模组知识（１）－CRA-光学知识

＃灵感＃  CRA算是光学基础知识的一部分，而且最近项目确实color shading 挺严重的。以前记的知识不全，这次再次整理一下。常学常新。

目录

sensor CRA：

CRA ：

Lens CRA:

lens CRA和sensor CRA不同大小关系：

镜头硬件固有问题：

ISP 改善：

CRA 匹配建议：

sensor CRA的选择:

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Chief Ray Angle

硬件基础：拍摄镜头和sensor之间的接口是整个可拍照手机系统中最重要 的接口之一。

sensor CRA：

sensor 的每个像素上都有一个Micro Lens 微透镜。微镜头的主要功能就是将来自不同 角度的光线聚焦在此像素上。这样便在兼顾单一像素大小的同时，在规格上提高了开口率，使感光度大幅提升。

  

微透镜起到收集光线的作用，而micro lens在每个视场？（视角？）并不是位于pixel正上方的，对于FSI sensor来说，通常会通过移动sensor表面的Micro Lens来收集更多光线。

CRA ：

从镜头的传感器一侧，可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为一个参数，称为主光角(CRA)。对于主光角的一般性定义是：此角度处的像素响应降低为零度角像素响应？？？不太懂，。(此时，此像素是垂直于光线的）的80%。

    

光线进入每个像素的角度将依赖于该像素所处的位置。镜头轴心线附近的光线将以接近零度的角度进入像素中。随着它与轴心线的距离增大，角度也将随之增大。视场范围越大的镜头，其Lens CRA 值就越大。参考上图最右。

像高（Image Height）的最大值是对角线长度，因为镜头是圆的，画面的对角线是最接近镜头成像直径的，所以最大尺寸是对角线尺寸。

CRA与像高的关系（摘自OV某款sensor规格书）：sensor 的CRA：

（lens CRA 也是一条曲线）

另外，当sensor 的Pixel的尺寸越来越小时，即分辨率越高时，边缘的Pixel越容易受到CRA影响。

不同颜色CRA有所区别，

Lens CRA:

CRA与像素在传感器中的位置是相关的，它们之间的关系与镜头的设计有关。很紧凑的镜头（lens）都具有很复杂的CRA模式。通过改变微镜头(sensor的micro lens)设计，并对拍摄到的图像进行适当处理，就可以大大降低这种现象。

下图可以看出镜头的TTL也是决定 lens CRA角度的关键，TTL越低CRA的角度就越大，所以小像素的Image sensor对于相机系统设计时的镜头CRA匹配也至关重要。

lens CRA和sensor CRA不同大小关系：

如果lens的CRA（chief ray angle）值与sensor的micro lens CRA值不匹配,将会导致luma shading严重或者成像color shading严重问题。比如下图右，经过R-filter的光线，照到了G像素上，造成像素之前的串扰，出现color shading；

镜头硬件固有问题：

由于光 线是沿着不同的角度入射到传感器上的，因此对于各种镜头设计而言，阴影现象都是固有的。“cos4定律”说明，减少的光线与增大角度余弦值的四次方是成比例关系的。另外，在某些镜头设计中，镜头可能本身就会阻挡一部分光线(称为“晕光”)，这也会引起阴影现象。所以，即使微镜头设计可以最小化短镜头的阴影 现象，此种现象还是会多多少少地存在。

镜头的一些设计改善：CRA与像素在传感器中的位置是相关的，它们之间的关系与镜头的设计有关。很紧凑的镜头都具有很复杂的CRA模式。通过改变微镜头设计，并对拍摄到的图像进行适当处理，就可以大大降低这种现象。

ISP 改善：

为了给相机设计者提供额外的校正阴影现象的方法，图像处理器包含了阴影校正（LSC）功能，，通过使用软件，工程师可以简化对各种芯片特性默认值的修改过程。通过使用一个均匀点亮的白色目标（DNP灯箱），可以对响应过程进行简单的试验。每种变化的结果都可以显示在一个PC监视器上。

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参考：

芯片CRA角度与镜头选型的匹配关系（二）_常见问题_新闻资讯_深圳市台微影像有限公司 (micro-camera.com)

CRA 匹配建议：

sensor CRA的选择:

1 广角镜头：这时一般Lens的CRA比较大，需要选择CRA大于25度的Sensor或者BSI的Sensor；一般用于手机、安防、玩具、网络摄像头等；

2 超长焦镜头：这时一般Lens的CRA比较小，需要选择CRA为0度的Sensor；一般用于安防、机器视觉等；

3 变焦镜头：这时Lens的CRA是变化的，一般需要根据实际应用选择，最好采用大pixel，BSI的Sensor；一般用于安防等