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科普:手机摄像头的CMOS、μm为何物?  

2015-10-17 16:26:05|  分类: 网络资讯 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我们经常可以在一些手机厂商发布会的 PPT 上看到某某手机使用了某某型号的传感器,单位像素宽度为多少多少 μm(微米),那么这个 μm 到底是个什么东西,代表着什么,又有什么作用呢?

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在各家手机厂商的 PPT 上,如果发布的手机摄像头的单位像素面积比较大,那么就肯定会被拖出来大说特说,无论苹果、谷歌还是国内各大手机厂商的旗舰产品,几乎都会跟你们吹一吹他们手机上感光元件的单位像素面积有多大。为什么厂商这么着力宣传这个单位像素面积?我们可以简单的理解为:在镜头像素大小相同的情况下,单位像素面积越大,就意味着镜头的感光元件的面积越大,而越大的感光面积点与点之间的电磁干扰会减小,对于成像的质量也会得到相应的提升。总结就是摄影圈中经典的一句话:底大一级压死人。同样的在感光面积大小相同的情况下,像素越小,单位像素面积才越大。

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说到这里,是不是有点让人想起了隔壁岸上的 The New HTC One(M8)呢?M8 的 Ultrapixel 理念同样是以一个很大的感光面积配合超小像素来提高单位像素面积,最终让这颗摄像头达到了每个单位像素面积为 2μm 的惊人水平,当然因此牺牲掉的就是样张的像素,拍摄出来的样张最大像素只有 430 万像素,这对于 2013 年潮流智能手机而言是一个相当大胆的挑战。其实这个理念是相当好,小编当时也非常看好这个技术。但由于最后 HTC 因为镜头镀膜和优化无力等因素,导致了拍摄的样张容易有紫光、镜头眩光和整体偏红的问题。加上在那个时候安卓手机集体跳升到 1300 万像素甚至更高像素之后,更多人喜欢放大数毛做对比,所以 430 万像素是远远满足不了市场的需求,HTC 的 Ultrapixel 最终还是被市场淘汰。

那么这个 μm 是怎么计算出来的呢?影响这个数值的就正是感光元件的边长和样张的最大像素,两者数值相除就可以大概得出 μm 的值。例如我们知道一颗感光元件的尺寸,这个尺寸其实就是传感器面积的对角线,还有知道这块感光元件的边长比例。根据勾股定理我们知道: 对角线的长度的平方 = 长的平方 + 宽的平方,然后我们可以再依据比例求出长和宽的值。我们再使用感光元件长度的数值除以像素的长就可以得到这个单位像素面积的数值了。

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另外还有一个更简单的办法,多点查查相关传感器的资料数据,一般而言都可以找到。

那么是不是就意味着传感器的单位像素面积小了,拍摄出来的效果就一定会很差呢?不不不,我们还是以样张说话。

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知道你们喜欢对比,这次就挑选了好不容易终于从 800 万像素升级到 1200 万像素的 iPhone6s 和 iPhone6 做对比,由于 iPhone 6S 的传感器面积并没有增加而只是增大了镜头像素,根据上面的解释我们可以得知 iPhone 6S 的单位像素面积肯定会比 iPhone 6 上面的单位像素面积要小。而事实上官方文件也是这样写明的,iPhone 6 的单位像素面积是 1.5 μm,而新的 iPhone 6S 单位像素面积则是 1.22 μm。

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左为iPhone 6,右为 iPhone 6s。是的,800万像素就是这么小。

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(此图为上图的100%截图)

通过白天样张的对比我们可以看到高像素对于解析力来说确实有更好的提升,画质和动态范围的表现上 iPhone 6S 也并没有明显的输给 iPhone 6。

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(同样左为iPhone 6,右为iPhone 6S。)

那么在暗环境下的成像有会有多少影响呢?小编这次在一个环境光绝对可控的条件下拍摄夜间静物,咋看之下两者的成像几乎没有太大的区别。

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然而一切真相都在 100% 放大之后得以呈现,两者对比,iPhone 6S 虽然单位像素面积比 iPhone 6 要小,但是对于噪点的压制却是 iPhone 6S 的表现更好一些。不过物体的质感和色彩表现,确实是 iPhone 6 要稍微好一点。

但这样看来,就算单位像素面积减小了,通过适当优化调校,还是能够得到不错的表现。不过当然了,能够有更大的单位像素面积,相信也会更容易得到一个更优秀的样张表现,不过更大的单位像素面积就意味着更大更厚的感光元件,在如今这个追求轻薄便携的智能手机大潮里,为了更好的成像而牺牲了手机厚度也是很冒险的做法,例如诺基亚的 808 和 Lumia 1020 之类的,虽然在成像方面的得到很好的口碑,可依旧是叫好不叫座,没有被市场所认可。对于手机摄影爱好者而言,当然最希望的就是能够保证足够大的镜头分辨率,但同时单位像素面积也有保证、机身厚度也不至于太离谱的手机出现吧。

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