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决定手机拍照的硬件 90%人不知道咋区分

2018-07-10 15:52 来源:网络 作者:网络

如今的手机已经有了天翻地覆的变化,手机不再只是移动电话,智能手机逐渐发展成我们掌中的娱乐工具。说起工具不得不提到手机的拍照功能,人们越来越依赖用手机拍照,相比“笨重体积大”的单反,出行游玩时人们更喜欢掏出小巧的手机来记录美好的时光。

人们对拍照的需求迫使智能手机无论是硬件还是拍照性能都有了很大的提高,从最初的30万像素到如今主流的1300万甚至2100万像素。除了像素上面的提高,另一个摄像头的核心组件:传感器也有了“花样式”的改变,如今主流的手机摄像头传感器包括传统式、背照式和堆栈式三种类型,它们之间有何不同之处,接下来就给大家介绍一下。

手机拍照

传统(前照式)CMOS与背照式CMOS

传统CMOS叫它前照式CMOS更为贴切,由于它在结构上和背照式CMOS更有对比性,编者就将这两个放在一起介绍。先看一张前照式和背照式的横剖对比图示:

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前照式结构和背照式结构的横截面比较

一般的CMOS都由以下几部分构成:片上透镜、彩色滤光片、金属排线、光电二极管以及基板。传统CMOS为左图的前照式结构,当光线射入像素,经过了片上滤镜和彩色滤光片后,先通过金属排线层,最后光线才被光电二极管接收。

通过对比我们可以很直观的看到,左图的光在进入感光元件内部时被金属线路挡住了一部分,原因是因为金属是不透光的,而且还会反光。所以,在金属排线这层光线就会被部分阻挡和反射掉,光电二极管吸收的光线能就只有刚进来的时候的70%或更少;而且这反射还有可能串扰旁边的像素,导致颜色失真。(目前中低档的CMOS排线层所用金属是比较廉价的铝(Al),铝对整个可见光波段(380~780nm)基本保持90%左右的反射率。)

时间推进到了08年6月,索尼公司发现了传统式CMOS的不足之处,发布了背照式CMOS,并冠以Exmor R名称,并且首先用在数款DV产品上。背照式就是将金属排线层和光电二极管的位置和“前照式”颠倒过来了,使光线几乎没有阻碍和干扰地被光电二极管接受,光线利用率提高了,所以背照式CMOS传感器能更好的利用照射进入的光线,在低照度环境下成像质量也就更好了。

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背照式CMOS更好的接受光子

可捕捉的光子越多,感光性能越好,能够带来更细腻的画质,可以说背照式CMOS的问世将手机成像提升了一个新的高度。

背照式与堆栈式

堆叠式CMOS最先出现在索尼推出的移动终端用CMOS上,Exmor RS为其注册商标。堆叠式出现的初衷其实不是为了减少整个镜头模组的体积,“体积小”只是其附带的一个好处而已。

从结构上来说,堆栈式CMOS是背照式CMOS的一个全新升级版本,具有高像素化、高性能化及小型化的特点,堆栈式(Exmor RS)CMOS的原理是,它使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板,在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分,从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立,因此像素部分可针对高画质优化,电路部分可针对高性能优化。

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背照式CMOS和堆栈式CMOS结构对比

通俗点来说,之前的背照式CMOS电路和处理回路区域是在一层,相互挤压空间难免会压缩像素区域的面积。新的堆栈式结构把这部分电路板移到了感光元件的下层的基板上,为感光元件留出了更大的空间,更小的干扰,也就可以拥有更多的像素。

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堆栈式CMOS结构图

除此之外,堆栈式传感器相比起背照式的还拥有两项技术来提升画质的。第一个就是堆栈式传感器加入了RGBW的编码技术,就是是由原来的R(红),G(绿),B(蓝)三原色像素点中再加入W(白)像素点来提升画质,提高传感器的感光能力的,使摄像头在暗光环境下也能够拍摄出质量更高的照片。

第二项就是堆栈式传感器更加是支持硬件HDR功能,硬件HDR英文名称叫做“In-camera HDR”,它实现的原理是能够精确地单独控制每一行像素的曝光时间,从而在传感器层面上就实现原生的高动态范围渲染,有别于之前的软件HDR技术一样需要软件,照相机综合算法来合成,所以照片生成的速度更快,而且可以实现HDR录像。

从以上的介绍可以看出,堆栈式传感器是从背照式传感器进化提升而来的产品,也是由背照式的基础上发展而来的,堆栈式传感器吸取了背照式的优势地方,再弥补了其劣势的地方,进行了更加全面的优化升级。除此之外,堆栈式传感器还可以兼顾背照式结构的设计,使到摄像头的拍摄画质有了很大的提高。

背照式CMOS和堆栈式CMOS成像到底谁好?

单纯从结构上来讲,堆栈式具有绝对压倒性的优势,优于背照式CMOS,但从当今的智能手机来看这个问题,还真不好说。手机无论从价格还是性能,大体分为低端机、中端机、高端机三个划分区间,每个手机的配置都有三六九等之分,拍照上的成像不单与传感器的类型相关,还与镜头质量、感光元件面积大小、手机图像处理性能有关,比如有些背照式CMOS的感光元件面积依然大于堆栈式感光元件的面积,所以成像方面自然是前者优势。

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堆栈式(Exmor RS)示意图:1是像素部分,2是相关电路,3是内置DRAM

比如iPhone 7 Plus使用的是背照式CMOS,而努比亚Z17 mini使用的则是堆栈式CMOS,从样张的对比来看,虽然努比亚Z17 mini在夜景下的拍摄效果比较出色,色彩还原度更高,画面较明亮,但是对细节的处理却不及背照式的iPhone 7 Plus更为清晰。

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背照式手机和堆栈式手机拍摄样张对比

好了,三种主流的传感器类型就介绍到这里,让我们猜想一下,今年发布的iPhone 8会不会创新使用堆栈式CMOS呢?让我们拭目以待吧。

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