设为首页收藏本站购买充值卡

     

龙飞电脑工作室|海门论坛

 找回密码
 立即注册
查看: 288|回复: 0

超大底还是高像素?细数手机影像的“等级制度”

[复制链接]
  • TA的每日心情
    奋斗
    2023-1-7 09:34
  • 签到天数: 9 天

    [LV.3]七品 酒徒

    1601

    主题

    1682

    帖子

    2万

    积分

    管理员

    龙飞电脑工作室CEO

    Rank: 9Rank: 9Rank: 9

    积分
    28178

    海门人勋章美食大师勋章养生大师勋章电脑高手勋章优秀版主勋章管理勋章土豪勋章

    发表于 2023-10-2 12:24:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
    手机厂商是从什么时候开始“卷”拍照功能的?6 ^- X7 h, }2 K9 R8 N: n" Z
    % w7 Y5 j& F5 S3 q0 L, O0 x
    这个问题的答案,如今可能已经无法准确的考证了。但回溯历史不难发现,手机上的拍照功能在最基础的设计思路上,可以说是很明确的经历了几个不同阶段。* d3 q( @- c% D$ z! ?: x$ S) _
    - N7 F- g) j. @
    比如在最早的时候,各厂商比拼的都是像素数量,从200万像素到320万像素,再到500万、800万、1200万、1300万,1600万,乃至后来的2000万、4000万、4800万和6400万。在差不多长达7、8年的时间里,整个行业以惊人的速度实现了手机影像CMOS的“高像素化”,但也因此吹了不少牛、闹了不少笑话。# q  Z, L4 g5 c9 R* j: T6 \% o$ s

    6 ^% W0 b6 }9 y2 k( B) L紧接着“变焦倍率”开始成为各家的焦点,从30倍到50倍,从60倍到100倍,再到120倍、200倍……甚至当时一些诸如“变焦手机拍摄到xx不法分子”的消息在吸引眼球的同时,也变相帮相关厂商打了广告。然而很快实际掏了钱的消费者就发现,手机的极限望远基本没啥实用价值,于是大家也都不再吹这个牛了。
    8 `$ w! e8 z. v% b, @( R7 Q/ c1 f' W$ B) ?# E- h# O6 a" I
    之后“多摄”成为了市场竞争的主要方向,于是从双摄到三摄、从四摄到五摄,再到双主摄、三主摄。好在机身的内部空间就那么大,于是盲目堆摄像头数量的风气很快就刹车了,只留下了消费者对于“凑数摄像头”的深恶痛绝。
      }& _5 u$ ]! @0 V
    1 c. M+ @% ]- ]2 k* q7 L6 F8 H然而正因为有了前面这几个阶段的“铺垫”,导致如今在整个手机行业中,拍照设计的基本思路也变得异常复杂。许多消费者也很难再通过表面上的参数,去对比和识别手机的CMOS配置好不好、技术规格到底有多高。! s& m7 V1 h5 _6 E/ P; I6 R' D

    $ [8 |) g3 @+ i8 C  j# i# G好在,这里面其实也并不是毫无规律可循。在分析了当前市场里的大量产品和已知的技术信息后,我们还是将手机拍照设计的思路按照它们的“内部级别”以及在不同档位产品上的分布情况,分出了“三六九等”。
    & f5 U2 F; C( ?0 }3 E- O  x/ c3 ^: l# r% ~+ S" t
    “人上人”的设计:架构进化胜于一切
    - C  c  Y$ W2 E2 ?8 d2 X+ F* @- B
    ( ^8 z8 x# W! z- V/ e在半导体领域,架构的进化压倒单纯的“堆料”可以说是一个最基本的常识。它既适用于CPU、显卡,也同样适用于手机里的CMOS影像传感器。
    : z) z0 e) [+ c& f9 W- J* Q, u( b/ L8 r5 i9 R
    比如一个典型的例子就是三星的HP2,以及其后继型号HP25X,这两款CMOS在行业首创了“双垂直传输门(D-VTG)”结构。
    ; I6 {; P, h! |# h( O; t! {+ t% f1 N" r0 p) _4 x; g% z! h" f" x  W; r
    众所周知,CMOS的基本工作原理是靠光电二极管(PD)将光子转换为电子,然后传输门就负责释放光电二极管里的电子,并将电信号传输给浮动扩散层(FD),而FD里积累的电子就会被最终识别为代表像素点图像信息的电势差。  `0 f6 x" O1 b% f. r1 \

