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不是像素越大成像越好 手机摄像头原理解析

【中关村在线】苹果iPhone12评测:在21世纪初,夏普和当时的日本通讯运营商J-PHONE共同研发了夏普J-SH04。它也被称为全球第一款拥有拍照功能的手机——夏普J-SH04。随后,夏普于2003年4月24日发布了全球首款百万级像素手机J-SH53,一时间风靡全球。

随着技术的突破和创新,新型摄像头不断涌出。从百万像素的镜头到现在的千万镜头仅仅花费了十多年的时间,并且拍摄质量继续进入新的领域。最有代表性的公司,例如华为,三星,苹果等,在镜头和处理芯片方面取得了飞速发展,新的设计概念继续应用于实践。例如,一年前还仅存在于PPT上的三摄、四摄像头设计,现如今被很多手机厂商用于最新的手机中。

手机相机组成结构

手机摄像头主要由以下部分组成:PCB板,DSP(用于CCD),传感器(SENSOR),支架(HOLDER),镜头(LENS ASS'Y)。其中,镜头(LENS ASS'Y),DSP(用于C,CD)和传感器(SENSOR)是三个最重要的部分。

PCB板

PCB板分为三种类型:硬板,软板和软硬板(如下图所示)。 CMOS可以使用任何类型的板,但是对于CCD,只能使用软板和硬板。在这三种类型的板中,软硬板的价格最高,而硬板的价格最低。

镜片

镜头是影响图像质量的第二个要素(第一是COMS)。它的组成是一个透镜结构,由几个透镜组成。通常,它可以分为塑料透镜或玻璃透镜。当然,所谓的塑料镜片不是纯塑料,而是树脂镜片。当然,塑料镜片的透光率和感光性等光学指标不如镀膜透镜。

图像传感器

在相机的主要组件中,最重要的是图像传感器,因为感光设备对图像质量的重要性是不言而喻的。

传感器将从镜头传输的光转换为电信号,然后通过内部DA将其转换为数字信号。由于传感器的每个像素只能接收R光或B光或G光,因此此时每个像素都存储为单色,我们将其称为RAW DATA数据。为了将每个像素的RAW DATA数据恢复为三原色,需要信号处理器ISP对其进行处理。

与胶片相似,图像传感器是起感光记录作用的组件,拥有CMOS和CCD两种。 CCD也称为电荷转移装置,排成一排的光电二极管称为一维线性传感器,而排成一排的光电二极管称为二维区域图像传感器。

两种感光元件之间的区别:

CCD图像质量好,但制造起来比较复杂,耗能也很大。尽管CMOS图像质量差,但是其驱动电压低并且制造简单。

一些制造商在宣传中会提到“背光”和“ BSI”的概念。实际上,BSI是背照式CMOS的缩写。背照式CMOS是CMOS的一种类型,它提高了传统CMOS感光元件的性能。在感光度方面,在夜间和高感光度下拍摄时,成像效果相对较好。

手机摄像头的成像原理

物体的光进入系统,穿过镜头,然后到达图像传感器。光子撞击传感器以产生可移动电荷,这是内部光电效应,收集可移动电荷以形成电信号。由于处理器无法识别电荷信号,因此需要转换数字信号。对于图像传感器为COMS的系统,无需添加模数转换器,对于使用CCD作为图像传感器的系统,则需要A/D转换器。通过放大电路进入微处理器后,数字信号由DSP数字信号处理芯片进行存储和处理,然后传输到屏幕以形成类似于物体的图像。

影响手机摄像头性能的一些关键因素

像素点

一般来说,“ XXX万像素”实际上是指相机的分辨率。其值主要由相机传感器中的像素数(即最小的感光单位)决定。例如,500万像素意味着有500个万像素,而手机屏幕中的像素数决定了屏幕是720p还是1080p分辨率,是一样的道理。

像素决定照片的质量吗?

