前段时间笔者为大家带来了一个手机拍照技术的解析类文章,在文章的末尾抛出了一个问题——手机拍照质量到底与什么有关?相信很多手机玩家们非常关心这个问题,今天,笔者就从各个方面,详细为大家解密手机拍照成像质量技术。
先来了解手机相机组件的结构
在解析手机拍照成像质量之前,我们需要先了解手机相机的结构。相机拍照组件的构成非常复杂,手机上的拍照组件更是精密,甚至需要用显微镜进行分 析。其包含了很多微小的元器件,构成要素包括传感器、镜头、镜头支架、软硬板等,由于现在手机要求轻薄短小,在加入相机功能之后,在已经非常狭小的空间中 塞入相机模组,不仅考验零组件厂商,更是考验手机厂商,相机的成像质量与每一个拍照组件有关。
在说起手机的拍照功能时,相信大多数人会说出像素是300万或者500万,承认,像素是拍照手机非常重要的指标,但是它不是衡量一款拍照手机好坏的绝对标准。
手机镜头组件非常之精密
摄像头里的传感器是什么?
手机上的传感器与老式相机中的胶卷功能相似,它可以将光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由手机内部的存储器保存。
Exmor CMOS影像传感器
传感器决定了像素的多少,像素的多少又决定能成像的大小,一个像素就是一个CMY三原色色彩点阵,一幅图像是由很多这样的点阵组成的,它和清晰度是有关系,但是对于现在像素越来越高的手机来说,清晰度还要取决于你观看的介质。
你相信这是用手机拍的吗?(机型:诺基亚N8)
例如,200万像素的照片和320万像素的照片打印在3.6寸大小的照片纸上其给人的视觉清晰程度可以说是一模一样的,说的更简单些就是像素越高,拍出的图片就能被放得越大,而且不至于失真。
成像质量取决于用什么传感器
如果像素在一个级别,成像质量就取决于传感器和镜头质量,甚至与RAW(CMOS 得到的原始数据)转换为JPG计算的计算过程有关。
目前,市面上手机使用的主流相机传感器有两种类型,CCD和CMOS,受制于多种因素,目前手机使用的传感器多为CMOS,在后面我会为大家讲解CCD和CMOS优劣势,以及手机选用什么样的传感器更为合适。
传感器尺寸很重要
传感器尺寸决定了成像质量
CCD/CMOS传感器的尺寸很大程度上影响了相片的成像质量,传感器尺寸越大,感光面积越大,成像效果越好。单反相机中的传感器尺寸要比卡片 机大很多,佳能EOS 1Ds系列和尼康FX系列的传感器尺寸为36mm×24mm,达到了35mm胶卷的成像面积,称之为全画幅相机,当然成像质量更好。一般情况下,500万 像素的背照式CMOS要比800万像素传统CMOS的拍照效果好。
手机上的背照式CMOS传感器
手机上的传感器异常纠结
但是,大尺寸的传感器需要更多的空间装配,在手机这样“稀土如金”的设备上,还是不要奢望拥有太大传感器。诺基亚N8采用的传感器尺寸为1/1.83英寸,成为目前传感器尺寸最大的手机之一。
诺基亚N8的拍照镜头
同时,笔者要在这里纠正一点,不是像素点越高越好,相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事,但这也会导致单个像素的感光面积缩小,有曝光不足的可能。除非在维持单个像素面积不减小,增大CCD/CMOS的总面积的前提下,这在手机上是不敢想象的。
镜头组件对成像质量的影响并不明显
拍照镜头组件的质量与传感器的成像质量有很大关系,在数码相机上可以这么说,在手机上就不是这样了。镜头获取光线并且投射到传感器上,看似是最 重要的部分,实际上对于手机不怎么重要,也可以说影响不大,因为再好的镜头对于手机都没有太大的意义,手机镜头尺寸不可能做到多大,这就注定镜头一定是软 肋,不是加一个认证就能解决问题的。
手机厂商不会把详细镜头参数告诉我们
使用小尺寸镜头,焦距和光圈都只能悲剧,这也是为什么一般拍照手机不把这些数据提供给客户的原因,因为实在是拿不出手。手机是不可能装载高质量 镜头的。数码相机随便一个镜头都比手机的大,如果镜头很小也能获得很高的质量成像效果,那数码相机还有必要配备这么大的镜头吗?事实上,手机装配的大都是 最简易的定焦镜头,或者是数码变焦镜头(非光学变焦),手机跟手机之间镜头对拍照质量的影响并没有我们想象的那么大。
通过前面的解析我们已经知道,一款手机能否拍摄出出色的相片,关键在于传感器的质量,这包括传感器的类型与尺寸。我们也已经知道,市面上手机使 用的主流相机传感器有两种类型,CCD和CMOS,受制于多种因素,目前手机使用的传感器多为CMOS,只有极少数的手机采用了CCD材质传感器。那么, 到底CCD和CMOS各有什么特点呢?谁的表现更好,谁又更适合与手机搭配使用呢?下面我们一起来解密。
什么是CCD?