    . n) H1 k8 m4 f6 b/ E2 X6 l如此一来,当三星将CMOS里每一个像素的传输门从一个增加到两个后,就带来了两重好处。其一,它使得光电二极管“放电”的速度更快、放电更彻底,这就变相增加了每个像素(光电二极管)的电子容量,也就是俗称的满阱容。其次,它还意味着CMOS中每个像素每次感光生成的信号电势差更明显、信噪比更高。
    5 c2 ?3 J7 }9 A$ A. G+ q1 C, ?
    ( }0 `, k1 f% C0 N: V有多高呢?在IEEE的一份论文中显示,当HP2工作在2亿像素模式下的时候,它的单像素满阱容为10000个电子,如果是“四合一”之后的5000万像素模式,满阱容将高达40000个电子。要知道索尼引以为傲的全画幅相机A7R4的CMOS,满阱容也才36000个电子。也就是说在光线充足的前提下,三星这款旗舰级、仅有1/1.3英寸的手机CMOS,甚至用不到“16合1”像素模式,信噪比就已经超越了全画幅单电,因此对比普通的1英寸CMOS自然也是碾压。5 k0 r8 L" n9 c9 O7 J. w

    , ^! F- i! A# L2 N) ^9 p* Y. ^- G. O当然,搞架构创新的不只是三星,也有索尼。只不过索尼走了另外一条没那么微观的创新道路,也就是所谓的“双层晶体管传感器”IMX888。
    ! F4 i! v+ N& t" N- v% y) `/ e5 a. ^$ M9 y$ I
    那么什么叫做双层晶体管传感器呢?首先,大家还记得前文中在讲到三星CMOS时,提到的传输门(TG)吗。没错,在传统的单层CMOS上,包括传输门、行选择器、源跟随器等一系列不负责感光的信号传输和处理元件,与负责感光的光电二极管其实是“平铺”在一起布置的。4 [7 y- @' _4 t/ s6 g9 ~3 Y
    6 t3 m& j& s7 |# X5 m9 T5 G
    很显然,这就造成了这些非感光元器件,实际上会挤占光电二极管真正的有效面积。也就是说在传统CMOS上,所谓的“传感器面积”里其实有一部分是并不感光的,它的真正感光元件尺寸也会比直接计算出的“像素尺寸”要实际略小一点点。# @8 y% n7 V5 X! v$ q9 T+ f, P
    ( |1 H8 _% F! Y9 I3 q
    而索尼的双层晶体管传感器,就是将这些不感光的信号读出元器件用第二块晶圆去制作,然后堆叠在感光元器件的下方。这样一来,真正感光的那一面就可以做到几乎“不掺假”的感光面积,二极管的尺寸可以被放大,同时CMOS面积还能够不增加(甚至是做得更小)。7 T1 a9 N( B1 e1 J& v$ H

    1 ]2 \. M! L% C! {1 [4 h根据索尼公布的相关信息显示,在使用双层晶体管结构后,同样是“标称”1微米像素的CMOS,双层晶体管的型号满阱容可达12000个电子,比老式的设计直接翻倍。当然反过来说也就意味着,在以前的单层晶体管索尼CMOS上,“看似”1微米的像素,实际上可能只有一半的面积是真正用来感光的。
    ; h2 ?; g, J& T' L! p
    % j- o* m( L, ~' x8 l8 q底层设计不进步?就只能靠堆料了* K5 q8 w7 o8 e4 o
    6 J( Y( `' P4 E" g7 }# Q4 h
    不知道大家看懂前面这段对于新架构CMOS的介绍没?如果没看懂,就么说明你可能是第二个等级的产品、也就是那些纯靠“堆料”来解决问题的CMOS的潜在用户。3 p0 N& _6 R! k+ R

