2亿像素超级CMOS横空出世 高通到底是什么套路?

2亿像素超级CMOS横空出世 高通到底是什么套路?

就在近日的高通骁龙年度峰会上,高通推出了骁龙865处理器,该处理器的一大亮点便是可支持2亿像素的传感器(www.momoku.com)。同时,高通还表示,正在与相机制造商合作开发用于智能手机的2亿像素传感器,如果进展顺利,未来手机过亿像素CMOS或将成为标配,但作为手机处理器厂商的高通,迈出这一步到底意欲如何?

据高通透露,这颗骁龙865的ISP处理速度高达惊人的每秒20亿像素,可供用户拍摄4K HDR视频或者8K视频,并且能够实现960 fps不显示高清慢动作视频拍摄。

按照高通的描述,骁龙865与2亿像素CMOS的搭配将能让手机成为最强的拍照设备,加上市场中已经有1亿像素手机的上市,很可能会引发过亿像素摄像头手机的风潮。当然,想要很好的使用这颗顶级CMOS,还需要有良好的配套技术才行。

目前,市场中拥有1亿像素CMOS的只有三星,那么就以这颗CMOS为例。在1亿像素CMOS之前,市场中主流的手机像素为6400万像素,其CMOS画幅通常为1/1.7英寸,华为手机的IMX 600、IMX 650都是该尺寸。

当前单位像素面积最小依然是0.8μm,这是当前CMOS生产工艺成熟的最小尺寸,如果再小,像素之间的信号屏蔽便无法保证,将导致像素之间产生信号干扰使得画质下降。

那么,以单位像素面积0.8μm来算,1亿像素的CMOS尺寸为1/1.33英寸左右。要知道摄影圈中常流传一句话,“底大一级压死人”,相比1/1.7英寸的画幅,无疑是进步巨大。

那这颗1亿像素的CMOS到底有多大呢?以IMX 363即三星S10+和iPhone Xs MAX主摄的画幅为例,1亿像素CMOS是IMX 363画幅面积的3.7倍,同时也是IMX 600的1.7倍。那么高通的2亿像素,甚至能够达到1英寸以上,这将又是一个巨大的提升。

大画幅会带来什么变化?最显著的是增加更多的进光量,获得更多原始信息,因此可以有更好的成像质量。

当然,画幅的提升虽然是好事,不过这同样为手机带来了设计上的问题,要达成同样的光圈及同样的视角,大画幅相机需要配备更高素质的光学镜头以及更长的焦距,而更长的焦距就意味着更长的对焦距离,这代表摄像模组也将变得更厚。

为了解决这个问题,手机厂商可以采取这几种设计方案。一是放弃光学防抖,这也是最有效减小相机模组厚度的方法,其次是缩小光圈尺寸。此外,在镜头设计上放弃畸变矫正,而是通过手机进行数码矫正,也是目前为手机紧凑轻薄设计的基本思路。

高像素的CMOS还具备几个优势,能通过裁切实现变焦。还是以1亿像素CMOS为例,三星S10或者iPhone Xs系列,其长焦端都是约54mm,1/3英寸的CMOS,而这颗超级CMOS裁切到54mm后的规格仍然有1/2.66英寸,像素达2700万,比目前市场面的2倍变焦长焦镜头还要好。即便裁切到放大3倍,即80mm,仍拥有1200万像素,1/4英寸的CMOS,这个规格也优于市场面上大多数手机镜头了。

同时,虽然许多厂商在宣传手机摄像头时都标榜自己的高像素,但实际上,这些高像素都是由多合一制造的。如IMX 586的4800万像素,其CMOS像素便是四合一的,每个像素可以单独记录光线信息。通俗来说,即每一张照片都是由4张不同曝光程度的1200万像素照片进行HDR合成,这可以节约HDR的拍摄时间,同时能防止多帧拍摄之间由于手抖而出现的画面改变导致计算出现问题。

三星的1亿像素CMOS原理显然也是多合一的,这对于HDR的计算帮助无疑非常巨大。而到了高通的2亿像素CMOS,可以预见的是,依然会采用多合一的方式来进行照片的输出。当然,这里需要说明的是,多合一是目前比较理智的发展方向,从技术上来看肯定是进步的。

目前,像素多合一的方式,如IMX 586是在芯片中内置了硬件remosaic算法(可以认为是一种插值算法)直出4800万像素照片,但本质上还是1200万像素,通过插值使得分辨率比1200万像素略高一点。但相比单反的4800万像素图片,差距还是肉眼可见的。

问题是,四合一的4800万像素的真实分辨率只是略高于1200万像素,而四合一的6400万像素照片理论上也只略高于1600万像素。从目前三星的1亿像素CMOS来看,其1亿像素的照片样张宽容度表现一般,暗部位置的处理还没有2700万像素四合一模式来的好。如果升级到2亿像素的CMOS,这些劣势可能将更为明显。

这是由于高像素照片所带来的信息量都很大,手机处理起来也比较费劲。所以为了降低手机的处理压力,手机在高像素模式时也会减少算法的使用,处理效果自然没有低像素模式那么明显。

到了这里,结论就很明显了,高通为何计划推出这颗2亿像素的CMOS?就是希望通过大像素来加重处理器的运算负担,然后进一步推动处理器性能的进步和发展。恰好这个时候,高通的骁龙865已经上市,那你们猜高通是想做什么呢?

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