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记洪都“2016猎鹰金奖”获得者:弘扬航空报国

2019-01-22 22:54 来源:百度知道

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来源:中关村在线

介绍传感器之前,首先要了解一下什么是像素。相当大的一部分用户群体认为,像素是组成屏幕的一个个小点点,像素越高拍照效果越清晰,成像也就越好。

目前索尼在手机摄像头传感器的市场上几乎处于统治地位,基本大部分的旗舰手机都采用索尼的相机传感器,但由于目前包括索尼、OminiVision、三星这些传感器厂商的命名比较混乱,每一款产品的数字型号让普通消费者无从知晓其具体的含义,像IMX214、IMX298、IMX378等等型号究竟有何差距呢?本篇文章就来解析一下索尼各个传感器的差别。

什么是像素

介绍传感器之前,首先要了解一下什么是像素。相当大的一部分用户群体认为,像素是组成屏幕的一个个小点点,像素越高拍照效果越清晰,成像也就越好。这种理解是错误的,像素仅仅只是分辨率的尺寸单位,而不是画质,例如某手机商家大力宣传像素提高到1400万,意思也仅仅是“用我家手机拍出来的照片可以洗两三米那么长”罢了。

感光元件的重要性

那到底画质和什么有关呢?几个重要的因素:镜头的材质和结构设计、光圈类型、内部软件图像算法、更重要的也就是本篇要讲的:感光元件的大小。

感光元件从字面上看,和光有关系,画质的好坏取决于感光元件捕捉到的光子多少来决定,感光元件越大,可捕捉的光子越多,感光性能越好,能够带来更细腻的画质,分辨率自然就越高。而为什么说和像素的多少和画质无关呢?

这里可以把感光元件理解为承载像素的一个载体,有一支能写一万个字的笔,拿它写在一张小名片上,很挤,写在一张A4纸上,很宽敞。载体越大,性能也越好。同样,在两张A4纸上写字,字写的特别大,写不了多少就写满了,反之字写的很小,会写的特别多,字与字之间相对也十分拥挤。像素也一样,在感光元件面积一定的情况下,像素越高,pixel size(单个像素尺寸)就越小,理论上图像的噪声越大,动态范围幅度更小,并且可能受到弥散圆的影响,即像素之间的互相影响。

理论上Pixel Size(单个像素尺寸)越大成像越好

理论上Pixel Size(单个像素尺寸)越大成像越好

反之,pixel size越大,图像的噪声和动态范围也就可以控制的更好,而且受弥散圆的影响也更小。苹果此前一直采用800W的低像素,很大的原因就是为了保持大pixel size。

再举个例子:一共有一百个人,住在一个50平的小草屋里,很挤,住在一个8000平的大城堡里,很宽裕,两个房子都可以住得下100个人,如果你要从字面上“能住一百个人的房子”是判断不出这个房子的大小的。

这也是为什么苹果的800W像素比其他1200W像素的手机拍照效果要好,500W像素的单反照样秒杀1600W的手机相机,很大的原因就是因为它的房子(感光元件)大,并且它住的人(pixel size)也够大够胖,把房子撑起来了。

全画幅感光元件与手机感光元件面积对比

全画幅感光元件与手机感光元件面积对比

现在大部分手机常见的CMOS像素尺寸为1.12微米,而作为单反相机的D800像素尺寸是4.88微米,感光元件更是大于手机数倍。

像素的尺寸不是固定的,它的排列顺序也不唯一。例如普遍的RGB子像素排列、RGBW技术排列、Pentile排列等等,这种排列方式的改变也可以提高画面的分辨率和拍照体验,但更重要的还是取决感光元件的大小。

像素的几种排列方式(图片引自百度百科)

像素的几种排列方式

感光元件是相机的核心,也是关键的技术,目前主要有两种感光元件:一是CDD(电荷耦合)元件;另一种是CMOS(互补金属氧化物导体)器件。虽CCD成像更为优异,但只有少数几个厂商例如索尼。松下等掌握这种技术,而且其制造工艺复杂,价格成本昂贵,而CMOS的制造成本和功耗要低于CCD不少,所以如今的大多数摄像头生产厂商采用的是CMOS感光元件,并且它被看作是未来的成像器件,手机上的传感器也全部属于CMOS感光元件。

得知了影响画质的因素,再来比较索尼IMX传感器孰强孰弱一目了然,虽然结构上的升级可以在对焦速度、噪点控制、以及色彩表现上略有升级,但是其关键因素还是要比较CMOS尺寸的大小。

SONY CMOS规格天梯图

SONY CMOS规格天梯图

从天梯图来看,小米5S及Google Pixel配备的索尼IMX375传感器在CMOS尺寸上具有绝对的优势,单位像素面积也大,尽管只有1200万像素,成像效果理论上依旧要优于下面型号的手机。

IMX378和其他型号面积大小对比(图片引自中国经济网)

IMX378和其他型号面积大小对比

但小米5S并非目前CMOS尺寸最大的智能手机,例如2012年MWC上诺基亚发布的一款具有4100万像素卡尔蔡司摄像头的手机808 PureView,该机CMOS传感器达到1/1.2英寸,可以说是震撼全球,2014年9月,松下在德国Photokina 2014展会上发布了当时最强的手机摄影王者——Lumix CM1,其传感器尺寸更是达到了前所未有的1英寸的“变态”级别,这么大CMOS尺寸也导致松下Lumix CM1的镜头异乎寻常的大。

松下Lumix CM1(图片引自phonearana)

松下Lumix CM1

看完本篇文章相信你对CMOS和像素之间的关系有了更进一步的了解,当然手机成像也离不开光圈大小、镜片质量以及软件处理等因素。当你在观看某智能手机新品发布会,又听到主持人高喊:这次的新品像素又提升到XX千万时,可以理直气壮的说“几千万又怎样,谁知道你的‘房子’有多大呢?”

[责任编辑:王圣威 PT010]

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