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手机拍照品质提升的幕后推手 SONY CMOS 的近年演进

时间:2020-07-11  作者:
手机拍照品质提升的幕后推手 SONY CMOS 的近年演进

虽然在 2012 年初的时候,诺基亚发表了画素到现在为止都令人瞠目结舌的 4,100 万画素怪兽,诺基亚 808 Pureview 。但手机市场真真正正大规模进入千万画素时代是在 Sony 的 1,300 万画素 Stacked CMOS 被各大厂商所使用以后。在行动设备 CMOS 市场佔有绝对多数市佔率的 Sony,每一年对 CMOS 技术的革新都让手机拍照的整体水準得到了不小的进步。也正是这些进步让不少的中国手机厂打出了「手机中的单眼」这样过于夸张的旗号。接下来,我们就来了解一下 Sony 最近两年的 CMOS 吧。

IMX 135

Sony 将曾经的背照式 CMOS 在结构上面进行改进,把原属于感光单元的电路板移到了受光区下面,这样就形成了堆叠的结构,这种设计在保持感光元件面积基本一致的情况下,提高画素数量和画面解析力的同时却不削弱单个画素的信号品质,并做到硬体 HDR 和视讯 HDR 等功能。

因为这样的堆叠结构,所以 Sony 为这样的 CMOS 起名为 Stacked CMOS ,中文名为堆叠式 CMOS,也有人译为积层式 CMOS,并冠以 Exmor RS 之名进行出售。尺寸为 1/3.06 英寸的 IMX 135 即为首批 Exmor RS 产品中的旗舰款。在这款 CMOS 发表之前,有传言说,该款 CMOS 採用了 RBGW 四色编码感测器,但在正式出货以后,Sony 对该传闻进行了闢谣,因为无法满足 Sony 对影像品质的特定要求。

手机拍照品质提升的幕后推手 SONY CMOS 的近年演进 左为三星 Galaxy S4 ,右为 iPhone 4s,S4 是将 IMX 135 的潜力发挥得最好的,相比 iPhone 解析力优势一目了然。

1,300 万画素的 CMOS IMX 135 第一次被大众所熟知应该是 2012 年底 OPPO 发表的 Find 5 上面。随后在 2013 年被除了诺基亚和 HTC 的各大品牌所採用,据不完全统计,当时市面上有超过 20 款手机採用 IMX 135 感光元件,这其中就包括了 Android 年度旗舰 Sony Xperia Z 和三星 S4 。手机市场也在整体画素方面真正意义上进入了「千万画素」时代;在整体画质方面也开始赶超小型随身相机。

IMX 214

IMX 214 是 Sony 对 IMX 135 进行工艺改进以后推出的改进版,降低了微透镜和受光区之前的距离,可以提高受光的效率,并且能实现和大光圈镜头的更好的配合,这也意味着手机夜拍的画质和可用 ISO 能够得到提高,并且能进一步压缩摄相机模组的厚度。

手机拍照品质提升的幕后推手 SONY CMOS 的近年演进 IMX 135 和 IMX 214 比较。

另一个改进就是资料频宽的大幅提高。配合着手机 ISP 性能的增强,这让手机拍摄 4K 影片成为可能,而全尺寸连拍速度的提高又让手机拍照的玩法变得更加多样。

手机拍照品质提升的幕后推手 SONY CMOS 的近年演进 左为 iPhone 5s ,右为 VIVO Xshot ,採用 IMX 214 的 Xshot 在宽容度等方面明显胜过 iPhone 5s。

由于 IMX 214 几乎在每一个方面相对 IMX 135 都有提升,所以 IMX 214 在 2014 年几乎成了 Android 中高阶机的标配,几乎所有的国产强调拍照功能的旗舰机都採用了 IMX 214,包括 VIVO Xshot 、小米 4、OPPO Find 7 等,尤其是 VIVO Xshot 的拍照表现在中国国产机中堪称翘楚。

