Phone狂解析No.02 像素高拍照越清晰?（2）

  【天极网手机频道】在上一期，我们通过分析知道，像素并不能决定拍照的清晰度，那么决定拍照清晰度的是什么呢？有很多因素都可影响，但最重要的莫过于传感器。从上一期对摄像头构造的简介可知，传感器是将外部光线信号转换为内部电子信号的唯一介质，转换的质量直接影响成像效果。众所周知，一部手机的拍照效果无论多么优秀都比不上一台单反，因为传感器不同——传感器尺寸和传感器材质。

  摄像头——传感器

  所谓传感器尺寸就是指传感器面积大小。传感器尺寸越大，感光能力越强，成像质量越高。大尺寸传感器可以向两个方向发展，一个方向是保证单个像素感光面积不变，拓展总像素量;另一个方向是总像素量不变，提升单个像素感光面积。单个像素的感光面积越大，接收到的光线信号就越强，信噪比越高，噪点少，亮度高，提升整体画质。由此，可以解释上一期开头举得例子，HTC One主摄像头虽然总像素只有400w，但是传感器面积足够大，使得单个像素的感光面积远远大于市面上一般手机摄像头像素面积，从而保证画质。

单反、数码相机、手机传感器尺寸对比

  大尺寸传感器能提升画质，这当然是它的优势，但代价是摄像头体积随之变大，所以大尺寸传感器通常都是用在单反上，数码相机次之，而手机由于内部空间的限制，只能采用小尺寸传感器。一台全画幅的佳能5D Mark III传感器大小为36x24mm(对角线长度约为43.3mm)，APS画幅的α77传感器23.5x15.6mm(对角线长度约为28.2mm)，一台尼康S9200数码相机传感器尺寸(对角线)为1/2.3英寸(约为11mm)。

单反传感器

  而手机传感器由于太小“羞于见人”，一般厂商都没有明确标示出来，只有极少数大尺寸传感器摄像头机型才会被厂商标示出来，并作为卖点宣传。诺基亚Lumia 1020摄像头传感器(对角线)尺寸为1/1.5英寸(约为17mm)，诺基亚808传感器1/1.2英寸，它们都超过了很多数码相机传感器（机身也比一般手机厚），索尼Xperia Z1摄像头传感器尺寸为1/2.3，达到了普通数码相机的大小，OPPO Find 5为1/3.06英寸，三星Galaxy Note 2为1/3.2英寸，而其他没有标示出来的一般都很小。这就是本期开头“一部手机的拍照效果无论多么优秀都比不上一台单反”的原因。

两款手机摄像头及对应的传感器

  从材质上来说，传感器主要有两种。一种是CCD，这种材质的传感器成像质量好，但是功耗高，造价高，所以一般用在单反和一些好点的卡片数码相机上。另一种是CMOS，具有省电，制造成本低等优点，所以多用在卡数码相机、手机摄像头上。由于数码相机、手机这类低端拍照设备(相对于单反来说的)的大面积普及，市场对CMOS的需求量大，促进CMOS技术持续改良，至今，CMOS传感器成像效果已经有了很大的进步，一些单反相机也使用了CMOS传感器。

  说到CMOS传感器技术革新就不得不提背照式CMOS传感器和堆栈式(也叫积层型)CMOS传感器，相信大家都听说过背照式CMOS传感器和堆栈式CMOS传感器，也就是现在好点的智能手机摄像头常用的传感器类型，它们都是在传统CMOS传感器的基础上先后发展起来的。

三款不同型号的Exmor RS传感器摄像头

  背照式CMOS传感器常被写为Exmor R，堆栈式CMOS常被写为Exmor RS，从写法上来看，Exmor RS比Exmor R多了一个S，看起来是一种技术改进关系，但其实背照式和堆栈式是先后推出两种独立的技术，这两种技术可以分别单独使用，也可以同时使用在一个传感器上，所以Exmor RS其实是集合了背照式和堆栈式两种技术。这两种技术各有自己的优势，又不会相互影响，所以当堆栈式技术推出后，就直接被使用到已有的背照式传感器上，以至于很多人以为堆栈式传感器是背照式传感器的改进版。

  背照式CMOS传感器和堆栈式CMOS传感器各有什么特点(优势)呢？我们先来看一看背照式CMOS传感器和传统CMOS传感器的构造有什么不同。传统CMOS传感器的整个光电二极管位于感光芯片的最下层，传感器的A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层位置，所以光电二极管到透镜的距离是相对要远一些，导致光线到达光电二极管时强度会减弱，另外，位于传感器上层的A/D转换器和放大电路阻挡了一部分光线，从而造成最终到达光电二极管的光线损失。

传统CMOS传感器与背照式CMOS传感器构造对比

传统CMOS传感器与背照式CMOS传感器构造对比特写

  而背照式CMOS传感器从叫法上就有所体现了，它是把A/D转换器和放大电路与光电二极管的位置互换，也就是把A/D转换器和放大电路放置在传感器的底层，光电二极管放在上层，光线可以直接照射到光电二极管，而不受A/D转换器和放大电路对光线的阻挡的影响，从而能够接受到更多的光线照射。带来的好处是，在室内、阴天等光线不足的环境下，背照式CMOS传感器摄像头由于能采集到更多的光线，从而比传统CMOS传感器摄像头拍出的照片噪点少、亮度高，整体更清晰。

背照式传感器像素结构与堆栈式传感器像素结构对比

  从以上结构示意图中我们可以看到，堆栈式传感器是将原来传感器里的信号处理电路放到了基板上，将原本平行放置的有效感光部分(图中的黄色画素部分)与信号处理电路改为堆叠式放置。这样就可以实现在保证有效感光面积不变的前提下，单个像素的面积变小，带来整个传感器面积变小，使摄像头的体积变得更小，让超薄手机制造起来更容易。同样，基于这个原理，还有另外一种思路：在维持摄像头体积不变、传感器面积不变的前提下，可以提高总像素的数量，或者提高单个像素的感光面积。另外，堆栈式传感器里的像素点和电路是分开独立的，所以像素点部分可以进行更高的画质优化，电路部分亦可进行高性能优化。

  除此之外，堆栈式CMOS传感器相比起传统CMOS传感器的还拥有两项技术来提升画质的。第一个就是堆栈式传感器采用了RGBW的编码技术，就是是由原来的R(红)，G(绿)，B(蓝)三原色像素点中再加入W(白)像素点来提升画质，提高传感器的感光能力的，使摄像头在暗光环境下也能够拍摄出质量更高的照片，一些定位为“夜拍手机”的机型很大一部分原因就是基于此。

传统CMOS传感器摄像头样张与堆栈式CMOS摄像头样张对比

  第二项就是堆栈式传感器支持硬件HDR功能，硬件HDR英文名称叫做“In-camera HDR”，它实现的原理是能够精确地单独控制每一行像素的曝光时间，从而在传感器层面上就实现原生的高动态范围渲染，有别于之前的软件HDR技术需要软件，照相机综合算法来合成，所以照片生成的速度更快，而且可以实现HDR录像。

  从以上分析可知，传感器(包括尺寸和材质)可以直接影响摄像头成像效果，但除此之外，还有别的因素也能影响拍照效果。欲知详情，请看小编下期解析。