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“高像素即正義”熱潮下,手機拍照能超過單反?
最后更新: 2019-12-05 09:18:39不過,將像素做小或者將CMOS圖像傳感器做大,也是近十多年來的總體技術趨勢。研究機構TechInsights統計了近20年手機圖像傳感器、像素尺寸趨勢。很容易發現,像素正變得越來越小。但無論是索尼的4800萬像素,還是三星的6400萬/1億像素傳感器,其像素尺寸都在0.8μm這個節點上。
可以說,基于0.8μm尺寸的1億像素CMOS圖像傳感器,在博取眼球同時,也是對下一代技術的一個擴張。為了容納這么多的像素,CIS的總尺寸在逐漸變大。索尼IMX586 4800萬像素CIS尺寸為1/2英寸,三星GW1 6400萬像素CIS尺寸為1/1.72英寸,而三星的1億像素CIS尺寸是1/1.33英寸。
圖/電子工程專輯
由此,小米CC9 Pro的1億像素意義盡管不小,但它 1/1.33 的大底CMOS才是這款手機比其它手機厲害的地方。1/1.33英寸和單反/微單還存在量級差距,但在手機領域,可以認為幾乎是絕無僅有的,而且正靠攏1英寸小DC。當然,將CIS做大也意味著光學結構成本、技術難度大幅增加。
鏡頭、快門、處理器等硬件天然重要
按照相機成像的邏輯順序,依次是鏡頭——測光/快門——傳感器——處理器(ISP)——操控。雖然大小懸殊,但無論是單反上的巨型鏡頭還是手機上的鏡頭組,其“基本結構”都一樣:靠著多片透鏡的前后組合,實現對鏡頭外光線的捕捉,并且經過多次折射,確保其垂直射入到快門/傳感器表面。
另一個鏡頭的重要光學參數就是光圈,也叫做光圈系數。光圈系數= 鏡頭焦距/光圈孔徑。光圈系數越小,進光量就越大,而光圈系數每一級之間,實際的進光量就有一倍的差異。另外,為了保證一張圖片曝光完美,光圈越大,快門就可以更快;反之,光圈越小,快門也就越慢,從而保障照片的進光量充足。
可以看出,在攝像中,手機和相機鏡頭、光圈等方面通常有著幾個數量等級的天然硬件構造差距。而且,這些核心器件的差距在空間狹小的手機局限中幾乎無法彌補。另外,如果說鏡頭的光圈、焦距參數不直接影響成像畫質。那么,鏡頭部分的什么因素才會直接影響到畫質?這便是鏡頭的結構(模組),或者說用料。
據了解,幾乎所有的高級卡片機,或者單反、微單鏡頭,都具有復雜的光學結構、超多片的玻璃光學鏡片、價格不菲的特殊材質鏡片以及成本高昂的鍍膜。這些重磅材料的使用,保證了光線在鏡頭內部反復折射時,最大程度地減小損失。
然而,沒有高級鏡片材質、沒有精密的多片非球面鏡片、沒有優質的光學鍍膜,甚至就連一向被認為“優質優價”的iPhone也可以被曝出鏡頭外層的藍寶石玻璃含有雜質而導致強度下降。可以得知,其他廠商也多數在手機鏡頭不算用心。一款手機的鏡頭模組成本通常在區區幾十元。
不過,手機用戶們也不必過分悲觀。在如今的智能機陣營中,也有華為和萊卡合作改善手機鏡頭模組、Moto聯合哈蘇研發相機模塊、華碩直接和華碩與日本著名的鏡片品牌---HOYA光學合作等等,他們已將10枚包含非球面、低色散等元件的精密HOYA鏡片裝備于手機,實現10倍光學變焦和50倍總變焦等。
在單反相機上,當物理快門鈕被按下開啟時,光線才能從鏡頭真正射入到感光元件上。而快門關閉感光也就因此終止。但對于整個手機照相組件來說,因為不存在能夠遮擋光路的物理快門,拍攝過程傳感器其實是一直在工作——把光信號轉換成電信號。而電子快門的本質,是傳感器的一次“自我截圖”,這和物理快門產生的作用也有著差異。
另外,為什么手機ISP(圖形信號處理)和相機圖像主控的性能上也存在差距?一方面是因為手機主控寸土寸金,ISP在其中只是“相對不太重要”的組件,手機廠商為了功耗和成本因素做出妥協;而相機的主要功用就是拍照,整個主控絕大多數的面積和能耗都可以使用在ISP部分,自然性能更強,更為實際真實。
但手機有一個相對相機很大的優勢——制程工藝。主流手機主控的制程目前已經進化到了7nm,已經超越了現有的PC處理器標準。反觀相機主控呢?以好幾個大牌相機廠都青睞的富士通Milbeaut芯片為例:最新的一代剛剛升級了低電壓制程,但僅僅是45nm,差不多就是2010年前后PC處理器的水平。
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本文僅代表作者個人觀點。
- 責任編輯: 陳辰 
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