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為什麼你手機拍照那麼好

科技 更新时间:2024-08-25 02:22:05

目前索尼在手機攝像頭傳感器的市場上幾乎處于統治地位,基本大部分的旗艦手機都采用索尼的相機傳感器,但由于目前包括索尼、OminiVision、三星這些傳感器廠商的命名比較混亂,每一款産品的數字型号讓普通消費者無從知曉其具體的含義,像IMX214、IMX298、IMX378等等型号究竟有何差距呢?本篇文章就來解析一下索尼各個傳感器的差别。

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什麼是像素

介紹傳感器之前,首先要了解一下什麼是像素。相當大的一部分用戶群體認為,像素是組成屏幕的一個個小點點,像素越高拍照效果越清晰,成像也就越好。這種理解是錯誤的,像素僅僅隻是分辨率的尺寸單位,而不是畫質,例如某手機商家大力宣傳像素提高到1400萬,意思也僅僅是“用我家手機拍出來的照片可以洗兩三米那麼長”罷了。

感光元件的重要性

那到底畫質和什麼有關呢?幾個重要的因素:鏡頭的材質和結構設計、光圈類型、内部軟件圖像算法、更重要的也就是本篇要講的:感光元件的大小。

感光元件從字面上看,和光有關系,畫質的好壞取決于感光元件捕捉到的光子多少來決定,感光元件越大,可捕捉的光子越多,感光性能越好,能夠帶來更細膩的畫質,分辨率自然就越高。而為什麼說和像素的多少和畫質無關呢?

這裡可以把感光元件理解為承載像素的一個載體,有一支能寫一萬個字的筆,拿它寫在一張小名片上,很擠,寫在一張A4紙上,很寬敞。載體越大,性能也越好。同樣,在兩張A4紙上寫字,字寫的特别大,寫不了多少就寫滿了,反之字寫的很小,會寫的特别多,字與字之間相對也十分擁擠。像素也一樣,在感光元件面積一定的情況下,像素越高,pixel size(單個像素尺寸)就越小,理論上圖像的噪聲越大,動态範圍幅度更小,并且可能受到彌散圓的影響,即像素之間的互相影響。

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理論上Pixel Size(單個像素尺寸)越大成像越好

反之,pixel size越大,圖像的噪聲和動态範圍也就可以控制的更好,而且受彌散圓的影響也更小。蘋果此前一直采用800W的低像素,很大的原因就是為了保持大pixel size。

再舉個例子:一共有一百個人,住在一個50平的小草屋裡,很擠,住在一個8000平的大城堡裡,很寬裕,兩個房子都可以住得下100個人,如果你要從字面上“能住一百個人的房子”是判斷不出這個房子的大小的。

這也是為什麼蘋果的800W像素比其他1200W像素的手機拍照效果要好,500W像素的單反照樣秒殺1600W的手機相機,很大的原因就是因為它的房子(感光元件)大,并且它住的人(pixel size)也夠大夠胖,把房子撐起來了。

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全畫幅感光元件與手機感光元件面積對比

現在大部分手機常見的CMOS像素尺寸為1.12微米,而作為單反相機的D800像素尺寸是4.88微米,感光元件更是大于手機數倍。

像素的尺寸不是固定的,它的排列順序也不唯一。例如普遍的RGB子像素排列、RGBW技術排列、Pentile排列等等,這種排列方式的改變也可以提高畫面的分辨率和拍照體驗,但更重要的還是取決感光元件的大小。

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像素的幾種排列方式(圖片引自百度百科)

感光元件是相機的核心,也是關鍵的技術,目前主要有兩種感光元件:一是CDD(電荷耦合)元件;另一種是CMOS(互補金屬氧化物導體)器件。雖CCD成像更為優異,但隻有少數幾個廠商例如索尼。松下等掌握這種技術,而且其制造工藝複雜,價格成本昂貴,而CMOS的制造成本和功耗要低于CCD不少,所以如今的大多數攝像頭生産廠商采用的是CMOS感光元件,并且它被看作是未來的成像器件,手機上的傳感器也全部屬于CMOS感光元件。

得知了影響畫質的因素,再來比較索尼IMX傳感器孰強孰弱一目了然,雖然結構上的升級可以在對焦速度、噪點控制、以及色彩表現上略有升級,但是其關鍵因素還是要比較CMOS尺寸的大小。

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SONY CMOS規格天梯圖

從天梯圖來看,小米5S及Google Pixel配備的索尼IMX375傳感器在CMOS尺寸上具有絕對的優勢,單位像素面積也大,盡管隻有1200萬像素,成像效果理論上依舊要優于下面型号的手機。

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IMX378和其他型号面積大小對比(圖片引自中國經濟網)

但小米5S并非目前CMOS尺寸最大的智能手機,例如2012年MWC上諾基亞發布的一款具有4100萬像素卡爾蔡司攝像頭的手機808 PureView,該機CMOS傳感器達到1/1.2英寸,可以說是震撼全球,2014年9月,松下在德國Photokina 2014展會上發布了當時最強的手機攝影王者——Lumix CM1,其傳感器尺寸更是達到了前所未有的1英寸的“變态”級别,這麼大CMOS尺寸也導緻松下Lumix CM1的鏡頭異乎尋常的大。

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松下Lumix CM1(圖片引自phonearana)

看完本篇文章相信你對CMOS和像素之間的關系有了更進一步的了解,當然手機成像也離不開光圈大小、鏡片質量以及軟件處理等因素。當你在觀看某智能手機新品發布會,又聽到主持人高喊:這次的新品像素又提升到XX千萬時,可以理直氣壯的說“幾千萬又怎樣,誰知道你的‘房子’有多大呢?”

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