IMX 220

在上面提到採用 IMX 214 的 Android 旗舰时,并没有提到魅族 MX4。 因为 MX4 採用的是「微单眼级」 1/2.3 英寸的 2,070 万画素 IMX220(好吧,其实真的有微单眼採用这样尺寸的 CMOS,Pentax Q10)。这款 CMOS 也被 Sony 自家的旗舰所採用。值得注意的是,虽然两者所採用的 CMOS 都被称作 IMX220 ,不过具体技术上略有不同,这里就不再深入了。

这款 CMOS 1/2.3 的尺寸和传统的小 DC 所採用的 CMOS 尺寸相似,远比 IMX 214 的尺寸大,即使 2,070 万画素高过 1,300 万不少,但单个画素的尺寸为 1.2 mm 依旧大于 IMX 214 的 1.12 mm。也得益于 IMX 220 的高性能,Xperia Z3 能够达到手机中最高达 12,800 的 ISO 。但有一个需要注意的地方是,IMX 220 的全画素连拍速度是不如 IMX 214 的,只能达到每秒 12 张,毕竟 2,070 万画素的讯息量是远大于 1,300 万的。

这款 CMOS 因为大尺寸和高画素的原因,优化相对来说不是那幺容易,即使是 Sony 自家对这款 CMOS 的调校出的效果也未能达到众人的预期。但 Sony 的尝试也是绝对有意义的,虽然 IMX 220 的尺寸不是手机中最大的(目前有 1 吋的松下 CM1、1/1.2 英寸的诺基亚 808 Pureview 和 1/1.5 吋的诺基亚 Lumia 1020),但需要注意的是, Xperia Z3 的 2,070 万画素 CMOS 被设计在仅为 7.3 mm 防水且镜头未突出的机身里,看看採用 800 万 1/3 英寸 CMOS 的 iPhone 6 凸起的镜头,你就明白 Sony 的难度了。

IMX 230

在前几天的乐视发表会上面,贾跃亭特别提到乐视手机全球首发这款 2,100 万画素的 IMX 230 ,并且也正是因为 IMX 230 本身出色的性能让乐视手机在 PPT 上多次「吊打」了苹果……实际情况怎幺样还得拿到真机才能知道。

言归正传,IMX 230 从 Sony 官方的资料中,我们可以直观的感受到其强悍的性能。在 1/2.4 吋的尺寸上集成了 192 个相位对焦点,并强化了 HDR 的效果。虽然三星在 S5 上面就採用了相位对焦技术,但 Sony 这次直接集成在了 CMOS 里面,因为 Sony 在手机用 CMOS 市场的主导地位,相位对焦技术在今年应该会大範围的普及,在提高智慧手机拍照体验的同时,也让小 DC 的优势进一步减小。

IMX 240

虽然数字上面看着比 230 大,但三星在去年的骁龙 805 版 Note 4 上面就已经开始使用,今年的 S6 和 S6 edge 也使用了这一款 CMOS 。这款 CMOS 的尺寸为 1/2.6 ,画素为 1,600 万,而且从三星花样众多的拍照的模式可以看出,这款 CMOS 的资料频宽相当大。

IMX 234 和 IMX 278

在 nubia Z9 Max 和 Z9 Mini 的发表会中,nubia 特别提到了使用的是定製版 1/2.6 1,600 万画素的 IMX 234 。从各方面参数看都和 IMX 240 相似,可以把这款 CMOS 当成是 Sony 为「拍星星的 nubia」定制款。

而在华为 P8 的发表会上面,我们又看到了另一个定制款 IMX 278 。据华为的资料,这款 1,300 万画素的 CMOS 是之前 Sony 曾想在 IMX 135 就加入的 RBGW 四色感测器,在传统的 RBG 三色中加入了白色(W)图元,可以提高讯杂比,提高宽容度。

总结

智慧手机的拍照品质进一步赶超小 DC,也进一步压缩了小 DC 的生存空间。而这一切的进步和 Sony CMOS 的技术每一年进步,都是密不可分的。当然现在的「手机中的单眼」都是浮夸的表现。但,也许有一天有人能拿着常规设计的手机能拍出画质(请注意只是画质)超过单眼的照片,这也不要惊奇。


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