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近年來,我不 不知道是哪家廠商開始了前面像素數(shù)的爭奪戰(zhàn)。索尼和三星等幾家cmos供應商也推出了1600萬像素、2000萬像素和2400萬像素的cmos系列,用于前置攝像頭。最近,三星 s5kgm1和索尼 s imx586將像素之爭推向了一個新的高度。那么這個越來越高的像素數(shù)是怎么來的呢?有什么好處嗎?
普通cmos像素是什么意思?首先,我們知道一般顯示設備上的一個像素(讓 我們不談pentile的安排...)通常由紅綠藍三原色組成,如下圖所示,我們稱之為四像素,每個像素通過紅綠藍三原色的組合可以獨立顯示各種顏色。
顯示設備的像素計算模式
但是我們的cmos傳感器就沒那么幸運了。一開始每個像素只能感知光線的強度,不知道光線是什么顏色,這是黑白傳感器。這時,一個1200萬像素的4:3傳感器有4000個水平像素,所以最終4000x3000照片中的每個像素可以直接對應傳感器上的每個像素。
黑白傳感器
隨著技術的發(fā)展,彩色傳感器的實現(xiàn)有很多種,而平衡成本和效果的一種就是在黑白傳感器的每個像素上加入不同的濾鏡,所以被稱為bayer array,如下圖所示。
這時我們可以看到,每個像素只能感知一種顏色光的強度。假設一個1200萬像素的傳感器只能感應300萬像素的紅光和藍光,600萬像素的綠光。
顏色傳感器
按照習慣,我們還是希望一個叫做1200萬像素的傳感器最終能拍出1200萬像素的照片,但是現(xiàn)在每個像素只有一種顏色。我們做什么呢事實上,我們可以通過周圍其他顏色的像素來猜測當前像素缺少的兩種顏色的光有多強。這一步叫做demosaic (demosaic?完成后,每個像素將有一套完整的r\g\b g \ b三原色。
因為拜耳陣列cmos已經(jīng)足夠普及,現(xiàn)在isp硬件一般只需要支持拜耳陣列去馬賽克就可以了,而且每個isp都有自己不同的去馬賽克算法來滿足越來越高的效果要求,所以我贏了 不要在這里展開。
isp去馬賽克處理
從上面的介紹我們可以知道,1200萬像素的顏色傳感器每個像素只有一個顏色感應能力,之所以我們可以用r\g\b信息拍攝1200萬像素。像素照片是通過后期算法猜測每個像素缺失的另外兩種顏色得到的。
四合一是多少?像素超高是真的嗎?早些年,對于很多人來說,就是希望拍出來的像素足夠高。但對于手機等元器件有限的器件,不可能無止境地增加cmos面積。所以在過去的幾年里,為了增加像素數(shù)量,每個像素的面積不斷縮小,達到800萬、1300萬、1600萬甚至2070萬像素。近年來,弱光攝影的表現(xiàn)成為用戶非常重視的一個點,于是像素數(shù)大戰(zhàn)稍有休整,單像素面積成為大家關注的焦點 的關注。
相信你也發(fā)現(xiàn)了一個矛盾:同樣面積的傳感器在高像素的弱光下表現(xiàn)不佳,而像素面積大的傳感器在大白天分辨率不足。
這時出現(xiàn)了一個quad bayer陣列傳感器。從終端市場來說,前置攝像頭最早用的就是這個傳感器,1300萬像素的口號直接推高到1600萬,2000萬,2400萬。那么這是什么樣的安排呢?
可以簡單的理解為每種顏色的原始像素被分成了四個部分。比如上面文章中的1200萬像素傳感器變成了下面的4800萬像素,那么傳感器面積沒有增加或者只是略有增加,像素數(shù)量直接增加到了4倍。
四倍拜耳
在弱光環(huán)境下,一般廠商會選擇使用cmos內(nèi)部合成,將四個像素合成為一個輸出。此時相當于一個正常的拜耳陣列cmos,目前的isp硬件也可以無障礙處理(此時對于isp來說,這和一個1200萬的普通cmos沒什么區(qū)別,所以什么四合一增強分辨率都是扯淡...).
cmos四合一
quad bayer的優(yōu)勢在于,如果光線足夠好(這里,足夠好一般指室外陽光充足),廠商可以選擇讓cmos輸出全像素quad bayer圖像,那么他們就會遇到一個關鍵問題。isp硬件一般只支持拜耳陣列,他們不 我不知道quad bayer的布局。如果isp強行去馬賽克,必然會導致顏色混淆和錯誤。
所以目前要想讓quad bayer圖像能夠被普通isp處理,就需要對cmos輸出的quad bayer圖像進行一定程度的處理,然后變成普通的bayer排列的圖像進行isp處理,這樣才能得到分辨率更高的照片,把quad bayer變成bayer陣列的步驟就叫做remosaic。
雷莫賽
最開始的時候,重馬賽克這一步一般都是軟件處理,處理每一幀圖像需要200ms~600ms,這也是為什么有些手機會拍出主動的照片。在戶外拍照,頭會卡住。隨著技術的發(fā)展,一些cmos開始在硬件上支持實時重鑲嵌。雖然cmos在物理上仍然是以quad bayer排列的,但在輸出時已經(jīng)重新排列成正常的bayer圖像,相當于一個普通的4800萬像素cmos用于isp硬件,不需要額外的處理。
不過不管怎么實現(xiàn),這種傳感器無疑可以被稱為1600萬、2000萬、2400萬、4800萬像素,但最終還是會根據(jù)廠商在某些場景下使用這種cmos輸出 s設置,而且大部分時間還是在用四合一輸出模式(這里會有一些其他基于quad bayer的特殊功能,而不是擴展一些cmos)。
所以可以說,支持硬件去馬賽克或者quad bayer輸出和軟件去馬賽克的高像素quad bayer cmos不是虛張聲勢,確實可以獲得更高的分辨率。
最后,我留給你一個問題。如果一個2000萬像素的quad bayer cmos只支持四合一輸出,你愿意稱之為_ _ _ _千萬像素嗎?
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