这个共分四部分的系列文章深入研究了在手机和其他手持设备平台上的图画收集与处理的趋势以及规划上的应战。本部分首要评论的是运用软件增强光学功用。
晶圆规划的制作技能的创造使得以十分低价的本钱出产及其紧凑的相机模块成为可能。处于物理上的原因，很小的相机模块其功用要劣于大一些的相机模块，但小相机模块发生的缺点能够经过新式的选用晶圆规划制作的镜头结构来纠正。但是，这只能用来坚持现状，无法进步图画质量也无法增强用户的体会。
当时，高分辨率摄影手机的规划师们现已能够仅杰出像素数量来向顾客推销其产品。跟着摄影手机的广泛运用（现已超越80%的手机安顿了至少一个摄像头），顾客们现已意识到图画的质量和其像素数不存在必定的联络。事实上，从火星车上传回的令人惊叹的图片是经过仅为1M像素的相机摄影的。相同，专业级相机的规划师们现已很早就知道，为了获取一个更高质量的数码图片，就需求光学和软件的密切配合。
如在本文的榜首部分评论的那样，客户的需求进步了新式摄影手机的图画质量以及一系列嵌入式功用。其间最让人等待的是光学变焦、调焦以及低光学灵敏度，例如没有亮光的摄影。一切这些功用都是完结起来相对简略的，条件是答应添加高度和本钱，尤其是变焦的规模。传统的变焦需求两个镜头来在相机内的光轴上做相对运动。这能够经过微型驱动器来完结，但终究的产品会体积大、功耗大、反响速度慢，而且不符合便携式电子设备的恶劣环境下的完整无损，尤其是“下跌实验”。因而，相机模型的规划师们如何能供给一切的顾客所需的功用，进步图片质量，一起不影响产品的外观、牢靠性以及最重要的本钱？答案便是软件增强光学。
软件增强光学
软件增强光学，或称之为“智能光学”，是一种对已知光学效应进行图画处理的纠正技能。光学效应能够是有必要予以纠正的内涵缺点，或有意引进一种能供给某功用或特定作用的人为批改。假如方针仅仅是进步图画的质量，那么能够不必出资购买高质量、高精度的光学设备，能够经过软件就能够纠正由低价光学镜头仓引来的已知畸变。例如，假如尺度以及本钱受限，就意味着图片的旮旯总是存在相同程度的模糊不清，软件增强光学能够运用边际锐化算法来批改这些旮旯区域。然后，用户就会对这样的图片感到满足，因为这些相机模块内部固有的缺点能够批改或被掩盖，而呈现出的图片在一切部分都很好。为了进一步高效，这种批改能够彻底做到对用户通明，即无需用户干与。
有了这种软件增强光学的概念，新的时机处处逢生。这些根本的办法是运用专业镜头，在光线进入相机时对这些光线进行操作，依照所需的功用来将这些光线在散布在成像器上。受操作的图片没有直接运用，它需求软件进一步批改。但是，因为图画依照已知的办法被操作，在数字上是能够被康复的，然后高质量的输出被提出出来。经过这种办法便可完结许多功用，包含无运动部件的全光学变焦、延伸景深以及低能见度环境下的小F值光学功用。
用于光学变焦的软件增强光学解决计划利用了这种现象，即在惯例光学镜头仓中，信息的密度在视界规模内是不一致的。中心区域包含了更多的数据，而边际相反。但是一个图画传感器有一个规矩的、二维的像素阵列。这意味着取景时，成像器的中心是正常采样，而边际是过采样。软件增强光学解决计划利用了特定规划的像素镜头，然后供给了视界内非均匀散布的光学感应功用，然后与固态成像器的量化格局相吻合。在作用上，这与自然界所采纳的传统办法相反。许多带有单孔径眼睛的动物，尤其是鸟类，有一个规范的“镜头”，但在视网膜上的导管和圆锥细胞对错均匀散布的。在这两种状况中，都会导致图画失真，但都能够得到纠正，因为镜头的规划以及成像器（或许视网膜）的像素散布都是已知的。
为了能以相同的扩大倍数检查，算法有必要紧缩视界中心区域的细节，因为在这个区域中专业镜头添加了扩大倍数和分辨率。因而，紧缩不会下降图画的质量，而实际上，软件增强镜头解决计划在这样的规划中，能够使得图画质量与传统的相机发生的相同。当图画进行缩放时，图画的边框会呈现，而现已扩大的中心区域会被保存。随后，图画会被纠正失真。这是与数字变焦最大的不同，因为变焦是镜头运动的成果，并在图画收集时现已固定下来，因而变焦后的图画保存了其原始的较高的分辨率。软件增强光学能够完结3倍的变焦。
图是一个运用软件增强光学来供给变焦功用的比如。在这个计划中，没有可运动的部件，便是物理上的紧凑型、巩固耐用、瞬间可视、耗电量很小的、从而本钱很低。这显着好于数字变焦。数字变焦触及到了图画的修剪和扩展来添补视界，这自然会下降分辨率，因为可用的信息将涣散在更大的区域上。在一个3倍的数字变焦中，简直90%的质量信息会在图画收集时丢掉，这也是为什么数字变焦只供给了很小倍数的扩大功用。用于变焦的图画增强解决计划能够经过固定镜头和一个简略的算法来完结。这使得这种计划对一切成像器技能以及一切分辨率（从QCIF到》10M像素）都习惯，所以估计将在短期内广泛运用于摄影手机中。
图。 运用OptiMLTM变焦软件增强光学解决计划完结的光学变焦（仅显现视界的中心区域）（左图）进行失真纠正前的图画（中图）经过1倍光学变焦扩大的失真纠正后的图画（右图）经过2倍光学变焦扩大的失真纠正后的图画。来历：Tessera公司
经过摄影手机得到的图片往往是出于“一时鼓起”的工作。顾客不期望场景是安排好的，而且将没有时间或感到费事来将相机和他们自己置于距方针最合适的当地。借助于这些小型光学器材，一个传统的相机模块只需在必定的间隔内聚集方针，典型的是60厘米到数十米。因为未能了解和恪守这个约束，顾客往往对他们自己成像后的图片无法感到满足。针对这个问题的图画增强解决计划是“扩展景深”。这导致了场景的一切细节将会被定焦，只需这些细节在距相机模块10厘米到无穷远的规模内。类似于软件增强镜头变焦计划，这能够经过专业镜头供给的光学扩大和一个简略算法的兼并得到。它不触及任何运动部件，因而是巩固的、牢靠的、瞬时的并低功耗的。
