键盘摄影（十）——滤镜的种类和作用
有一次忽然意识到，如果想要一个长曝光，浅景深，低 iso 的图，需要物理减光，所以滤镜也算是相机曝光要素中的一部分，为此也整理了一下现在的滤镜的种类，和各自的原理作用。以下内容整理自《关于滤镜-这篇就够了 上/ 下 》。 UV 镜 Ultra Violet通常为无色透明的，不过有些因为加了增透膜的关系，在某些角度下观看会呈现紫色或紫红色。UV 镜滤光片的主要功能是用于吸收波长在 400nm 以下的紫外线，而对其他可见/不可见光线均无过滤作用。它之所以能够过滤紫外线是因为镜片中含有铅。 在胶片年代，由于胶片的化学特性，其对阳光中的紫外线尤其敏感，在紫外线强的地方，使用胶片拍摄出来的照片普遍偏蓝、泛白。严重影响了照片品质。在镜头前加一块 UV 镜，可以有效过滤掉紫外线提高照片的清晰度。 到了数码时代，由于数码机的核心显像部件不再像胶片那样对紫外线过于敏感，因此已无需再对紫外线进行过滤了，所以主要起保护镜片之用。 偏光镜 Polarizers偏光镜对拍摄风景照片有着十分重要的作用。它的主要用途是消除不同表面的反光，令蓝天更蓝、树木更绿；此外，它也可以减少水面及橱窗的倒影。 要理解偏...
走进自动驾驶传感器（三）——卫星导航系统
之前写了自动驾驶用到的相机传感器、激光雷达、毫米波雷达，现在终于写，大学需要专门开一门课写一本书难度的传感器——GNSS 。在此期间阅读了几本 GPS 教科书，理清了 GPS 的整个数据流，以及涉及到的相关技术，如有错漏恳请不吝指正。（也求个点赞不要只收藏(╯‵□′)╯︵┻━┻） 无人驾驶想要获得全局定位，一定是相对于某一固定坐标系的，而地球上范围最广的坐标系便是地球坐标系，想要获得这么宏达层面上的观测，便必须依靠 GPS 卫星的数据。 如果我们事先知道卫星每一时刻相对于地球的位置（地面监测站监测后告诉卫星，卫星一直广播自身星历），然后观测自身距离多颗卫星的位置（用户接收机接收到多颗卫星的信号，得知相对距离），便能知道自身在地球坐标系的位置。 打个简单的比方，在一条单向高速公路上，前车一直在广播它距离起点的位置（这个是路边监控告诉它的），而我们能够测得距离它的位置，所以我们也就知道了自身距离起点的位置。GPS 中是需要观测到至少四颗卫星，来解算三维坐标和用户设备时间和卫星时间的差异。 这之中涉及到了坐标系和时间标准的统一，所以我们可以用 GNSS 来进行给自身定位，给时间高...
与世界连接
时间在记忆中是非线性流逝的，你的少年光景，被压缩成弹指须臾，你正在经历的故事，结束之后空留一地虚无。 这或许是时间，也或许是大脑造成的影响，举个例子，是我们对近几个月的记忆是最清晰的，越往前越是模糊，像是几年前的故事会慢慢只记得零星片段； 其实是因为没有新鲜体验，一天重复了一年，大脑为了解决存储和检索问题就压缩删除了重复文件。如果想要对抗时间带来的此般副作用： 去拥有更多不一样的体验，跳出舒适圈，去做没有做过的事情。 整理构建自己的检索系统，包括但不限定于定期反思记录，整理照片文件。 可这也只能让记忆变得清晰，但仍没有赋予意义。这其间安置我的怅然若失，给人生历程留下记忆锚点的，是仪式感。会习惯性收集拍立得，机票火车票，纪念品徽章，然后将它们挂在卧室墙上，成为了我的意义容器，使得曾经的某一刻变得不一样。 仪式感是什么呢？《小王子》里那只等爱的狐狸会说: 比如，你下午四点来，那么从三点起，我就开始感到幸福。时间越临近，我就越感到幸福。我就发现了幸福的价值 「是设定一个时刻，然后开始期待那个时刻的过程。它使某一天与其他日子不同，使某一时刻与其他时刻不同。」 「仪式感」...
