手機拍照品質提升的幕後推手 SONY CMOS 的近年演進

作者 | 發布日期 2015 年 04 月 21 日 8:05 | 分類 光電科技 , 手機 , 零組件
愛范兒配圖

雖然在 2012 年初的時候,諾基亞發表了畫素到現在為止都令人瞠目結舌的 4,100 萬畫素怪獸,諾基亞 808 Pureview 。但手機市場真真正正大規模進入千萬畫素時代是在 Sony 的 1,300 萬畫素 Stacked CMOS 被各大廠商所使用以後。在行動設備 CMOS 市場佔有絕對多數市佔率的 Sony,每一年對 CMOS 技術的革新都讓手機拍照的整體水準得到了不小的進步。也正是這些進步讓不少的中國手機廠打出了「手機中的單眼」這樣過於誇張的旗號。接下來,我們就來瞭解一下 Sony 最近兩年的 CMOS 吧。



IMX 135

Sony 將曾經的背照式 CMOS 在結構上面進行改進,把原屬於感光單元的電路板移到了受光區下面,這樣就形成了堆疊的結構,這種設計在保持感光元件面積基本一致的情況下,提高畫素數量和畫面解析力的同時卻不削弱單個畫素的信號品質,並做到硬體 HDR 和視訊 HDR 等功能。

因為這樣的堆疊結構,所以 Sony 為這樣的 CMOS 起名為 Stacked CMOS ,中文名為堆疊式 CMOS,也有人譯為積層式 CMOS,並冠以 Exmor RS 之名進行出售。尺寸為 1/3.06 英寸的 IMX 135 即為首批 Exmor RS 產品中的旗艦款。在這款 CMOS 發表之前,有傳言說,該款 CMOS 採用了 RBGW 四色編碼感測器,但在正式出貨以後,Sony 對該傳聞進行了闢謠,因為無法滿足 Sony 對影像品質的特定要求。

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▲ 左為三星 Galaxy S4 ,右為 iPhone 4s,S4 是將 IMX 135 的潛力發揮得最好的,相比 iPhone 解析力優勢一目了然。

1,300 萬畫素的 CMOS IMX 135 第一次被大眾所熟知應該是 2012 年底 OPPO 發表的 Find 5 上面。隨後在 2013 年被除了諾基亞和 HTC 的各大品牌所採用,據不完全統計,當時市面上有超過 20 款手機採用 IMX 135 感光元件,這其中就包括了 Android 年度旗艦 Sony Xperia Z 和三星 S4 。手機市場也在整體畫素方面真正意義上進入了「千萬畫素」時代;在整體畫質方面也開始趕超小型隨身相機。

 

IMX 214

IMX 214 是 Sony 對 IMX 135 進行工藝改進以後推出的改進版,降低了微透鏡和受光區之前的距離,可以提高受光的效率,並且能實現和大光圈鏡頭的更好的配合,這也意味著手機夜拍的畫質和可用 ISO 能夠得到提高,並且能進一步壓縮攝相機模組的厚度。

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▲ IMX 135 和 IMX 214 比較。(Source:Sony

另一個改進就是資料頻寬的大幅提高。配合著手機 ISP 性能的增強,這讓手機拍攝 4K 影片成為可能,而全尺寸連拍速度的提高又讓手機拍照的玩法變得更加多樣。

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▲ 左為 iPhone 5s ,右為 VIVO Xshot ,採用 IMX 214 的 Xshot 在寬容度等方面明顯勝過 iPhone 5s。

由於 IMX 214 幾乎在每一個方面相對 IMX 135 都有提升,所以 IMX 214 在 2014 年幾乎成了 Android 中高階機的標配,幾乎所有的國產強調拍照功能的旗艦機都採用了 IMX 214,包括 VIVO Xshot 、小米 4、OPPO Find 7 等,尤其是 VIVO Xshot 的拍照表現在中國國產機中堪稱翹楚。

 