    & _( w1 t! w0 ^5 W9 P! X2 g' ^其实这并不奇怪,因为对于第一等使用架构创新来提升画质的手机CMOS来说,它们的创新发生在单个晶体管层面,这直接导致这些传感器反而不需要做得很大、甚至可能都不需要很高的像素。但这样一来,对于不太懂最“底层”技术的消费者来说,这类“人上人”的解决方案反而不利于市场宣传。
    0 L3 I7 n0 F$ h- m! y7 F" y% |4 ]( d
    3 ~  `/ @7 @0 m% v5 {: v0 C所以会看到无论三星、还是索尼,他们现在在高端市场都是“两手准备”。其中架构更创新、但尺寸看起来没那么大的CMOS,会留给自己使用;而架构相对老,但“底”更大、看起来更唬人的CMOS,则作为名义上更高端的型号,对外卖给了第三方厂商。
    + E5 n/ }4 @; x. `
    7 r7 l+ }. e' \0 d7 t* o这里最典型的例子,当然就是现在各种1英寸、1/1.12英寸的超大底方案了。实际上看懂了前面相关分析的朋友应该明白,这些手机上的“1英寸”由于真实感光元件尺寸、电子传输效率受限,其(电子层面上的)信噪比根本不可能与真正旗舰相机里的CMOS相提并论,距离真正架构创新的“底似乎更小”的CMOS更是差距巨大。& U& @/ W& S% w9 ~; w. |1 C. U
    & G5 J3 a2 ^1 F+ _
    但也不能否认的是,不管1英寸也好、还是1/1.12英寸也罢,它们的感光能力、画质、宽容度,肯定还是可以“吊打”那些更主流的1/1.56英寸、1/1.7英寸的中小底CMOS。所以堆料有没有用?当然有,只不过是要看与谁对比罢了。
    , K+ Y3 W  U1 c6 y2 J
    , Z# t$ w/ @$ u! e4 a而且新架构、新技术的CMOS因为尺寸反而更小,所以它们的相机模组外观往往更“平”、更低调,看起来当然没有使用1英寸CMOS模组那巨大的凸起唬人了。或许这也是“堆料型”超大底CMOS在未来的一段时间里,依然有望长期在影像旗舰市场流行的原因。* Y' U9 L  `7 [2 b
      @* |7 z5 w. V. b" ^% {. h. h% |8 d6 n
    两三年前的老款旗舰CMOS,如今依然能打
    . v8 N5 X1 ]! l8 F) c9 ^. q
    6 f8 g/ n% J" [  ^* r/ H$ Y: i+ \% Y如果说存在底层架构创新的HP25X、IM888,是三星、索尼“留给自家用”、并且可能不会被许多消费者理解的“私货”;1英寸左右的GN6、GN2、IMX989是专用于外售,虽然重点、厚点,但画质也能到旗舰级的“大众情人”。那么尺寸落在1/1.56英寸的一大批“5000万像素旗舰级CMOS”,可能就是如今消费者见得最多,也最不以为然的那个产品级别了。
    ) K. m& o& r" j, F5 b
      ^  [5 u" j5 W# X4 h0 n5 n这些1/1.56英寸、5000万的CMOS中,包括但不限于GN5、IMX890、IMX766,甚至还有其实稍大一点、但往往被裁切使用的IMX800。它们与真正旗舰的上面两个级别传感器方案相比,无论是名义上的尺寸、像素感光能力,还是微观层面的架构都至少要差一个级别。* l2 M; J- x% t: {# ~

    8 {( \. D4 j2 e而且由于市场竞争因素的影响,这些1/1.56英寸、5000万像素的CMOS近年来呈现出快速“下放”的态势。它们以前确实曾经被搭载在一些定位很高的机型上,但现在甚至不少一两千元的产品也都用上了这些CMOS方案,所以更容易让消费者觉得是“过气产品”了。
    5 l2 f7 Q% T0 U* g
    ' p* D1 {, h# n+ S+ b不过这类中等尺寸、5000万像素的手机CMOS传感器,从技术、功能层面上来说,其实没有很多朋友想象的那么差。它们的单像素尺寸和感光指标固然不够亮眼,但这些CMOS再怎么差,那也是与2022、2023年最新的新款旗舰CMOS相比才能体现出较大的差距。如果将视线倒退回2020、2021年就会发现,这些“中等尺寸”的5000万像素CMOS,在差不多两三年前还是只有顶级旗舰机型才用得起的配置。
    9 O: ~9 @& ^# C* @1 u8 {+ Z  @& t. C9 G0 r, N+ C
    正因如此,就导致这类CMOS虽然在我们的技术榜单上只能排到第三梯队,但它们毕竟普遍拥有全像素对焦设计、普遍支持堆栈式HDR成像,并且普遍具备高速读出(这意味着很快的连拍速度、有利于多帧合成降噪的效果)设计。
    - p6 l( m, T4 b; ~8 p/ X4 B! r  V; l  Q# y
    甚至稍显讽刺的是,由于这类CMOS的尺寸较小、镜头设计起来比较容易,所以使得它们在手机上往往反而可以有比1英寸超大底CMOS更好的防抖和微距效果,往往对焦也会更快。因此站在消费者的角度来说,这些“前旗舰CMOS”尽管现在从技术、配置的角度来说只能排到第三梯队,但应付一般的日常拍照还是一点问题也没用的。
    " @4 b0 z  o5 e) T* U, T7 n1 d. `, ?  d6 M
    小底+超高像素,坑的就是千元机1 k$ y9 f! d& I/ V% v$ H3 R2 [# \6 e" V
    / [2 S* p1 P8 s5 W
    老实说,虽然我们三易生活是按照客观上的技术优劣来进行排序分类,但直到前面讲过的三个档位的CMOS为止,它们都还是绝对“堪用”的。甚至如果你不是很专业的用户,可能都未必会感觉出它们之间有什么特别明显的差异性。
    2 I  p( B3 K+ D8 o( d, e
      V# a. S* r7 P; y但是接下来要讲到的这第四类产品,就多少有点“坑人”了。而它们就是通常只见于千元机,那些尺寸极其紧凑、像素数量还特别唬人的“小底高像素”方案。
    / H! l' D3 Y) M0 t" T5 d7 l5 N& B1 r- m: M# d* m3 t* N, w% q
    这些CMOS,就包括但不限于三星HM2(1.08亿像素、1/1.52英寸)、三星HM6(1.08亿像素、1/1.67英寸)、以及三星HP3(2亿像素、1/1.4英寸)。% ?* e. K1 i# [3 \. Z. i. ]