走进自动驾驶传感器（二）——毫米波雷达
在上一篇文章中 Yvon Shong：走进自动驾驶传感器（一）——激光雷达 ，我们介绍了激光雷达这款传感器的数据和特性，接下来我们要介绍的是目前市面上大部分高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems）都搭载了的毫米波雷达。 由于最后本文篇幅长达两万字，并且在整理毫米波雷达传感器资料的时候，综合传感器硬件手册，网上相关资料，官网设备资料，信号处理教材，仿佛又重新学了一遍信号处理，所以将关于毫米波雷达性能指标部分复杂的公式推导放置在了文章最后，并且保证了符号定义的连贯性，保证大家可以从信号处理的基础回忆起，看懂每一个公式。 值得注意的是，本文中涉及到的 FMCW 毫米波雷达，其原理和 FMCW 激光雷达 完全相同，若您对 FMCW 激光雷达感兴趣，可阅读文章中公式推导部分。 欢迎大家点赞关注收藏（点赞求求了 Orz，上一篇收藏数远大于点赞），如需转载请私信联系。欢迎关注本专栏！以下为大纲，方便后续查阅： 毫米波雷达介绍 分类 频段 硬件结构 结构 参数指标 数据 特点 应用 市场 信号处理基础知识 FMCW 雷达原理 距离估算 速...
计算摄影——“看得见”的未来
之前的专栏「自律走行」键盘摄影系列文章中，介绍了作为一名新手，使用相机拍一张照片时需要了解的一些摄影基础知识，当然还要更多关于构图，相机预设的模式等等实际操作时遇到的问题，和拍摄时的经验等等完全没有提及，所以我称之为「键盘摄影」（笑 但作为一名搞自动驾驶的算法工程师，怎能止步于在使用相机传感器时知道摄影的基本概念就可以了呢！我当然会疑惑相机是如何对焦的？它又是如何自动曝光的？它的自动白平衡又是怎么做的？当这些关于相机算法的一系列问题从我的脑海中冒出时，我发现，我已经站在了计算摄影的大门口。 戳>>「键盘摄影」系列文章，后续想到了什么会再更新！ 键盘摄影（一）——相机成像基本元件 键盘摄影（二）——曝光三要素 键盘摄影（三）——等效焦距和等效光圈 键盘摄影（四）——相机成像元件：胶片与彩色暗房 键盘摄影（五）——相机成像元件：CMOS/CCD 键盘摄影（六）——相机成像模型 键盘摄影（七）——深入理解图像信号处理器 ISP 键盘摄影（八）——相机结构和卡口 键盘摄影（九）——光学像差 键盘摄影（十）——滤镜的种类和作用 苹果 iPhone 11 发布会上，苹果高...
键盘摄影（九）——光学像差
我们在 键盘摄影（七）——深入理解图像信号处理器 ISP 中提到 Chroma Shading， 色差，其实镜头带来的像差（Aberration）不只是色差，1857 年，菲利普·路德维希·冯·赛德尔 描述了五种类型的镜头像差：球差，彗差，像散，场曲和畸变。这五个像差描述的是单色光穿过镜头时发生的与理想情况下的差异，而当存在多色光时，不同颜色的光会出现不同的轴向/横向的色差。镜头本身的设计就会导致像差，就更不用说加工时精度，镜片结构和材质导致的成像质量的误差了。 我们接下来主要关心像差产生的原理和如何在光学系统设计时进行矫正。 球差 Spherical Aberration由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经光学系统折射后，如果不能交于主轴上的同一位置（比如穿过球面透镜边缘传播的光线会比穿过球面透镜中心传播的光线聚焦得更强烈），在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为球差。 由于单负透镜产生正球差，而单正透镜，边缘光线的偏向角比近轴光线的偏向角小，产生负球差。因此单透镜本身很难校正球差，对称使用正负透镜组合则可以校正球差。 慧差 C...
