聊聊索尼1300万堆栈式感光器
夏昆冈 于 2014.02.18 13:41:53 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.61/548

我们多次提到,最近一年多的时间,手机摄像头大幅进步,推动进步的主力,就是索尼。其中索尼的1300万堆栈式感光器尤其值得一提,这颗感光器编号为IMX135。早在2012年1月,索尼就公布了相关技术资料,详细的解释了堆栈式与以前的结构的差异性。

最古老的的感光器的感光单元结构,它从上至下的层分布为微透镜、色彩滤镜、金属连接层、基板的受光面,这种结构存在一个问题,它的金属连接层会形成一个坑,从而限制了入光角度,它像一口井,而受光面在井底,因此这个结构被俗称为了“像素井”。对老结构改良的结果就是出现了背照式,对应的英文是Backside illumination,缩写为BSI。它的结构特点是将金属连接层放置到了基板的下面,这样一来,井消失了,起码井变浅了。它直接的好处就是可以接受更大角度的入射光,受光效率获得了质的飞跃。感光单元的基板上不全是受光区,还有相当大的面积是电路板。如果移除电路板,受光区就可以更大,于是新的设计就是将电路板放到受光区下面,形成堆叠的结构,这种设计,叫做Stacked,中文名叫堆栈式,这就是IMX135所采用的结构设计。它可以显著的增加每个单元的受光面积,面积越大,受光也就越多,代表输入信号也越强。堆栈式是实实在在的技术进步,可以保证单个像素的信号不被削弱的前提下,实现更大的像素密集度,有利于提升画面整体的解析力和信息量。

到了2012年8月,这款感光器开始正式批量生产,大批基于该感光器的手机涌现。至今累计型号应该不少于20款,而其中不乏销量巨大的机型,例如三星的Galaxy S4。很多机型表现出了很令人惊喜的成像水平,推高了手机摄像头平均水平。“手机中的单反”“手机中的微单”“媲美单反”也因此涌现,这是不道德的吹牛,但这种无节操也能侧证手机摄像头的画质水平已经达到了能被普遍接受的级别。不是我们自吹自擂,我大数毛的手机样张,比很多菜鸟的单反所拍的片子看上去还更好,一方面是我们拍得用心,一方面是手机摄像头确实进步到了可喜的地步。

是不是用IMX135就表现都会一样?我们可以先看一组样张。

制造商=SONY;型号=SO-02E;焦距=4毫米;光圈=F2.4;测光模式=平均;感光度=ISO40;白平衡=手动;曝光补偿=-1.0EV;曝光时间=10/25000秒;场景类型=标准;日期=2013.04.11 16:12:32
制造商=SONY;型号=SO-02E;焦距=4毫米;光圈=F2.4;测光模式=平均;感光度=ISO40;白平衡=手动;曝光补偿=-0.3EV;曝光时间=10/6400秒;场景类型=标准;日期=2013.04.11 18:05:19
制造商=VIVO;型号=VIVO XPLAY;焦距=5毫米;光圈=F2.2;感光度=ISO150;曝光时间=1/254秒;日期=2013.05.29 14:03:36
制造商=VIVO;型号=VIVO XPLAY;焦距=5毫米;光圈=F2.2;感光度=ISO150;曝光时间=1/232秒;日期=2013.05.29 14:05:17
制造商=SAMSUNG;型号=GT-I9500;焦距=4毫米;等效焦距=31毫米;光圈=F2.2;测光模式=中央平均;感光度=ISO80;白平衡=自动;曝光补偿=-1.0EV;曝光时间=1/100秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2013.07.10 19:23:39
制造商=SAMSUNG;型号=GT-I9500;焦距=4毫米;等效焦距=31毫米;光圈=F2.2;测光模式=中央平均;感光度=ISO50;白平衡=自动;曝光补偿=-1.5EV;曝光时间=1/251秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2013.07.16 09:50:41
制造商=XIAOMI;型号=3IM;焦距=4毫米;光圈=F2.2;测光模式=其他;感光度=ISO100;白平衡=自动;锐度=弱;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=27/10000秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2013.09.24 16:07:13
制造商=XIAOMI;型号=3IM;焦距=4毫米;光圈=F2.2;测光模式=其他;感光度=ISO100;白平衡=自动;锐度=弱;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/2000秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2013.09.24 13:50:07
制造商=HUAWEI;型号=HUAWEI G750-T00;焦距=4毫米;光圈=F2.2;测光模式=中央平均;感光度=ISO54;白平衡=手动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=616/1000000秒;曝光程序=未知;场景类型=标准;日期=2014.01.08 14:10:44
制造商=HUAWEI;型号=HUAWEI G750-T00;焦距=4毫米;光圈=F2.2;测光模式=中央平均;感光度=ISO256;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=200002/1000000秒;曝光程序=未知;场景类型=夜景;日期=2014.01.04 11:35:18

