手机相机科普之:感光元件篇

手机摄像功能现在越来越收到消费者和厂商的重视,关于手机镜头的拍照方面,厂商宣传的这些参数中,哪些最为实用,而哪些又仅仅是噱头而已呢?且看煮机为您解析。

关于拍照,我们准备分为三个部分讲解,镜头、感光元件、处理器。本文,我们将讲述关于感光元件,这个信号的接受者。

近几年,手机拍照的巨大进步,其实很重要一块就是集中在感光元件上。索尼在小尺寸感光元件中的一系列研发内容让手机拍照从记录性质进化到了实用。手机拍照质量的飞跃是从 iPhone4 开始的,当时 iPhone4 的拍照质量让不少人垂涎三尺。虽然那个年代日本有不少拍照质量更高的机器,但受限于网络制式,并没有在世界的其他地方流行起来。在 iPhone4s 上,苹果第一次采用了索尼的感光元件,成像画质又有了进一步的提升,索尼也从这个时间点开始夺回了市场份额,并不断研发新技术。 相比起厂商宣传起镜头的高调而言,传感器已经很低调了,厂商主要宣传的点就集中在像素和索大好上面。手机拍照的像素,就是固定在传感器上的,传感器的好坏决定了手机拍照的上限。但除开像素和索大好,还有很多值得注意的,这些问题有些知名厂商都会犯错,我们依然会与上文一样,从几个关键词来说明传感器的特点在哪,哪些需要注意,哪些只是噱头而已。

像素、传感器尺寸和像素大小

可能后两个词大家还不太熟悉,但如果提到像素这个词,想必大家都不会陌生。其实,手机像素的多少就是由这两个共同组成的。手机的传感器都是一个长方形,像素就是画在这个长方形上的正方形小格子,大的长方形面积一定的情况下,格子画得越小,像素就越高;而要是大的长方形天生面积就大一些,那么,同样大小的格子也能放的越多。

那么正方形小格子的大小是多少呢?这个就是像素大小。目前主流的像素大小是 1.12μm 和 1.4μm,iPhone5s 是定制的传感器,稍微大一点 1.5μm.在同供应商同代技术条件下,这个小格子越大,每个像素能接收到的光线就越多,相对而言,画质就越好。

那么这个长方形大小是多少呢?这块业界标准是对角线长度,主流的是 1/4 英寸和 1/3 英寸,索尼给自家那块 2070W 像素的是 1/2.3 英寸,而丧心病狂的诺基亚 808 是 1/1.2 英寸。面积上 1/3 的大约比 1/4 的大 60%,1/2.3 的大概又比 1/3 的大 60%。

当然,作为对比,全画幅大概比 1/3 大 35 倍左右。手机在这里争来争去就为了一个 60% 和又一个 60%,所以,不要拿手机拍照跟单反比了,没意义完全比不过的;各位厂家也不要吹嘘了,拿来天顶星科技也比不过的。跟微单,还是能比一下的,毕竟微单界有宾得 Q 系列这样的一朵奇葩绽放。

所以呢,综上所述,大家可以想想,为什么底大一级压死人?同供应商同技术条件下,更大的传感器可以容纳更多的像素,使画质更细腻;或者,可以放下更大的像素,使高感更好,带来更好夜景效果。但一般厂商都会选择高像素,因为高像素带来的细腻程度是低像素无法实现的,而缩图,也是一种非常有效的降噪方式。

相对低价一些的机型往往会选择 1/4 英寸感光元件,可以在这块节约一部分成本;部分主打超薄的机型也倾向于 1/4 英寸感光元件,可以有效降低镜头一块的厚度;绝大部分主流中端以上机型都采用的是 1/3 英寸及以上感光元件。

但更高像素会对手机整体配置有更高的要求。

背照式 CMOS、堆叠式/积层式 CMOS、ISOCELL

背照式我们在这里就不详细解释了,为了提升拍照水平,目前大部分手机都采用的是背照式 CMOS,背照式 CMOS 相较于传统前照式 CMOS 可以有效提升进光量,提升夜景效果。

我们这里主要详细讲讲背照式和堆叠式 CMOS 的区别。(索尼这个技术官网有两种不同译名,堆叠式和积层式。此外,还有不少网站翻译为堆栈式。但堆叠式被接纳的比较多,所以以下我们都用堆叠式来说明。)

传统背照式 CMOS 在上面说的每一个像素的小格子里,不仅要容纳用于感光的像素部分,还要容纳处理光线的信号处理电路部分。而堆叠式则是把信号处理电路部分叠在了用于感光的像素部分的下面,大大增加了单个像素的感光面积。当然,堆叠式也可以称为背照式。

