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發表時間:2017-05-17 13:39 點擊:

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[PConline 杂谈]本来嘛,我也没拆过智能手机,不过上次为了证明魅族16s是否有点胶,确实过了把瘾,将一台手机拆了个底朝天。四三认为在现在的智能手机中,摄像头应该是物理结构最为复杂的元件之一,它通常是由PCB主板、CMOS传感器(Sensor)、固定器(Holder)和镜头(Lens Ass’Y)组成。但是实际上,主要负责拍照、录像的还是由CMOS负责。写这篇文章主要还是想科普下最基础的像素点排列方式对CMOS的影响吧。 对于智能手机而言,许多厂商的终极目标就是拥有媲美单反相机的成像素质。然而,受限于CMOS的物理瓶颈,手机镜头普遍开孔只有8mm,这怎么与单反专用的CMOS对决呢?所以为了缩小与单反相机之间的差距,只有不断提升CMOS成像画质这么一条出路。玩摄影的都知道一句话“底大一级压死人”。所以既然突破不了物理限制,那么就走增加CMOS传感器的尺寸这么一条路能不能行得通呢? 那么问题来了,在现在最求纤薄的智能手机,与加大CMOS尺寸的发展方向是违背的,比如历史上首台装进了1/1.2英寸的诺基亚808PureView,为了塞入这个1/1.2英寸的CMOS传感器,诺基亚808PureView相机部分厚度17.95mm。所以作为今年主打的IMX586/IMX600还是IMX650,这些顶级超大像素传感器的尺寸也只有1/2.0英寸和1/1.7英寸,虽然比平常手机常用的那些1/2.X英寸的CMOS传感器来说算是“大底”,但是和专业的单反CMOS来比,那就是弟弟。 那么来说说第二条路,提升CMOS传感器的进光量可不可行呢?因为增加传感器的进光量可以在相同场景下拍出亮度更高、锐度更清晰以及噪点更少的照片。对于CMOS来说,增加进光量的方法还是很多滴,比如增加传感器尺寸、增大镜头光圈、增加单个像素感光面积、引入UltraPixel超像素摄像头(某凉了的火腿肠ONEM7)。 开始介绍CMOS底层架构之前,首先先说说拜耳阵列,我们人眼睛能看到不同的色彩,主要是因为人眼上有可以感知不同频光线的细胞,CMOS就是相机里面可以感受不同颜色的“细胞”,只是我们称他们为像素点,并以拜耳阵列(Bayerarray)的形式加以排列。 历史上,柯达公司的影像科学家布莱斯.拜耳(BryceBayer)最早发现人眼对红绿蓝三原色中的绿色最敏感,所以他尝试在CMOS上方加入了一块滤镜,采用1红2绿1蓝(RGGB)的排列方式将黑白信息转换成彩色信息,让呈现出CMOS上的色彩更加接近人眼的视觉效果。因此,几乎所以的CMOS传感器都采用了RGGB排列方式,也就是我们常说的“拜耳阵列”,或者“拜耳滤镜”。 但是拜耳阵列也是有缺陷的,因为CMOS在进行光电转换过程中无法得到颜色信息,拜耳阵列则是起到了分色的作用,光线经过滤镜时,只允许同种颜色的光进入,红光进红像素,绿光进绿像素,其他颜色的光则被挡在门外,因此我们成像时,除了得到颜色外,还多出了一些明暗的信息。分色也会在过滤光线时候,损失一些光线强度,其他颜色信息也会全部损失掉,记住这是考点:全部。所以拜耳阵列加持下的CMOS是永远无法百分百还原真实景物的色彩,只能无限接近于真实,人民为了得出最接近真实的颜色,则需要根据相邻的像素点颜色信息来“猜出”这个位置上过滤掉其他颜色的信息,这种“猜色”环节则被称为“反拜耳运算”。