浅谈手机相机之感光元件

2018-11-02 11:44:43 阅读：6350 作者：贺一航

浅谈手机相机之感光元件

　　上一次百科学堂揭秘科技谎言中提到，手机并不是像素越好拍照越好，其中也提到感光元件这回事。那么百科学堂来给大家科普一下，浅谈手机相机之感光元件。手机摄像功能现在越来越受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?关于拍照，我们来讲述关于信号的接受者——感光元件。

　　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，百科学堂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 COMS、堆叠式/积层式 CMOS、ISOCELL

　　背照式：在传统CMOS感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响。所谓背照式CMOS就是将它掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。索尼的背照式CMOS传感器商品名称为Exmor R，首先在DV摄像机中得到应用。

　　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。

　　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，MX3 采用的是 800W 像素摄像头，并且宣传像素大小是1.4μm时。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。实际性能上果然不如索尼新一代 IMX214。

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。

　　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。

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。