简单点说就是堆叠式大大提高了单个像素的感光面积。自然,总体感光的面积也就上升了,并且提升幅度相当喜人。1/4 英寸堆叠式的性能能达到甚至超过上一代 1/3.2 英寸的背照式。而 1/3 的 IMX135,以及刚更新的 IMX214 的样片大家都可以看到性能上的飞跃。

但堆叠式和背照式的区别,并不是所有厂商都知道。起码,在魅族研发 MX3 时,不知道。作为一个多年煤油,我知道 MX3 采用的是 800W 像素摄像头,并且宣传像素大小是 1.4μm 时,心里咯噔一下,完了。因为索尼往外卖的堆叠式 CMOS,像素大小都是 1.12μm 的。即使 MX3 得到的背照式是最好的背照式,也敌不过堆叠式和背照式的代差。果然,MX3 在同代机器测评中,相机评分仅仅比 HTC 的高。根据目前未经证实的传言,MX4 选用了索尼向外出售的最好的 IMX220,也就是 Xperia Z1 上的那块 2070W 像素的堆叠式 CMOS,如果能有得当的调教,MX4 的画质将会不弱于今年主流旗舰机型。

三星 Galaxy S5 采用的是三星自家的 ISOCELL 技术。煮机网在去年年底对其展望分析过,实际性能上果然不如索尼新一代 IMX214。详细分析请见:《浅谈三星 ISOCELL 传感器》

ISO、感光度、高感

这个 ISO 就是感光度。各家测评中经常会提到的高感,就是高感光度的简称。

一般来说,照片的感光度越高,画质越差;但更高的感光度可以有效提高快门速度,增加夜景拍摄成功率。

从感光度方面,对照片的评价,主要就是光线良好时,低感光度下照片的细节是否细腻,色彩是否表现得好,宽容度如何;光线条件比较差时,ISO 较高的情况下,噪点的多少。

上面两张图片分别来自 HTC E8 和一加手机。感光度均超过 1000。

作为消费者,主要需要在各家测评中了解到,ISO 多少可用。一般来说,目前主流中低端机器 ISO200-400 可用,ISO800 只能作为记录性质;中高端机器 ISO400-800 可用,部分机器在 ISO1600 情况下仍然可以有差强人意的表现。

当然,高感下降噪也与算法有关,即,很多厂商经常会宣传到的 ISP。这部分我们将在后面的文章中单独说明。

宽容度、HDR

宽容度就是照片中从亮到暗的范围。

大脑的脑补能够迅速将特别亮的地方和特别暗的地方合并,这样你能看到的从亮到暗的范围非常大。当然也有超出范围的时候,比如,当你在夜晚碰到一辆迎面而来开着远光灯的车的时候,你会觉得周围都是黑的,这时候如果你用手稍稍遮住眼睛,你又会发现周围看得到了。

而照片能反映的层次,尤其是 JEPG 直出情况下能反映的层次,远低于你眼睛看到的。这也是为什么我们拍摄景物时,经常会出现的,天空白茫茫一片或者是暗处景物黑漆漆一片,和我们当时看到的,不太一样。

宽容度越高,能反映的范围就越广。低 ISO 下,相机往往会有更好的宽容度。

HDR 一般是通过两到三张照片进行合成,记录更广的范围。HDR 技术能够有效提升单张照片宽容度。硬件 HDR 能够通过计算得到更好的 HDR 效果。

但 HDR 不适合照片里出现移动物体的情况,比如拍动物、拍人,可能会出现重影。所以,HDR 只适合风景照。

此外,关于感光元件提供厂商,目前主要有索尼、三星、Omnivision 等。目前来看,索尼提供的堆叠式传感器最为优秀,其他厂家暂时都还在传统背照式下做优化。

关于能否拍摄 4K 视频,依赖于感光元件的采样率,也就是说,感光元件不支持 4k 拍摄,手机不可能支持 4k 拍摄;而感光元件如果支持 4k 视频拍摄,手机就有可能支持 4k 视频拍摄。具体能否支持还得看整体硬件和厂商对其市场定位。

以下是简单粗暴的总结:

买手机,相机请认准索尼堆叠式;
同样技术下,像素越多越好;
ISO 方面,可用 ISO 越高越好,低 ISO 下,宽容度越高越好;
HDR 只适合风景照,如果 HDR 拍摄运动物体,容易出现重影。

本文来源:煮机网

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