IMX 220

在上面提到採用 IMX 214 的 Android 旗艦時,並沒有提到魅族 MX4。 因為 MX4 採用的是「微單眼級」 1/2.3 英寸的 2,070 萬畫素 IMX220(好吧,其實真的有微單眼採用這樣尺寸的 CMOS,Pentax Q10)。這款 CMOS 也被 Sony 自家的旗艦所採用。值得注意的是,雖然兩者所採用的 CMOS 都被稱作 IMX220 ,不過具體技術上略有不同,這裡就不再深入了。

這款 CMOS 1/2.3 的尺寸和傳統的小 DC 所採用的 CMOS 尺寸相似,遠比 IMX 214 的尺寸大,即使 2,070 萬畫素高過 1,300 萬不少,但單個畫素的尺寸為 1.2 mm 依舊大於 IMX 214 的 1.12 mm。也得益於 IMX 220 的高性能,Xperia Z3 能夠達到手機中最高達 12,800 的 ISO 。但有一個需要注意的地方是,IMX 220 的全畫素連拍速度是不如 IMX 214 的,只能達到每秒 12 張,畢竟 2,070 萬畫素的訊息量是遠大於 1,300 萬的。

這款 CMOS 因為大尺寸和高畫素的原因,優化相對來說不是那麼容易,即使是 Sony 自家對這款 CMOS 的調校出的效果也未能達到眾人的預期。但 Sony 的嘗試也是絕對有意義的,雖然 IMX 220 的尺寸不是手機中最大的(目前有 1 吋的松下 CM1、1/1.2 英寸的諾基亞 808 Pureview 和 1/1.5 吋的諾基亞 Lumia 1020),但需要注意的是, Xperia Z3 的 2,070 萬畫素 CMOS 被設計在僅為 7.3 mm 防水且鏡頭未突出的機身裡,看看採用 800 萬 1/3 英寸 CMOS 的 iPhone 6 凸起的鏡頭,你就明白 Sony 的難度了。

 

IMX 230

在前幾天的樂視發表會上面,賈躍亭特別提到樂視手機全球首發這款 2,100 萬畫素的 IMX 230 ,並且也正是因為 IMX 230 本身出色的性能讓樂視手機在 PPT 上多次「吊打」了蘋果……實際情況怎麼樣還得拿到真機才能知道。

言歸正傳,IMX 230 從 Sony 官方的資料中,我們可以直觀的感受到其強悍的性能。在 1/2.4 吋的尺寸上集成了 192 個相位對焦點,並強化了 HDR 的效果。雖然三星在 S5 上面就採用了相位對焦技術,但 Sony 這次直接集成在了 CMOS 裡面,因為 Sony 在手機用 CMOS 市場的主導地位,相位對焦技術在今年應該會大範圍的普及,在提高智慧手機拍照體驗的同時,也讓小 DC 的優勢進一步減小。

 

IMX 240

雖然數字上面看著比 230 大,但三星在去年的驍龍 805 版 Note 4 上面就已經開始使用,今年的 S6 和 S6 edge 也使用了這一款 CMOS 。這款 CMOS 的尺寸為 1/2.6 ,畫素為 1,600 萬,而且從三星花樣眾多的拍照的模式可以看出,這款 CMOS 的資料頻寬相當大。

 

IMX 234 和 IMX 278

在 nubia Z9 Max 和 Z9 Mini 的發表會中,nubia 特別提到了使用的是定製版 1/2.6 1,600 萬畫素的 IMX 234 。從各方面參數看都和 IMX 240 相似,可以把這款 CMOS 當成是 Sony 為「拍星星的 nubia」定制款。

而在華為 P8 的發表會上面,我們又看到了另一個定制款 IMX 278 。據華為的資料,這款 1,300 萬畫素的 CMOS 是之前 Sony 曾想在 IMX 135 就加入的 RBGW 四色感測器,在傳統的 RBG 三色中加入了白色(W)圖元,可以提高訊雜比,提高寬容度。

 

總結

智慧手機的拍照品質進一步趕超小 DC,也進一步壓縮了小 DC 的生存空間。而這一切的進步和 Sony CMOS 的技術每一年進步,都是密不可分的。當然現在的「手機中的單眼」都是浮誇的表現。但,也許有一天有人能拿著常規設計的手機能拍出畫質(請注意只是畫質)超過單眼的照片,這也不要驚奇。

(本文由 愛范兒 授權轉載) 

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