用了一堆黑科技,为何手机拍照还是差(CMOS篇)

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我们平时看手机发布会的时候,常常会听到一些厂商声称自己用了一些“先进技术”甚至是“黑科技”:比如号称对焦很快的相位对焦(PDAF)、比如号称减少噪点的像素隔离(DTI)——这些技术是怎么来的呢?其实和手机厂商并没有太大关系,它们都是CMOS自带的特性——换句话说,手机厂商买了CMOS来用,相关的产品就会“自动”搭载这些黑科技了。

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相位对焦(PDAF)是几十年以前就搭载在了单反上的技术,它属于被动对焦的一种,即需要感光元件有光射入,通过不同的相位对焦点之间成像角度的差异来测算被摄物的距离,从而调整焦距进行合焦。相位对焦相对于对比度对焦,好处在于对运动物体的距离检测更为精确迅速,而在静态拍照时,两者的性能表现并没有什么区别。如果拍照环境极黑,那么无论是相位对焦还是对比度对焦都将失去作用。这种时候就只有主动对焦技术才能发挥效果——比如说某些手机配有的激光测距对焦就属于主动对焦的一种,它独立于CMOS之外,不需要CMOS有光射入就能进行测距。

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相位对焦原理图:通过不同对焦点的相差,估算出相对距离


过去,由于相位对焦的检测对焦点无法被内嵌到CMOS上,因此只有具备独立对焦传感器(大家可以想象成另一块CMOS,上面没有成像点,只有对焦和测光点)的单反相机才能配备相位对焦。而没有五棱镜反射分光机构的普通相机和手机自然就只能使用对比度对焦和主动(激光、红外)对焦。换句话说,相位对焦之所以别认为是“高端”,是因为它过去只能被用在单反上,而不是因为它性能就一定更好!


而像素隔离(DTI)的历史就没有那么“悠久”了:它最早出现在2014年的三星ISOCELL传感器上(没错,就是三星S5上面那个),其原理是在感光像素和上方的透镜之间用内部为镜面的“井”相连接。这样可以最大程度地确保每个像素点的受光之间不会相互干扰,从而减少噪点。

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ISOCELL的理论思路相当不错,因此,当SONY和三星签订了技术合作协议之后,他们的CMOS也引入了这一光路设计,并且命名为像素隔离(DTI)。


只不过,当DTI被用到手机上时,它的实际作用有点尴尬:当外部光线强烈时,手机那低成本的镜头模组早在图像射入CMOS前就已经产生了可观的眩光干扰,即使CMOS有DTI结构,也无法把已经被“污染”的光信号分辨开来了;而当外部光线很弱时,DTI固然能增加一点点感光能力,但依旧拯救不了手机CMOS“小底”所带来的可怜像素面积。DTI只能解决像素之间的漏光干扰,对于像素本身感光不足所产生的噪点却无能为力。

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