键盘摄影（八）——相机结构和卡口
在前面的文章中，我们讲述了相机的基本成像元件，但相机随着历史进程和技术的发展，有着不同的结构类型，在此我们逐个来了解相机有哪些不同的类型，内部结构的细节，以及和与镜头连接的卡口又有怎样的讲究。如有问题敬请不吝指正。 旁轴 Rangefinder Camera旁轴取景式相机，由于取景光轴位于镜头成像光轴旁边，与之平行，因而取名“旁轴”相机。不同于单单反拍摄的“所见即所得”，旁轴相机的实际拍摄的画面和观察的画面，会有偏差。 旁轴没有反光镜，这样相机较薄，机震较轻。 旁轴相机由于对焦基线的原因和没有反光镜的限制，一般广角镜头可以做得非常贴近底片，结构和成像也比单反的要好。所以广角和标准焦距是它的强项，旁轴最长焦极限是 135mm。 徕卡的联动测距系统则是其 M 系列旁轴相机的精髓所在。这实际上是一种通过模拟人眼（两条光线汇聚在一起后合焦）的测距技术。 入射光被一排栅栏以一定角度反射到框线窗（刻有框线的平板玻璃）上，玻璃中间矩形的小孔用来投影成叠影对焦的光斑。与此同时，从右侧的棱镜组也将折射一束光线并通过一个小孔投影在这块平板玻璃上，只有当对焦正确的的时候，两束光线才能以...
键盘摄影（七）——深入理解图像信号处理器 ISP
写在前面，本文为笔者参考了很多篇博客，传感器手册，芯片手册，汇总了 ISP 可能涉及到的步骤流程，整理所得万字长文，并针对 ISP 芯片流程图总结画出了题图的 ISP 流程图，如有错误轻喷。 主要包含：内部结构/控制方式 / ISP 架构方案 / ISP 工作流程 / 图像接入 ISP 的方式 / 黑电平校正 / 镜头阴影校正 / 坏点校正 / 绿平衡 / 降噪 / 颜色插值 / 色温 / 自动白平衡 / 颜色校正 / 伽马校正 / 颜色空间变换 / 宽动态范围 / 锐化 / 自动曝光 / 自动对焦 / 串扰 / 去假彩 / 耀斑补偿 / 自动光圈 / 其他 ISP(Image Signal Process），在相机成像的整个环节中，它负责接收感光元件（Sensor）的原始信号数据，可以理解为整个相机拍照、录像的第一步处理流程，用于处理图像信号传感器输出的图像信号。它在相机系统中占有核心主导的地位，是构成相机的重要设备。 主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理，主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等，依赖于 ISP 才能在不同的光学...
键盘摄影（六）——相机成像模型
本篇文章更多的是计算机视觉的基本知识，讲解真实的 3D 世界投影到相机的 2D 图像的这个过程。 坐标变换首先需要介绍的是我们如何用数学工具来表示物体在坐标中位姿（位置+姿态）的变换。 我们线性代数学习的矩阵*向量的乘法，其本质是对向量进行变换，如下述的旋转过程，v 向量变换到 v’ 向量，可以用矩阵来表示为 旋转 $$\begin{bmatrix} x’ \ y’ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} cos\theta && -sin\theta\ sub\theta && cos \theta \end{bmatrix}*\begin{bmatrix} x \ y \end{bmatrix}$$ 平移可以表示为 平移 $$\begin{bmatrix} x’ \ y’ \end{bmatrix}= \begin{bmatrix} x \ y \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} t_x \ t_y \end{bmatrix}$$ 整理起来 $$\be...
键盘摄影（五）——相机成像元件：CMOS/CCD
上一篇文章 键盘摄影（四）——相机成像元件：胶片与彩色暗房，我们从原理上讲解了胶片时代的黑白胶片/彩色负片/彩色反转片是怎么通过拍摄，冲洗，放大，扫描成为一张纸质照片的，随着科技的进步，柯达公司自己人是第一个使用数码时代的图像传感器进行成像，却不料革了自己的命。 我们也迈进了数码时代一起来了解一下数码时代的图像传感器，它将通过镜头组的光学影像转换成电子信号，再经过模数转换器（ADC）转换为数字图像信号，送到图像信号处理器（ISP）进行处理，便可以通过应用处理器（AP）连接的显示设备查看图像。 外置 ISP 架构 ISP 的过程后续会再单独开坑（![键盘摄影（七）——深入理解图像信号处理器 ISP](https://zhuanlan.zhihu.com/p/139432684），我们首先来了解一下靠 PD 光电二极管进行感光的图像传感器，它分为 CMOS/CCD 两种工艺，主要差异在像素单元和传感器周边电路上。 CCDCharge-coupled Device，电荷耦合器件，它的工作方式是通过镜头的光线使得每一个光电二极管的电容积累一定的电荷，而电荷的数量则正比于该处的...