谨防被忽悠 常见手机摄像头成像因素解析

2014-11-10 22:06:02来源: 太平洋电脑网 关键字:摄像头  镜头  索尼
     随着手机摄像头发展得越来越快,各类层出不穷的技术名词也如潮水一般在我们的眼前席卷开来,但这些技术究竟对拍照画质能有多大影响呢?消费者往往对此存在疑惑。本文我们暂且不去讨论那些令人眼花缭乱的技术,仅仅就最基本的CMOS感光芯片、镜头以及软件调校这三个方面去解读一下市面上的手机摄像头。而通过对这三点的判断,相信一颗摄像头的实力也已经能看出大半了。

谨防被忽悠常见手机摄像头成像因素解析
常见手机摄像头成像因素解析

  CMOS感光芯片

  自从数字成像技术替代胶片成像技术之后,作为实现最关键“光电转换”过程的感光芯片已经成为了成像画质最关键的因素。经过一代代技术的演变与竞争,目前 手机业界已经形成了以堆栈式CMOS芯片作为技术主体的发展态势。在感光芯片结构基本定型为堆栈式的前提下,目前我们消费者对于感光芯片的优劣主要能看得 到的参数就是“单芯片感光面积”与“单像素感光面积”。

  单芯片感光面积

  这里的指的主要是感光芯片的“感光总面积”,也就是摄影玩家常说的“底有多大”。目前手机摄像头的“底”普遍在1/3.06英寸到1/2.3英寸之间,当然也有 像Nokia 808 PureView和Lumia 1020这样比较奇葩的机型。下面笔者整理了一份常见手机与单反CMOS尺寸对照表,以方便大家直观地了解各个尺寸之间的换算关系(由于一般描述类似 “1/2.3英寸”都是采用的对角线长度,所以面积的上的差距会比看上大很多)。

谨防被忽悠常见手机摄像头成像因素解析

  1/3.06英寸一般为主流拍照手机的CMOS尺寸,典型代表是苹果iPhone 6。

  1/2.3英寸一般为小型数码相机(DC)的CMOS尺寸,也有部分拍照手机CMOS达到了这个尺寸,典型代表是索尼Xperia Z3和魅族MX4。

  2/3英寸和1/1.2英寸一般介于“微单”与“小型数码相机”的CMOS尺寸之间,代表机型分别是Lumia 1020和Nokia 808 PureView。

  4/3英寸还有1.5英寸,就是典型的微单尺寸了,代表机型分别是奥林巴斯EP-1和佳能G1X。

  APS-C画幅就是常见的中低端单反的CMOS尺寸。

  单像素感光面积

  这里指的主要是单个像素在感光芯片上“分到的感光面积”,计算公式就是单芯片感光面积除以像素数量。目前市面上常见的单像素感光面积普遍在1.12μm×1.12μm左右(以IMX214、1300万像素为例,以下将直接写为1.25μm²方便更加直观得对比),当然也同样有像HTC Utral Pixel摄像头那样达到4μm²的,当然这是特例。以下是笔者整理的主流拍照手机单像素面积对照表,方便大家查阅。

主流拍照手机单像素面积对照表
手机型号 单芯片感光面积 像素数量 单像素感光面积
HTC M8 1/3英寸(16:9) 400万 4μm²
iPhone 6 1/3英寸 800万 2.25μm²
Nokia 808 1/1.2英寸 4100 1.96μm²
魅族MX4 1/2.3英寸 2070万 1.44μm²
Xperia Z3 1/2.3英寸 2070万 1.44μm²
Lumia 1020 1/1.5英寸 4100万 1.25μm²
vivo Xshot 1/3英寸 1300万 1.25μm²
GALAXY S5 1/2.6英寸 1600万 1.25μm²

  从上表可以看出,单芯片感光面积大的未必单像素感光面积就大,这还要取决于像素的数量而定。那面对如此多种的组合,我们应该如何去选择呢?这里我们就要 将像素数量和单像素感光面积组合起来看了(由于这两者乘起来也就是单芯片感光面积,所以看一款手机的“底”有多大也是估计其拍照画质的一个粗略参考指标, 至于更细致得就要看更详细数据了)。

  像素数量是否越多越好?

  首先,在保证一定的单像素感光面积下,增加像素数量是可以提高手机的解析力的。换句话来讲,就是高像素设备会比低像素设备收集到更多的细节,你放大来看会更清晰。但是加大像素数量会带来这样几个问题:

  1.数据量吞吐:典型例子就是Lumia 1020,由于其自身的ISP处理性能不够,导致其拍摄后处理时间较长影响体验,而且照片也比较占据内存空间。当然现在骁龙801处理器自带的双ISP已经拥有了足够的性能去处理高像素的数据吞吐量,但是拍摄后占据内存空间的问题依然存在。

  2.对单像素面积的妥协: 由于目前手机尺寸的关系,机身内部对摄像头感光元件尺寸也是有很大限制的。所以一般在提升像素数量的同时,很难再提升单像素面积,甚至是降低单像素面积, 这样就会造成摄像头对光线的收集能力减弱(单像素面积越大收集到光线越多),从而造成“高感画质”变差,“宽容度”下降等问题。

  3.高像素的实用性: 目前我们使用手机拍摄的图片基本都是在手机屏幕上观看,那么即便是1920×1080的分辨率也仅仅只需要200万像素。那假如有朋友需要裁剪呢?800 万像素也足够你裁剪掉3/4的画面也能够满足手机屏幕的浏览需求了,而且这个像素数量也基本能够满足4K的需求(3840×2160等于830万像素,当 然这是在你不裁剪的情况下)。所以目前动辄1300万以上甚至2000万像素在实用性上看来并不如800万更好。(因为高像素会损失宽容度以及高感性能)

  单像素面积与高像素如何进行取舍?

