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相机传感器作用解析

2019-02-07

手机相机系统由镜头、传感器、光圈和ISP(图像信号处理器,一般集成在SoC中)等部件构成,结合软件算法,这几点的优劣基本决定一部手机的拍照性能。硬件方面,由于体积和成本限制,手机的镜头和光圈并玩不出什么花样,所以传感器的重要性就更加突出。出于成本、产品定位和外形设计(摄像头突起)的考虑,手机厂商会在不同机型上使用不同的图像传感器。本文将会给大家介绍一下主流传感器的参数,参数对成像的影响,以及都被哪些手机采用。63G电子头条


传感器参数的意义63G电子头条


有效像素、传感器尺寸和(等效)单位像素尺寸是手机相机传感器的核心参数。63G电子头条


传感器尺寸影响什么?63G电子头条


忽略软件算法和其它因素,传感器尺寸越大越好。因为传感器大小决定了有多少光被捕捉。拍照时,传感器上每一个像素都纪录“光信息”,传感器尺寸大意味着更丰富的信息。这也就意味着“大底”传感器能带来更高的动态范围、更广的ISO范围和更少的噪点。直接表现就是明暗条件复杂场景下更好的曝光和细节还原,以及暗光环境下更好的曝光和噪点控制。能在暗光和明暗条件复杂场景下表现优秀的话,手机在其它场景下的表现也不会差。63G电子头条


此外,在其它参数和拍摄条件(距离)一致的情况下,传感器尺寸越大,越能实现物理背景虚化。不管算法抠出的虚化照片有多好,都不如物理虚化来的自然。大多数手机传感器尺寸都不大,所以只能在很近的距离拍出物理背景虚化照片。松下DMC-CM1是传感器尺寸最大的手机,1英寸的传感器能在不是很近的距离拍出漂亮的物理背景虚化照片。63G电子头条


非虚化模式下的物理背景虚化,效果自然63G电子头条


然后,在其它参数(镜头焦距)和拍摄条件(距离)一致的情况下,传感器尺寸越大,成像的视角就越大。对于小尺寸传感器设备来说,需要视角更广(焦距更短)的镜头,才能实现合适的视角。63G电子头条


大尺寸传感器的缺点是占用空间大。因为不仅传感器本身大,大尺寸传感器也需要大尺寸镜头来覆盖。镜头和传感器都大的话,手机的厚度和摄像头突起的体积就会不可避免地变高,也会占用手机其它部件的空间。选用什么尺寸的传感器一直是手机厂商需要权衡的。63G电子头条


单位像素尺寸影响什么?63G电子头条


单位像素尺大小决定了传感器的感光能力,越大意味着更好的暗光拍摄能力,最直观的表现是噪点水平。63G电子头条


单位像素尺寸=传感器宽度/照片分辨率宽度63G电子头条


从公式可看出,有效像素、传感器尺寸和单位像素尺寸是互相影响的。如果一个传感器的单位像素尺寸大,那一般情况下它的传感器尺寸就不会小。但有些传感器像素太高,这时传感器体积再大也避免不了单位像素尺寸的渺小。这时就会用到素四合一,用四个小像素合成一个大像素,把像素数量降到原来的四分之一。尽量用够大的等效单位像素尺寸来弥补小像素感光能力不足的劣势。63G电子头条


有效像素影响什么?63G电子头条


有效像素越大,解析度越高,照片细节更清晰。63G电子头条


但由于大像素会造成单位像素尺寸低下,所以在非光线充足的场景下,高像素拍出的照片噪点会相对明显。目前解决高像素传感器暗光噪点的方法是刚刚提到的像素四合一,下文也会介绍到采用该技术的传感器。63G电子头条


传感器只是拍照性能的一环63G电子头条


虽然前面说了那么多传感器规格对成像的影响,但大家依然要明白,决定手机成像效果的因素还有很多。比如ISP、防抖、光圈、镜头和软件算法等,其中软件算法影响很大(算法的力量:如何让3年老机胜今年旗舰)。假设一部手机的传感器顶级,但软件算法很差。那么这部手机就不能充分挖掘传感器性能,最终成像效果只能算是不错。反过来,在顶级拍照算法的加持下,传感器性能稍微不错的手机能也拍出顶级的照片。所以传感器只能决定手机拍照性能的上、下限,最终拍照能力具体落在什么高度还要看算法。63G电子头条