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从大像素到新架构的转变 CMOS的作用有多大

这几年陆续看到手机厂商和供应商开始在CMOS架构上做文章。有在像素尺寸上做文章的,有在拜耳阵列上下功夫的,目的只有一个——在确保基本画质表现的基础上提高进光量。

这几年来手机厂商对摄像头可谓是疯狂地各种折腾,先是想在纤薄的机身内塞进去一块大底CMOS来获得高画质,但发现诺基亚808的1/1.2英寸几乎已经是极限了。转而它们又想了一条别的路子,既然画质也就这样了,莫不如在CMOS上加工加工,让成像效果更理想吧。

于是我们这几年陆续看到手机厂商和供应商开始在CMOS架构上做文章。有在像素尺寸上做文章的,有在拜耳阵列上下功夫的,目的只有一个——在确保基本画质表现的基础上提高进光量。那位说了,进光量有这么重要能让这么多厂商天天为之钻研吗?还别抬杠,下面就跟大家聊聊这几年手机厂商是怎么在进光量上打主意的。

其实,影响进光量的最大因素是镜头的光圈值。光圈值f为什么通常用/来表示呢?因为它其实是一个比值,等于镜头物理焦距/光圈孔径。这样,如果镜头的物理焦距越大,理论上其光圈值也就越大;光圈孔径越小,光圈值越大。换句话说,想获得相同的光圈f值,长焦镜头的口径要比短焦镜头的口径大,这也就是为什么超长焦大光圈定焦镜头一概是“大炮筒”的原因。

但在手机摄像头上,虽然我们看到光圈值如今也能达到f/1.8,但由于镜头物理焦距只有几毫米,因此它的进光量完全无法和单反镜头相提并论。所以,负责任一点说,在手机摄像头上走所谓大光圈的路其实没什么实际意义。

手机摄像头/相机镜头进光量完全不具可比性

由于手机摄像头的体积所限,进光量相比单反镜头极其有限,造成的结果是什么?照片亮度不足、暗处噪点增多、夜拍基本成渣,这些都严重影响手机摄像头的成像质量。因此厂商才纷纷在进光量上面做文章。而最开始在这方面下功夫的是曾经的国际大品牌HTC。

从大像素到新架构的转变

三年前那个初春发布的HTC One M7 在当年大红大紫,不得不说UltraPixel超像素摄像头是一大功臣。为了提升进光量,HTC One M7反潮流地把后置摄像头的像素压缩到令人惊讶的400万,为的是把每个像素的尺寸提高到令人惊讶的2μm。HTC认为,提高单个像素大小比单纯提高像素数在改善画质方面作用更大。在它身后,IUNI U3、小米Note都用过UltraPixel摄像头,但从小米Note之后,UltraPixel似乎一下就销声匿迹了。

超像素/RWWB 厂商总折腾CMOS究竟图个啥

HTC One M7采用了大像素的手段提高进光量

原因是什么?大像素固然能提升进光量,但致命的问题在于全行业都在“提高像素数”这条大路上愉快地奔跑,UltraPixel反其道而行之,说服消费者接受它难度太大了。所以,在“降像素增尺寸”失败后,厂商又想到了另外一个提高进光量的路子——改造CMOS架构。

超像素/RWWB 厂商总折腾CMOS究竟图个啥

传统拜耳阵列(图片来自新摄影)

一般来说感光元件(CMOS)的上方有一块分色的滤镜,至于如何过滤彩色光线信息是个学问。柯达公司的科学家布莱斯·拜耳在科研中发现,人类对红绿蓝三原色中的绿色敏感度最高,由此他在CMOS上方增加了一块滤镜,采用1红2绿1蓝(RGBG)2*2的排列方式将灰度信息转换成彩色信息,让呈现在CMOS上的色彩更接近人眼的视觉效果。

超像素/RWWB 厂商总折腾CMOS究竟图个啥

RGBW四色架构(图片来自phonearena)

就这样过去了多年,RGBG的拜耳阵列一直被沿用着。这时,有厂商想到了这样一个点子:如果“抠掉”两个绿色像素(G)中的一个,用透光性强的白色像素(W)代替,进光量不就大了吗?这个厂商就是OV,这款成品就是Moto X。其实也不只是Moto X,Moto Droid Mini、Droid Ultra、Droid Maxx这些产品也都使用了被摩托罗拉称为“Clear Pixel”的技术。不过,OV在摄像头领域的成就并不如行业霸主索尼,正是后者推出的IMX278让RGBW架构在去年火了一阵子。

更加疯狂的"黑白全透镜头"

疯狂的厂商总是有的,抠一块绿色像素算啥?为了提升进光量我们敢把两块绿像素全抠下来!说这话的是联发科,它们在去年6月发布了Helio P10八核处理器,支持RWWB CMOS架构并辅以名为“True Bright”的图像引擎。RWWB将传统拜耳阵列上的两块绿色像素全部替换为白色,进光量比RGBW架构还要大,着实是敢想敢做。

超像素/RWWB 厂商总折腾CMOS究竟图个啥

联发科Helio X20支持RWWB传感器

这还不算完,行业霸主索尼一看自己的技术优势被取代,马上就抛出了更加疯狂的杀手锏:你不是一枚CMOS成像吗?我整两枚CMOS,双摄像头,其中一枚CMOS直接把分色滤镜取消了,光线全透。不仅进光量高,记录的画面细节还多呢!

超像素/RWWB 厂商总折腾CMOS究竟图个啥

360手机奇酷极客版拥有的彩色+黑白智慧双摄像头

大胆的构思需要同样有魄力的人来驾驭,360老总周鸿祎扛起大旗,它们推出的360奇酷手机旗舰版成为了全球首款搭载索尼IMX Mono黑白摄像头的智能手机。由于把玩过较长时间,我对这款手机的拍照水平有比较深刻的印象,在光线一般的夜晚街拍,照片的亮度完全跟得上,同时细节还原真实准确。而在前晚,华为P9也同样将彩色+黑白双摄技术融于产品当中,加上徕卡认证非球面镜头的加持,成像质量同样值得期待。

华为P9也采用了能获取大进光量的双摄像头设计

没有大胆的创新也就不会有我们现在看到的彩色黑白双摄的出现。从增大像素点到在CMOS上加以改进,终端厂商、供应商持续在为手机拍照水准的提升做着贡献。可以判断的是,随着索尼黑白+彩色双摄CMOS的全面商用,这一技术将在今年发布的旗舰手机中得到广泛应用。写到这里文章就要结束了,在我的规划里,不久以后还会推出一篇弱光夜拍大对比,前面提到的几款机型也会登场接受实拍考核,一起期待吧。

来源:zol

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