  从经验上来讲单像素面积越大越好,而像素数量超过一定范围则实用性大大降低。所以很明显的取舍就是在保证足够使用的像素数量下,尽量增大单像素感光面积,这 样对于画质的影响是最为积极的。当然,这只是在同一工艺结构水平的CMOS传感器中的理论比较,毕竟工艺与结构上的升级相对来讲才是更加巨大的。至于 IMX135是不是一定比IMX214要差呢?那还要看镜组搭配以及软件调试的好坏了。毕竟拍照画质这东西遵循木桶原则,哪一个方面做不好效果都不会好。

  摄像头的镜组

  与数码相机的原理一致,CMOS决定了手机摄像头至关重要的总像素和感光面积,而手机成像时的光圈和焦距则完全由手机镜头来控制,镜头采用的不同也是直接导致成像效果差异的主要原因。

  决定手机的光圈和焦距

  首先我们必须知道,手机镜头由于空间所限,无法做到光圈大小和光学焦距的调节,这就意味着所有的手机镜头都是恒定光圈的定焦镜头。很多手机厂商宣称它们 的手机镜头光圈达到了F/2.4甚至F/2.2,这是一个相对而言的光圈标准值,数字越小代表可用光圈越大,但是依然不能跟数码相机镜头的光圈相提并论。

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两种不同的手机镜头模组

  接下来就是镜头焦距,除了已经过时的MF(手动对焦)镜头之外,目前手机上分为AF(自动对焦)和ZOOM(光学变焦)两种级别,一般使用的是AF级固 定焦距镜头,也就是拍照应用打开之后的默认焦距,在这个焦段下,通过镜头和CMOS协作就可以在屏幕上显示图画,并且显示的画幅是固定的。虽然有些手机支 持10倍数码变焦,但往往都是通过技术手段实现,最终效果并不理想。而少数支持光学无损变焦的是ZOOM级别的变焦镜头,其外形已经接近专业相机的镜头 了。

  以iPhone 4S和iPhone 5为例,以下两张图分别为它们的拍摄样张,其中iPhone 5的照片是苹果官方提供的,而iPhone 4S则是外媒记者专门到拍摄地点特地拍摄的。

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iPhone 4S拍摄样张(35mm等效焦距)

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iPhone 5拍摄样张(33mm等效焦距)

  从照片的EXIF数据分析,苹果iPhone 5内置的镜头等效焦距为33毫米,而iPhone 4S的镜头等效焦距则为35毫米,这样一来iPhone 5的拍摄范围要稍微大一些(焦距不同和镜头优劣并无关系)。单单从这一张照片的表现上看,iPhone 5要好于iPhone 4S,图像的边缘锐利饱和度也更高,而且由于焦距的差别,取景范围会广一些。

  手机镜头的内部构造

  在微小的手机镜头里面,主要分布着Sensor、IR和Lens最重要的三重结构,分别是图像感应器、红外滤波片和镜片。其中影响手机镜头部分最重要的因素就是Lens的构造。

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手机镜头的内部构造图

  Lens一般有两种材料,一种是球面玻璃(Glass),代号为G;另一种是非球面塑胶(Plastic),代号为P,手机镜头制造商在前面用数字表示镜片数量。例如厂商们宣传的5P或6P镜片,意思就是它们的手机镜头采用的是5层或6层塑胶镜片。

  事实上,真正成像好的镜头理论上必须使用玻璃镜片才能够达到,比如使用4G镜片。我们知道玻璃镜片的透光率高于塑胶镜片,而且光学折射和热膨胀系数远低 于塑胶,但是唯一的缺点就是制造成本高、工序复杂,在成本低廉的手机上不可能大规模采用,没有谁愿意花费高昂的代价使用全玻璃镜片。好在目前非球面塑胶的 工艺在逐渐提高,基本可以满足民用摄像领域。

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手机镜片之间的两种镀膜

  另外,稍微提一下镜头镀膜。镜头镀膜分为增透膜和滤色片镀膜两种,分布于手机镜片之间。增透膜主要用于提高光线在镜片之间的通过率,从而改善鬼影和眩光 问题(由于镜片构造所限,只能称之为改善,无法彻底杜绝);滤色片镀膜主要用于控制画面的色彩均衡。在透光率和清晰度这两个矛盾之间,并不是单纯认为镜片 越多越好或者越少越好,而是达到整体的协调性才是最重要的。事实上,最外面一层的保护玻璃,姑且也可以认为是一层镜片,而且是影响透光率最为主要的镜片, 所以用手机拍照之前记得一定要保证镜头是干净的。

  手机镜头的认证标准

手机的大范围普及不过是最近十

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编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/1110/article_38162.html
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