    + L6 o0 ~5 b2 p  \1 M. W% u与前面讲到的三种CMOS类型相比,这些型号几乎可以说是“完美回避”了所有的加分项。它们既没有采用特殊的基础架构创新(别看HP3的产品名数字更大,但它并不带有HP2里的双传输门黑科技、也不支持双转换增益),本身的面积和单像素尺寸也都很小,而且对焦设计往往也极为普通。, ~6 j" k$ A* a6 ]+ j) G2 i( D
    ' M8 k( n; K) j2 d$ }
    于是这也就意味着,从“天生”的技术参数上来看,很难指望这类CMOS方案在实际的拍照中,能有什么快速、稳定的对焦。它们过小的像素尺寸再加上“平凡”的架构设计,也就意味着糟糕的原生感光能力。
    $ U! B( W9 a# ~4 s3 T4 [6 n. \$ ?7 ?* X, C, e" W2 ~( K
    有的朋友可能会说,这些CMOS毕竟像素高,那么“多合一”之后如果能配合高性能ISP去做合成降噪处理,最后不也能有理论上不错的画质吗?
      \8 E* @) R) c. ^9 R" d! q8 Q
    / U/ ]8 p8 [2 @7 ~' G7 e诸如HM6这样的“超迷你高像素”设计,可以说从一开始就有些“不怀好意”
    & W% `/ J' U4 g# ?& g7 B% j
    6 \3 S! O# ~$ n/ y* @  B2 G的确如此。可问题就在于,从这类CMOS的市场定位来看,它们从一开始就从没想过要服务于什么很高端的机型,这些底又小、像素又高、基本架构还不太亮眼的CMOS,注定了就是专门给千元机“增加卖点”用的。那么又怎么可能指望用上了这些CMOS的机型,还会配备什么规格很高、ISP算力很强的移动平台呢?  F  E' T( k0 v% t) ]* P
    " Y. {2 V8 w$ ^2 f  A: ~. @; ]
    结语:当技术和市场分道扬镳,许多消费者就注定会吃亏
    + H& a  R1 e6 c$ f; i3 ]6 t, r( H, b4 f. c) a: w
    请注意,虽然我们今天给大家比较详细的介绍了四个级别的智能手机CMOS方案,并且按照技术先进程度、实际画质优劣对它们进行了排序。但实际上,我们还远没有触及诸如用JN1做主摄、老旧库存1300万像素传感器再利用这类,如今智能手机影像设计的“下限”。, S1 V1 E4 a4 X% q
    9 A4 ?3 u7 E; w& ]( _2 Z
    而这一方面是因为我们认为,真到了那个级别的产品所处的细分市场,它们的目标消费群体其实也真未必会在乎配置、在乎手机的拍照能力了。
    : ?3 d5 Q0 h7 V4 e6 P% K: ]- o. q5 e0 v5 B+ H4 \( |: X
    另一方面,大家纵观上面列出的四个级别CMOS就会发现,我们之所以要大费周章地对它们进行分析、排序,是因为这些CMOS如今在表面参数(面积、尺寸、像素大小、像素数量)上,几乎已经找不出什么很明确的规律性。无论是“底大一级压死人”、还是“像素越高越牛”,这些传统的、大多数消费者都能掌握的挑选诀窍,实际上都相当于已经失效。, m' B" t4 i; d! A: Y

    3 @8 f. V- y# a4 Z" s* ]而之所以会发生这样的情况,不得不说确实与过去很多年间,整个手机行业在影像设计上无序发展、疯狂“创造卖点”的行径有着很大的关系。当终端厂商的宣传已经背离了技术发展道路,甚至反过来在一定程度上“绑架”了上游供应商的技术和产品路线时,最终产品规格的混乱自然也就成为了必然。
    " p$ O1 ]$ V: d
    6 l, H5 Z( Q, U: }) _7 {+ r
    龙能大能小,能升能隐;大则兴云吐雾,小则隐介藏形;升则飞腾于宇宙之间,隐则潜伏于波涛之内。方今春深,龙乘时变化,犹人得志而纵横四海。龙之为物,可比世之英雄。
    回复

    使用道具 举报

    您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

    本版积分规则

    快速回复 返回顶部 返回列表