图像信号处理器 (ISP: Image Signal Processor) 是相机的关键组件，有助于实现成像系统所需的输出质量。ISP 负责将图像传感器提供的原始图像转换为可用格式，供嵌入式视觉系统执行各种任务。
大多数传感器都是相对简单的设备。然而，相机系统必须执行一系列复杂的图像处理任务。为了使其正常工作，它们还需要一些控制系统来管理增益、曝光，有时还需要对焦。
例如，假设实验室中使用的自动液体处理系统可以根据试管盖的颜色自动识别试管中的样品。这需要相机系统能够捕捉和识别颜色。而这只有在 ISP 的帮助下才能实现。
在本文中，我们将了解什么是 ISP，它在成像系统中的重要性和功能，以及它的类型等等。
什么是 ISP？
有 ISP 和无 ISP 的图像对比
ISP 或图像信号处理器是成像系统中负责处理图像的专用处理器。除了硬件处理之外，我们还进行了不同类型的软件增强，以确保所有成像参数（例如对比度、增益、锐度、伽玛等）均达到理想状态。
使用 ISP 实现所需图像质量的过程称为 ISP 调优。这是相机集成中的关键步骤，因为仅仅选择一款功能齐全的相机是不够的。您需要确保能够定制相机，以满足最终应用的质量要求。
让我们通过一个例子来理解这一点。
收割机器人
假设一个用于采摘水果和蔬菜的农业收割机器人。
该机器人使用嵌入式摄像头和计算机视觉技术来识别水果和蔬菜的颜色。这是机器人判断农产品是否可以收获的参数之一。在这种情况下，色彩准确性至关重要，因为它为 AI 算法提供采取行动（是否收获）所需的数据。因此，在这样的应用中，ISP 的性能至关重要。
ISP 在摄像头系统中执行以下功能：
图像采集和图像信号处理 (ISP) 初始化：
图像传感器采集原始图像。这些图像采用未经处理的格式，通常采用包含红、绿、蓝颜色通道信息的拜耳模式。ISP 负责处理从传感器接收到的原始图像。
去马赛克：
去马赛克是将拜耳模式的原始图像数据转换为全彩图像的过程。此过程通过解释周围像素来填充每个像素缺失的颜色信息。
色彩校正：
ISP 调整图像中的色彩，以确保其准确并与真实世界色彩相匹配。此步骤可校正采集过程中可能出现的任何色彩不平衡。
降噪：
ISP 对图像应用降噪技术，以最大限度地减少任何不必要的伪影或“噪点”，这些伪影或噪点可能会影响图像质量，尤其是在弱光条件下。
自动曝光 (AE)：
ISP 根据场景中的光量自动调整曝光设置，从而自动调整图像亮度。这确保图像不会过暗或过亮。这对于在不同光照条件下运行的视觉系统至关重要。白天和夜间运行的智能交通系统就是一个很好的例子。
自动白平衡 (AWB)：
ISP 自动校正图像的白平衡，根据不同的光照条件进行调整，使色彩看起来自然。此步骤确保白色看起来真实，其他颜色也能正确呈现。ISP 以白色作为参考色进行白平衡处理。
图像：
ISP 执行各种图像增强功能，例如锐化、对比度调整和伽马校正，以提高图像的整体质量和清晰度。这确保输出图像能够被人类或计算机视觉软件正确分析。
输出：
ISP 还以系统可用的格式提供输出图像，例如显示器或供嵌入式视觉系统进行进一步的图像分析。
图像信号处理器的变体
ISP 有三种类型：
传感器内置 ISP 、SoC 内置 ISP 和外部 ISP。本节将详细介绍每种类型。
1. 传感器内置 ISP
顾名思义，传感器内置 ISP 直接集成在图像传感器芯片中，允许在内部处理传感器输出的数据。由于 ISP 和传感器集成在同一芯片上，因此
芯片内置 ISP 的数据传输效率更高，延迟更低。
使用传感器内置 ISP 的主要优势包括：
简化系统设计：
由于 ISP 与传感器集成，您无需考虑任何其他设计因素。
减少对外部 ISP 的依赖：
使用传感器内置 ISP，如果满足必要的图像处理需求，则无需外部 ISP。
低功耗：
由于组件数量更少，带有传感器内置 ISP 的摄像头模块可显著降低系统功耗。
低成本：
由于无需集成额外的图像处理组件，传感器内置 ISP 可以降低总成本。
增强数据安全性和隐私性：
随着数据安全问题日益严重，使用传感器内置 ISP 可以带来额外的优势，因为所有处理都在传感器本身完成。
2. 片上 ISP
片上 ISP 集成在系统级芯片 (SoC) 中，与 CPU、GPU 和 DSP 等其他处理单元协同工作，构成完整的解决方案。图像数据从传感器传输到 SoC 内的 ISP 进行处理，然后由其他模块进一步处理或存储。
使用 SoC ISP 的主要优势如下：
强大的图像处理能力：
与传感器内置 ISP 相比，片上 ISP 可以处理更复杂的图像处理任务。
更佳的系统性能和响应速度：
作为 SoC 的一部分，ISP 可以与其他处理单元无缝协作，从而提升整体系统性能和响应速度。
3. 外部 ISP
外部 ISP 是独立芯片，未集成在传感器或 SoC 中。传感器将图像数据传输到外部 ISP 进行处理，处理后的数据随后被发送到主处理器进行进一步处理或存储。
外部 ISP 的优势包括：
强大的处理能力：
外部 ISP 能够处理复杂且自定义的图像处理任务。
更高的灵活性：
先进的处理能力使产品开发人员能够构建具有精细处理需求的系统。
ISP框图
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