Sensor信號輸出YUV、RGB、RAW DATA、JPEG 4種方式區別

簡單來說,
YUV: luma (Y) + chroma (UV) 格式, 一般情況下sensor支持YUV422格式,即數據格式是按Y-U-Y-V次序輸出的
RGB: 傳統的紅綠藍格式,比如RGB565,其16-bit數據格式爲5-bit R + 6-bit G + 5-bit B。G多一位,原因是人眼對綠色比較敏感。
RAW RGB: sensor的每一像素對應一個彩色濾光片,濾光片按Bayer pattern分佈。將每一個像素的數據直接輸出,即RAW RGB data
JPEG: 有些sensor,特別是低分辨率的,其自帶JPEG engine,可以直接輸出壓縮後的jpg格式的數據

對於這幾種輸出格式,幾個疑問: 
1、 有些手機基帶芯片只能支持2M以下的YUV sensor,3M以上只能使用JPEG sensor,這裏說明YUV輸出格式對基帶芯片有一定的要求, 那麼到底YUV sensor對基帶芯片有怎樣的要求呢?
2、 如果直接輸出RGB,對於LCD的顯示是最方便的,那麼爲何大多數基帶芯片都是要求輸出爲YUV格式的數據再進行處理呢?

1 YUV一個像素佔2B,如果像素太高在高時鐘下基帶芯片處理不過來,JPEG數據量就要小的多,所以不是YUV對基帶芯片有要求而是基帶芯片對輸出數據速率有要求。
2 RGB565一般用在很低端的基帶芯片上,直接往屏上刷。YUV輸出亮度信號沒有任何損失,而色偏信號人眼並不是特別敏感,RGB565輸出格式是R5G3 G3B5會丟掉很多原始信息,所以YUV圖像質量和穩定性要比RGB565好的多
3 RAW數據每個像素就1B,數據量要少很多,一般5M以上sensor就只輸出RAW數據以保證比較快的輸出速度,後端掛一個DSP來處理輸出的數據。
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RAW和JPEG的區別 
RAW格式文件基本上是一個沒有經任何圖像處理的源文件, 它能原原本本地記錄相機拍攝到的信 息,沒有因爲圖像處理(如銳化、增加色彩對比)和壓縮而造成的信息丟失,但需要用特別的軟件 來打開這些文件。 另一種常用的格式便是JPEG,相機會先根據使用者的設定來做一定的圖像處理,然後經過壓縮 (程度因相機內設定的照片質量而定)和保存照片。 爲何要拍攝RAW? RAW是一種專業攝影師常用的格式,因爲它能原原本本地保存信息,讓用戶能大幅度對照片進行 後期製作,如調整白平衡、曝光程度、顏色對比等設定,也特別適合新手補救拍攝失敗的照片,而 且無論在後期製作上有什麼改動,相片也能無損地回覆到最初狀態,不怕因意外儲存而損失照片。 

RAW還有一個好處,例如佳能DPP軟件可以修正鏡頭失光、變形等。 JPEG格式有什麼優點? JPEG格式爲一種非常普及的照片格式,差不多所有現代數碼相機都能使用這個格式,絕大部分 的計算機上也能打開JPEG文件,使用者也可以隨意設定壓縮程度來保留畫質(最佳的JPEG畫質跟RAW 的非常接近),是一種十分方便的格式。 

我該拍攝RAW還是JPEG? 在討論這個問題之前,讓我們看看RAW格式有什麼缺點: 1.因爲RAW文件需要保留所有細節和信息,所以文件比JPEG大很多,這樣儲存照片或把照片傳輸 到計算機的時間便更長更久,需要的儲存容量也更大; 2.RAW文件需要使用特別的軟件來打開,一旦計算機沒有安裝軟件便沒法打開文件; 3.承上,一旦10年後那套特定的軟件沒法安裝,之前拍攝的照片便沒有辦法打開; 4.軟件打開RAW的時間比較長,快的需要8、9s,慢的可能要用上20s也說不定; 5.不同的軟件有不同的方式去“演譯”RAW文件,所以一個RAW文件在Photoshop 和Nikon Capture NX看可能會有所差別; 6.廠商賣的專用軟件價錢不低。(佳能DPP可以免費下載,尼康NX則需另購) 清楚RAW的缺點以後,我們便可以看看哪種情況應該選擇RAW或JPEG: 如果你需要拍攝大量的照片,應該考慮使用JPEG,因爲其容量需求比較少和可以保留後制及把 照片轉換爲JPEG的時間; 如果你用作商業拍攝或喜歡後期製作,應該使用RAW,因爲後製空間較大; 如果你正進行旅行攝影,可以考慮使用RAW或者RAW+JPEG,因爲旅行的地方可能沒法常去,使用 RAW讓你一旦拍攝失敗也有較大的機會補救。 後記 其實現在Photoshop的功能很強大,對於JPEG文件也能通過level或curve來調較曝光、白平衡、 色彩對比等,當然如果需要做大幅度的調整還是RAW文件比較適合的。