这一组包含了Sony Xperia Z L36h、vivo Xplay、Galaxy S4、小米3、华为荣耀3X、TCL idol X+ S960等手机拍摄样张数百张之多。这些机型都是采用的IMX135,整体表现优秀,但他们之间的差别也是蛮大的。

我们最初接触到的机型是Xperia Z L36h,索尼自家却没有用好这颗感光器,相对来说,L36h的表现相对是不理想的,因此它也没有引起我们的重视。后来接触到vivo Xplay,加上天公作美,在一个极好的天气里,Xplay表现出了超预期的素质,虽然当时的Xplay拍照APP蛋疼到叹为观止,也阻挡不了我们拍出不错的片子。后来我们为此开了一个批评会,批评NBX,为什么L36h会比Xplay表现还差,说不过去,索尼能把自己的感光器用得比vivo还差?NBX一定是你肾虚手抖了。当然这后来也被AB对比证实,L36h的优化确实存在问题,确实表现要差些,做了一次业界雷锋。而真正让我们惊讶的是三星Galaxy S4,它是至今为止,IMX135发挥最好的机型,它极好的展现了IMX135的战斗力,我们也视其为一个标杆性的型号。随后测试的小米3,摄像头表现也较为理想,而且加入了很多功能,但画质水平并没有超过Galaxy S4。再之后,我们还测试了荣耀3X和TCL S960,而这两款机型表现比前面几款要差点,主要问题出现在涂抹较为严重,S960还存在白平衡不稳定,对焦精度不够的问题。

差异主要来自哪里呢?镜头?确实,这几款手机的镜头配置都不尽相同。

一个完整的摄像头硬件有两个主要部件,一个是感光器,另外一个就是镜头。这一年多来,感光器的进步,刺激了镜头的快速发展,得跟得上感光器的进步才行。这一年来,摄像头镜头在整体解析度、抗眩、色散控制方面获得了空前的进步,而这几款机型的镜头都不差,虽然参数不同,但整体的光学素质差距其实不大。真正造成差别的原因,不是镜头,而是图像处理引擎。

图形处理器,通常被洋气的称为ISP,这是其英文缩写。它的作用是用来控制感光器的I/O和数据处理。高通、联发科、nViDIA等主流SoC处理器中,就包含了图形处理器单元,手机厂商也可以不用这个单元,而使用独立的ISP,例如Galaxy S4。那么,使用独立ISP就是画质更好的原因?其实我们也可以找出一批使用了独立ISP也不好的例子来。使用独立ISP不代表一定就会好,请各位一定注意。

图像处理引擎并不只有硬件部分,它还包含了一套算法集,例如对焦、白平衡、降噪、合成等,硬件加上软件,才是一个完整的图像处理引擎,千万不要和ISP混淆。那么算法从哪来?算法可以自行开发或者找专业公司购买,也可以使用处理器厂商中的打包方案。也就是说,相同的ISP也可以对应不同的算法。那么再回到ISP,使用独立的ISP的意义在哪?在于更快的数据处理能力,有更快的硬件,自然也就可以使用更为复杂更有利于画质的算法。实际上最新一代的处理器集成ISP,性能也获得了大幅提升,ISP是否独立,更没那么重要。

算法,才是导致这些手机表现不大一样的原因。一套优秀的算法,需要很长时间的积累,做好手机摄像头画质,不能只靠堆砌硬件来实现。有独立的ISP公司在推广“定制”,意思就是:你不会调我来帮你,各种算法明码标价。

在厂商文宣中,更多的是告诉消费者,用1300万的感光器,F2.x光圈的镜头,很少提到ISP甚至算法,算法不容易被普通消费者理解,看不见摸不着,寸土寸金的文宣版面上不允许厂商去搞科普,但它却非常重要。用了免费打包算法的,肯定不会提他没额外花钱。

正如前面看到的样张那样,差异的主要原因来自图像处理引擎,可以认为,IMX135为相关的技术厂商提供了更好的发展环境。只要图像处理引擎配合到位,IMX135则能被挖出更大的潜力,也决定了最终成像水平的高低。

IMX135 可以被看做是一个经典发展缩影,促成了感光器、镜头、图像引擎在螺旋牵引的发展,这是一种比较理想的发展环境,基于这些发展现状,我们可以做出更高的预期。当然,预期都是在合理范围内的,摄像头的整体水平还有很大提升空间,未来手机拍照功能的竞争还会更加激烈。

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发表于2014.04.11 15:08:47
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有称三星Galaxy S4美国版使用高通Snapdragon CPU,配置富士通图像处理芯片(即ISP);韩国和其他市场的S4使用三星Exynos 5 Octa CPU,ISP功能由Exynos芯片内置完成。但数码多说三星S4-I9500(三星CPU)使用富士通提供的独立ISP。孰对孰错?另外S4-I959(电信版)情况如何?(资料来源:1、 http://tech.qq.com/a/20130509/000056.htm
发表于2014.03.31 00:13:53
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发表于2014.03.08 18:01:29
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发表于2014.03.05 10:24:06
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发表于2014.03.05 00:47:14
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