能同时在焦点上。图8给出一个很好的例子。

图。一种传统的镜头只能聚焦有限范围内的目标，尤其是中距和远距离的目标;一种软件增强光学解决方案，如OptiML聚焦，可以实现扩展景深，从10厘米到无穷远，而无需增相机模块的高度或者复杂度。来源：Tessera公司

关于拍照手机的主要抱怨之一是其低能见度时的性能。其实这只是一个半真理命题。小型相机模块因为其像素尺寸的缩小，无疑导致了相对于数字静止相机光学灵敏度的降低。从2007年像素尺寸为2.2μm到2008年的1.75μm，预计2009年会发展到1.4μm，最终会达到1.1μm，这一趋势会对低能见度性能和图像质量有着显著的影响。简而言之，随着像素尺寸的降低，其敏感度也在减小。从更为技术的角度来看，光二极管吸收光子和释放电子的能力随着像素的下降而减弱。小像素尺寸带来的其他相应影响，包括第动态范围和下降的信噪比。现实中，拍照手机较差低能见度性能的感知更主要的是由越来越多在低能见度环境下拍照而带来的;典型的，在晚上以及在如俱乐部和饭店等场所，在这些地方的光照强度大约在5 lux，而远远小于白天室外的》350 lux。由于亮度下降，从数字成像器得到的图片质量自然迅速恶化，如同增加噪声一样出现缺陷，细节丢失或者色彩错误。

拍照手机低能见度性能不足的一个重要原因是，无法改变光学镜头仓的F值，因为这在制造时就一定固定了。大多数数字静态相机提供了一个增大光圈的选项，来补偿昏暗场景下光子数目的减少。但机械可调光圈会使得机身变得很大、不坚固、反应速度慢并功耗较高。简单的降低固定光圈相机的F值来提高低光敏感度，不是一个很好的选择，因为较大的光圈会减小景深，从而当场景有景深时很难获取一个很好的图像质量。典型的，标准拍照手机使用的光圈在F/2.8到F/2.4之间，主要是为了保留足够的深度，来对正常亮度条件下的对焦。一个简单的成像光圈固定，在低光条件下，不能延长曝光时间。然而，这会使得图片易受到运动模糊或机身晃动的影响，并且不可能用于视频采集，因为视频采集需要曝光时间受帧率限制在67毫秒以内。

"速度"是描述光学系统将光线传递到成像器的能力的一种简单方法。在光线好的环境下对"慢镜头"进行操作。这是因