CCD是电荷耦合组件(Charge Coupled Device)的简称,它内部的半导体材料能把光线转变成电荷,转换成数字信号压缩以后保存起来就变成我们存储卡中的照片了,中间的过程非常复杂,在这里我们不再详解。
CCD感光元件
CCD就像传统相机的底片一样的感光系统,是感应光线的电路装置,你可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子,铺满在光学镜头后方,当光线与图像从 镜头透过、投射到CCD表面产生电流,将感应到的内容转换成数码资料储存起来。CCD像素数目越多、单一像素尺寸越大,收集到的图像就会越清晰。
什么是CMOS?
CMOS感光元件
CMOS则是附加金属氧化物半导体组件(Complementary etal-Oxide Semiconductor)的简称,它和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。只是CMOS是利用硅和锗这两种元素所做成半导体,原理与 CCD没有太大的区别。那么,CCD和CMOS各有什么利弊呢?请翻页查看。
CCD和CMOS各自的利与弊
我们可以从技术的角度来比较两者主要存在的区别:
CCD和CMOS的技术原理图
一、速度有所差别
CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的输出信息,速度较慢;而CMOS传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同时处理各单元的图象信息,速度比CCD快很多。
二、耗电量区别对手机影像明显
CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电,耗电量较大;CMOS传感器只需使用一个电源,耗电量非常小,仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势,对于电量本来就不足的手机来说更具优势。
三、成像质量不同
CCD传感器制作技术起步较早,技术相对成熟,采用PN结合二氧化硅隔离层隔离噪声,成像质量相对CMOS传感器有一定优势。由于CMOS传感器集成度高,光电传感元件与电路之间距离很近,相互之间的光、电、磁干扰较为严重,噪声对图象质量影响很大。
四、在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜
到目前为止,市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造 成本居高不下。而CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少,所以很多手机生产厂商采用的都是CMOS镜头。现在,市面上大多数手机都采用的是CMOS 摄像头,极少数也采用了CCD摄像头。
手机选用什么传感器最好?
手机上使用CMOS传感器好还是CCD好?也许这是网友们最关心的问题,如果是数码相机的话,必须首选CCD,因为成像质量好,而如果是手机的话,选择CMOS无疑。
手机必须拥有绝对小的体积,摄像头的体积必须要控制在最小,这方面CMOS要比CCD占优势。对于CMOS来说,具有便于大规模生产,且速度快、成本较低,对于手机来说也是福音。另外,耗电量也是手机选用CMOS传感器重要的因素。
苹果iPhone 4和索尼爱立信MT15i均采用背照式CMOS传感器
所以,我们在选购手机的时候不要一味看中CCD传感器,其实,对于手机这样的产品来说,CMOS是更好的选择,成像方面,CMOS和CCD的差距也越来越小,尤其背照式CMOS传感器的出现更是缩短了两者的差距。