攝像頭數據格式

攝像頭的數據輸出格式一般分爲CCIR601、CCIR656、RAW RGB等格式,此處說的RGB格式應該就是CCIR601或CCIR656格式。而RAW RGB格式與一般的RGB格式是有區別的。
我們知道,Sensor的感光原理是通過一個一個的感光點對光進行採樣和量化,但,在Sensor中,每一個感光點只能感光RGB中的一種顏色。所以,通常所說的30萬像素或130萬像素等,指的是有30萬或130萬個感光點。每一個感光點只能感光一種顏色。

但是,要還原一個真正圖像,需要每一個點都有RGB三種顏色,所以,對於CCIR601或656的格式,在Sensor模組的內部會有一個ISP模塊,會將Sensor採集到的數據進行插值和特效處理,例如:如果一個感光點感應的顏色是R,那麼,ISP模塊就會根據這個感光點周圍的G、B感光點的數值來計算出此點的G、B值,那麼,這一點的RGB值就被還原了,然後在編碼成601或656的格式傳送給Host。

而RAW RGB格式的Sensor則是將沒個感光點感應到的RGB數值直接傳送給Host,由Host來進行插值和特效處理。

Raw RGB 每個像素只有一種顏色(R、G、B中的一種); 
RGB 每個像素都有三種顏色,每一個的值在0~255之間; 
在手機攝像頭的測試過程中,由sensor輸出的數據就是Raw data(Raw RGB),經過彩色插值就變成RGB

 sensor輸出的數據格式,主要分兩種:YUV(比較流行),RGB,這就是sonsor的數據輸出;這其中的GRB就是Raw RGB,是sensor的bayer陣列獲取的數據(每種傳感器獲得對應的顏色亮度); 
但是輸出的數據不等於就是圖像的實際數據,模組測試時,就要寫一個軟件,完成數據採集(獲得Raw data)->彩色插值(目的是獲得RGB格式,便於圖像顯示)->圖像顯示; 
這樣就可以發現整個模組是否正常,有無壞點,髒點的等,檢測出不良品;(軟件的處理過程當中,爲了獲得更好的圖像質量,還需要白平衡,gamma校正,彩色校正) 
而在手機的應用中,手機根據相機模組的數據格式,提供一個ISP(主要用於RGB格式的),配合軟件,使照相功能得到應用;


對於SENSOR來說,Bayer RGB和RGB Raw兩者的圖象結構都是BG/GR的(Bayer pattern說的是COLOR FILTER的結構,分爲兩種:STD Bayer pattern 與Pair pattern,其中STD Bayer pattern的結構是BG/GR的,而Pair Pattern顧名思義是指BGBG/GRGR的結構,即以四行爲一個單位,前兩行是BG的結構,後兩行是GR的結構,這種結構是美光專門爲此申請了專利的,主要是在輸出TV模式(NTSC/PAL制)時用到),
由於後端應用時,對RAW DATA圖像的 解碼是按默認的結構來 解碼的 ,如BG/GR,因此 Bayer RGB和RGB Raw兩者的圖象結構必須都是BG/GR的,而如果輸出圖像結構是BGBG/GRGR,則不可以直接顯示和解碼 的。
Bayer RGB與RGB Raw的主要區別在於兩者輸出前經過的處理不同,Bayer RGB從ADC輸出,只經過了LENS SHADING CORRECTION,GAMMA等模塊處理而後就直接輸出,而RGB Raw則經過了整個ISP模塊的處理,最終是經過YUV422的數據轉化而來的

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