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从CMOS进化,看未来手机画质如何赶超卡片和单反

本文作者:maomaobear 2015-02-06 16:45
导语:手机取代卡片机已经是公认的事实,但相比高档大底卡片机和单反,手机在照片质量,尤其是画质方面,还存在着几乎不可跨越的鸿沟。但现在,索尼再次发布了自己的黑科技——IMX233CLJ Exmor RS传感器,让我们来看看这次“索尼大法”究竟能给我们带来什么惊喜吧。

从CMOS进化,看未来手机画质如何赶超卡片和单反

现在,主流手机的摄像头都已经达到1300万像素了,单位像素面积在1.06um左右。因为手机厚度的限制,CMOS厂商已经很难继续加大手机摄像头的CMOS,而这就限制了手机的画质。

在CMOS面积有限的情况下,如果追求高的像素的数,单位像素的面积就会变小,弱光下就表现就不会太好。表现出来的最大特征,就是照片噪点多,画质严重下降。

虽然现在有背照式CMOS,堆栈式CMOS,努力提高感光元件的面积利用率,但是技术总有其极限。目前单位像素做到1.06um已经开始影响画质,要想继续缩小,显然难以为继。

于是,手机厂商想其他办法来改进画质,譬如华为和酷派搞的双摄像头。而上游厂商也在思考如何进一步提升画质,索尼最近拿出的IMX233CLJ Exmor RS传感器,从某种意义上说,是可以代表未来方向的。

IMX233CLJ Exmor RS的规格

我们先来看一下IMX233CLJ Exmor CMOS的官方参数

1/2.3英寸(7.83mm对角线)1616万像素背照式彩色传感器

背照堆砌式CMOS传感器结构+背部削薄80%+铜接线层

3280(横)x2464(竖)x2=1616万像素

1.39um x 1.39um 单元像素尺寸

灵敏度度2174digit./3741digit.(相当于532mV /915mV)[平均高于IMX183CQJ]

Q67模式全取样 1616万像素 12bit 30fps

拜耳阵列取样 808万像素 10bit 72fps

9bit模式下 FHD 300fps / HD 600fps

时差像素矩阵拍摄 最高3228万像素

时差像素矩阵视频 6.5K分辨率 24fps 10bit

双区域曝光摄影 动态范围高于15档

这些参数看起来有些专业,让人摸不着头脑。我们来一一做个解释。

技术详解

(一)面积和像素数

首先,我们来看一下单位像素面积,1.39um是一个比较平衡的数字。苹果的摄像头做到1.4um以后,就不再往下做了。虽然理论上更大的CMOS单位像素面积可以提升画质,但是事实证明,HTC搞得2.0um并没有带来多少提升

索尼曾经做到过1.06um,但是现在又回到1.39um,这个大小兼顾了画质和像素数。
从像素计算,3280(横)x2464(竖)应该是800万像素的水平,但是IMX233CLJ Exmor RS还有一个2倍,这是怎么回事呢?

我们用的CMOS其实是单色的,在单色的CMOS上覆盖了红蓝绿,三种颜色的滤色片,三种颜色组合起来,变成我们看到的五颜六色。

大多数CMOS排列这三种滤色片,采用拜尔排列(一个小方格一个小方格的排列),然后通过三种滤色片背后的感光数据,猜测每个单位像素的颜色。

从CMOS进化,看未来手机画质如何赶超卡片和单反

而这块IMX233CLJ Exmor RS革命性的使用了一种Q67排列,新的成像器件滤色片排列方式与拜尔滤色片的最大差别是图形旋转了45度,全部像素排列由正交变为斜交,但G像素的排列由拜尔滤色片的斜交变成了正交,R和B像素排列则变成了斜交。由此带来的变化是像素利用率由拜尔滤色片的33.3%提高到了67%,用两倍像素密度实现了拜尔滤色片四倍像素密度才能达到的分辨率。

所以,这里就有了一个2倍,808万像素变成了1616万像素。

Q67排列还有一个好处是每个像素点包含红蓝绿信息更多,猜颜色也会比拜尔排列更准。

从CMOS进化,看未来手机画质如何赶超卡片和单反

(二) 感光度和厚度

按照官方参数,IMX233CLJ Exmor RS的灵敏度平均高于1寸的IMX183CQJ。

要知道,CMOS是底大一级压死人,1/2.3寸的CMOS怎么可能比1寸的还好?

这要感谢新工艺的应用,IMX233CLJ Exmor RS的内部连接层由传统CMOS的铝改为铜,这使连接层的厚度减小,同时有效提高了灵敏度和宽容度。在CPU上,Intel的铜互联工艺已经用了快10年了,而在CMOS上还是新技术。

从CMOS进化,看未来手机画质如何赶超卡片和单反

这种工艺还帮助IMX233CLJ Exmor RS削薄了80%的厚度,有利于其装载在比较薄的智能手机之中。

要知道,1寸的IMX183CQJ是目前很多高价微单用的CMOS,而通过技术进步,未来手机中能用的CMOS会比现在的微单画质更好,这将是一个巨大的提升。

(三)超像素技术

IMX233CLJ Exmor RS按照Q67排列计算的像素数是1616万,但是它却支持3228万像素的照片。

这就是超像素技术,其实这种技术在手机上最先应用是中国的OPPO,OPPO Find7用1300万的CMOS出了5000万像素的图。

原理是利用处理器的运算性能,瞬间拍摄多张照片,合成为一张,因为多次曝光等于多次利用了CMOS面积,出来的照片画质非常不错。

在OPPO N3上面,1600万摄像头出来的超像素图已经可以媲美真实3800万像素的诺基亚808。

从CMOS进化,看未来手机画质如何赶超卡片和单反

索尼IMX233CLJ Exmor RS支持超像素的照片,而且还支持超像素的视频,6.5K分辨率的视频已经达到专业拍摄的水平,超过了消费级别的4K。

其实,这也是把多帧合成一帧,808万像素能拍72帧,三帧合成一帧,6.5K的分辨率就出来了,清晰度超凡脱俗。

未来的智能手机摄像头

从iPhone4开始,索尼的CMOS就是高端智能手机的标配,而这次索尼的新一代CMOS也会很快出现在我们未来的智能手机上。

由于索尼这次技术的大跃进,我们智能手机拍照的画质也将有非常大的提升。

正常拍摄,画质超过目前的微单;


超像素拍摄,画质超过目前的正规单反;(雷锋网(公众号:雷锋网)编者按:超像素拍摄技术本身,是存在局限性的。多张叠加的算法,决定了在拍摄运动画面,或者手持拍摄晃动剧烈时,画质不但不能提升,还会有很大的衰减。但在拍摄固定场景,拍摄设备相对稳定,且光线充足,光线变化不大或变化缓慢的前提下,达到入门级单反的画质水平,是可能成立的。


色彩超过普通的手机,相机,接近真实RGB的适马相机;


视频拍摄做到6.5K分辨率的专业级;


日常拍摄,可以用20倍慢动作(720P分辨率下)拍摄运动场景。

手机厚底比OPPO N3薄,可以做到iPhone的水平,这不就是我们梦想中的手机摄像头吗?
未来很美好……我们已经迫不及待。

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技术偏执狂,深度分析师,关注科技、互联网、汽车。
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