通常认为,相机像素越高,实际上所拍摄的照片越清晰。相机像素唯一可以确定的就是所拍摄图片的分辨率。图片的分辨率越高,图片的尺寸越大,但这并不意味着图片更清晰。

但是当前的主流手机屏幕是1080p(1920×1080像素),无论是来自1300万像素相机的4208×3120像素照片还是来自800万像素相机的3200×2400像素照片。 1080p屏幕的解释范围最终将以1920×1080像素显示,因此肉眼所见的清晰度没有差异。

高像素的优点是什么?

高像素相机拍摄的照片尺寸较大。如果要打印照片,则使用300像素/英寸的常规打印标准来计算,1300万像素相机拍摄的4208×3120像素样本,它可以打印17英寸的照片,而3200×2400像素样本打印超过13英寸的照片时,800万像素相机的像素会模糊。显然,1300万像素相机样张的可打印尺寸更大。

传感器

由于像素不是决定图像质量的关键因素,所以它是谁?答案是传感器。

相机传感器主要有两种类型:CCD和CMOS。尽管CCD传感器具有良好的图像质量,但它们相对昂贵并且不适用于手机。 CMOS传感器具有较低的功耗,价格和出色的图像质量,因此在移动设备领域中使用最为广泛。

CMOS传感器分为两种,即背照式和堆叠式,它们是相同的。这项技术最早是由Sony开发的。索尼的背照式传感器品牌为“ Exmor R”,而堆叠式传感器为“ Exmor RS”。

相反,传感器尺寸越大,光敏性越好,捕获的光子(图形信号)越多,信噪比越低,成像效果越好。但是,较大的传感器会增加手机的尺寸、重量和成本。

背照式传感器的出现有效地解决了这个问题。在相同尺寸下,它可以将传感器的灵敏度提高100%,并有效提高低光照环境下的成像质量。

2012年8月,索尼发布了新的堆叠式传感器(Exmor RS CMOS)。应当注意,这不是与背照式传感器的进化关系,而是平行关系。堆叠式传感器的主要优点是像素数保持不变。在变化的环境下,传感器的尺寸会变小。还可以理解,当背照式传感器的像素数相同时,堆叠式传感器的尺寸将更小,从而节省空间并使手机更薄,更轻。

镜片

镜头是一种将传感器上的拍摄场景成像的设备,相当于相机的“眼睛”。它通常由几个镜头组成。当光信号通过时,透镜将逐层过滤杂散光(红外光等)。因此,镜头数量越多,成像效果就越真实。

光圈

光圈由镜头中的几个极薄的金属片组成,通过改变光圈孔的大小,可以控制进入镜头进入传感器的光量。孔径值通常用f / 2.2和f / 2.4表示。数字越小,光圈越大,两者成反比。

其工作原理是,光圈越大,通过镜头到达传感器的光越多,成像的图像越亮,否则图像越暗。因此,在夜间拍摄或弱光环境下,大光圈的成像优势更加明显。

除了控制光量之外,光圈还具有控制景深的功能。在生活中,我们经常看到带有强烈背景模糊效果的照片,这不仅突出了镜头的焦点,而且还具有非常美丽的艺术感,即所谓的景深。光圈越大,景深越小,背景模糊效果越明显。

写到最后

看到这里,似乎你有些看蒙了,我来做一个总结。对于镜头来说,尽量选择镜片数更多的手机,选如今的旗舰手机多以8P镜片为主,未来可能会出9P或者10P等;选择拍照素质好的手机,不能单一的看像素,COMS尺寸是一个重要指标,尺寸越大,成像越优质;作为消费者,我们似乎只能对这两个指标进行选择和考量。

手机摄像头原理解析讲解就到这里,欢迎在文章下方评论,关于摄像头的所有问题,我都会一一为大家解答。

        以上是关于苹果iPhone12产品评测的报道,有关苹果iPhone12的外观、屏幕、拍照、续航、性能等后续内容,请持续关注中关村在线关于苹果iPhone12评测的报道。

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