問世間 CMOS,μm 為何物!

2020-12-08 愛搞機

我們經常可以在一些手機廠商發布會的 PPT 上看到某某手機使用了某某型號的傳感器，單位像素寬度為多少多少 μm（微米），那麼這個 μm 到底是個什麼東西，代表著什麼，又有什麼作用呢？


 

在各家手機廠商的 PPT 上，如果發布的手機攝像頭的單位像素麵積比較大，那麼就肯定會被拖出來大說特說，無論蘋果、谷歌還是國內各大手機廠商的旗艦產品，幾乎都會跟你們吹一吹他們手機上感光元件的單位像素麵積有多大。為什麼廠商這麼著力宣傳這個單位像素麵積？我們可以簡單的理解為：在鏡頭像素大小相同的情況下，單位像素麵積越大，就意味著鏡頭的感光元件的面積越大，而越大的感光面積點與點之間的電磁幹擾會減小，對於成像的質量也會得到相應的提升。總結就是攝影圈中經典的一句話：底大一級壓死人。同樣的在感光面積大小相同的情況下，像素越小，單位像素麵積才越大。

 

說到這裡，是不是有點讓人想起了隔壁岸上的 The New HTC One（M8）呢？M8 的 Ultrapixel 理念同樣是以一個很大的感光面積配合超小像素來提高單位像素麵積，最終讓這顆攝像頭達到了每個單位像素麵積為 2μm 的驚人水平，當然因此犧牲掉的就是樣張的像素，拍攝出來的樣張最大像素只有 430 萬像素，這對於 2013 年潮流智慧型手機而言是一個相當大膽的挑戰。其實這個理念是相當好，小編當時也非常看好這個技術。但由於最後 HTC 因為鏡頭鍍膜和優化無力等因素，導致了拍攝的樣張容易有紫光、鏡頭眩光和整體偏紅的問題。加上在那個時候安卓手機集體跳升到 1300 萬像素甚至更高像素之後，更多人喜歡放大數毛做對比，所以 430 萬像素是遠遠滿足不了市場的需求，HTC 的 Ultrapixel 最終還是被市場淘汰。

 

那麼這個 μm 是怎麼計算出來的呢？影響這個數值的就正是感光元件的邊長和樣張的最大像素，兩者數值相除就可以大概得出 μm 的值。例如我們知道一顆感光元件的尺寸，這個尺寸其實就是傳感器面積的對角線，還有知道這塊感光元件的邊長比例。根據勾股定理我們知道： 對角線的長度的平方 = 長的平方 + 寬的平方，然後我們可以再依據比例求出長和寬的值。我們再使用感光元件長度的數值除以像素的長就可以得到這個單位像素麵積的數值了。

 

另外還有一個更簡單的辦法，多點查查相關傳感器的資料數據，一般而言都可以找到。


那麼是不是就意味著傳感器的單位像素麵積小了，拍攝出來的效果就一定會很差呢？不不不，我們還是以樣張說話。


知道你們喜歡對比，這次就挑選了好不容易終於從 800 萬像素升級到 1200 萬像素的 iPhone 6S 和 iPhone 6 做對比，由於 iPhone 6S 的傳感器面積並沒有增加而只是增大了鏡頭像素，根據上面的解釋我們可以得知 iPhone 6S 的單位像素麵積肯定會比 iPhone 6 上面的單位像素麵積要小。而事實上官方文件也是這樣寫明的，iPhone 6 的單位像素麵積是 1.5 μm，而新的 iPhone 6S 單位像素麵積則是 1.22 μm。


左為 iPhone 6，右為 iPhone 6S。是的，800 萬像素就是這麼小，點擊放大鏡可原圖觀看。


（此圖為上圖的 100% 截圖）

通過白天樣張的對比我們可以看到高像素對於解析力來說確實有更好的提升，畫質和動態範圍的表現上 iPhone 6S 也並沒有明顯的輸給 iPhone 6。


（同樣左為 iPhone 6，右為 iPhone 6S。）

那麼在暗環境下的成像有會有多少影響呢？小編這次在一個環境光絕對可控的條件下拍攝夜間靜物，咋看之下兩者的成像幾乎沒有太大的區別。

 

 

然而一切真相都在 100% 放大之後得以呈現，兩者對比，iPhone 6S 雖然單位像素麵積比 iPhone 6 要小，但是對於噪點的壓制卻是 iPhone 6S 的表現更好一些。不過物體的質感和色彩表現，確實是 iPhone 6 要稍微好一點。

 

但這樣看來，就算單位像素麵積減小了，通過適當優化調校，還是能夠得到不錯的表現。不過當然了，能夠有更大的單位像素麵積，相信也會更容易得到一個更優秀的樣張表現，不過更大的單位像素麵積就意味著更大更厚的感光元件，在如今這個追求輕薄便攜的智慧型手機大潮裡，為了更好的成像而犧牲了手機厚度也是很冒險的做法，例如諾基亞的 808 和 Lumia 1020 之類的，雖然在成像方面的得到很好的口碑，可依舊是叫好不叫座，沒有被市場所認可。對於手機攝影愛好者而言，當然最希望的就是能夠保證足夠大的鏡頭解析度，但同時單位像素麵積也有保證、機身厚度也不至於太離譜的手機出現吧。


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