这也解释出为什么拍出的照片会出现“偏色”现象,这是在“猜色”环节中猜错了。 说了这么多,手机厂商应该怎么改良呢?首先则是我们的RGBW结构的CMOS。 RGGB结构 上面也说了,人眼对绿色最为敏感,也因此拜耳才会在RGGB阵列上用上了2个绿色像素。那么我们能不能将其中一个绿色像素(G)换成完全透光的白色像素(W)呢?所以第一款四色传感器诞生了,历史上最早推出RGBW结构CMOS的厂商是omnivision(OV),摩托罗拉旗下的motoX、MotoDroidMIni等产品都用过这类CMOS,只是当时摩托罗拉只将这个称谓“clearPixel”技术。可惜OV在传感器市场以及摩托罗拉日渐式微,这种RGBW的CMOS传感器并没有被很多人知晓。 RWWB结构 纯黑白结构 虽然联发科的RWWB传感器还是是理论层面的存在,但是我们还可以拿来“借鉴借鉴”,比方说为什么不丢掉拜耳滤色镜呢?让CMOS实现光线全透岂不是极大增加了CMOS的进光面积?于是,索尼推出了专业的IMXMono黑白摄像头,拥有极高进光量,暗光环境下可以记录更多暗部细节。 有利当然也有弊,去掉分色系统后,Mono黑白镜头无法记录彩色信息,所以必须搭配另一颗彩色CMOS使用,通过双摄+算法的方式来获得比传统RGGB以及RGBWCMOS单摄更好的夜景拍摄效果。时至今日,这种黑白+彩色的双摄组合还是非常的流行,单摄RGBW传感器则被遗忘在历史的长河中。。。 RYYB结构 作为双摄的先驱者,或者说市场选择了多摄矩阵模块吧,RGBW已经被市场淘汰了。单摄CMOS对于最求更高的进光量这个目标一直没变,如何进一步完成拉近手机与专业单反(其他竞品手机)在夜拍时候的成像差距,是现今智能手机的未来重点发展方向。华为P30系列和荣耀20系列应该算是时下夜拍效果最好的智能手机“班带”了。如果不谈传感器尺寸和光圈以及单个像素感光面积等参数,那么这几款手机几乎是拿自己口碑去赌博,因为RYYB就是将两个绿色像素(G)换成黄色像素(Y)替代。 和RGGB相比,RYYB可以减轻拜耳滤镜在滤色过程中带来光的进光量折损问题,同时可以让进光量提升40%之多。以华为P30Pro来说,这款手机的ISO居然可以达到409600,是iPhoneXSMax的64倍!从而只需要一丝亮光即可拍摄到纯黑环境下的颜色细节。 现在开始考试啦,上面在说RGBG,也就是最开始的拜耳阵列时说过,光是由三原色红、绿和蓝组成的,而黄只是其中之一,少了最关键的绿色又该如何还原真实的颜色呢?为此,黄色可以将红色+蓝色(R+G=Y)来获得,这也说明黄色是绿色和黄色的结合,在亮度上是由两者叠加。所以将三原色重塑后,RYYB的CMOS传感器在色彩上将于RGGB传感器有根本性的变化,RGGB光学三原色是加色法,表现的是吸收光,什么颜色像素吸收什么颜色的光。R+G+B即是白色,白色会吸收一切光。RYB三原色则是减色法,表现的是反射的光,黄色反射红色和绿色,R+Y+B是白色,黑色是不吸收光的,反射一切的光。 华为想要完美驾驭RYYB传感器,则是需要一套更加强大的硬件ISP和更加强大的算法。华为终端手机产品线总裁就表示,华为为了保证RYYB滤镜的调色准确性,付出长达3年时间来调教。但是我们在刚开始评测P30的照片时候,就发现了会出现偏色的问题,随后通过固件升级这个现象才慢慢变少。 在智能手机的影像道路上,特定化的优势会带来显著的竞争力。而定制的CMOS滤镜结构则体现厂商技术实力的强悍,四三也希望有观点厂商拿出自己对于拍照的独特看法,挑战传统,实现手机战单反的梦想。
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