手机影像要变天?

分类:玩机 作者:陈小豆

1707 0 2020-9-11 17:07

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今年的手机影像领域可以说发生了突变,从年初的OPPO Find X2 Pro到上月的小米10至尊纪念版,华米OV这几个头部品牌的顶级旗舰产品,都用上了定制或独占的图像传感器,本周一,vivo又透露了一项其已秘密研发1年的RGBW排列传感器技术。

像手机这种对上游供应链元器件集成度依赖极高的产品,出现这样的情况是相当惊人的,手机厂商开始纷纷深入参与到上游CMOS的定制研发当中,被改写的不只影像规则,还有整个手机相机上下游的市场格局。



定制传感器已不新鲜

手机厂商定制图像传感器并不罕见,iPhone和三星都一直保持着找索尼单独定制的传统,而逐渐强大的国产手机厂商在较早以前也这么干过。

第一个以定制传感器作为宣传卖点的国产厂商就是OPPO,2016年的OPPO R9s搭载了一颗OPPO联合索尼定制的IMX398传感器,独特之处就在于加入了双核对焦功能,提升对焦速度,进光量也增大。

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国产厂商定制传感器最成功的还是2018年华为P20 Pro上的那颗IMX600,正是凭借这枚神级传感器,华为一举超越苹果、三星,奠定了拍照领域的领跑地位,同时也创造了销量佳话。

华为的成功,就像丢入沙丁鱼群的鲶鱼,惊醒了众多竞争对手。雷军随即在小米内部宣布成立单独的相机部门,并在去年公布了与三星联合定制的1亿像素传感器HMX。vivo X50系列也同时带来了两颗定制传感器:通过搭载定制滤光片的IMX598和三星GN1。最新的iQOO 5系列正因为这颗传感器的搭载,整体竞争实力得到极大增强。

其实,大家都不难看到,一颗定制充分又具有独占优势的图像传感器,对于提升产品竞争力的明显作用,更不要说在营销宣传、品牌形象塑造上带来的诸多好处。

所以,vivo选择在这个时候公布自己秘密研发的RGBW传感器技术也就不意外了,当各家都已用上大底独占传感器时,所谓影像第一梯队中的头部品牌越来越多时,如何抢占C位抢夺用户注意力才是未来竞争的重点。



从RYYB到RGBW

事实上,RGBW排列并不是首次出现,在2015年的华为P8上搭载的索尼IMX278传感器就已经采用,当时也是这款手机的一大卖点。华为宣称RGBW排列能够提升照片32%的亮度(高对比度),低光环境下降低78%的彩色噪点。这也正好佐证了vivo这边所宣称的综合感光能力提升至160%。

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传统RGGB排列


vivo的这个提升数据是与当前RGGB排列相比得来。这里的排列指的就是CMOS前面的一层滤光层上布满的一个个小点,即用来感知不同颜色的像素点,这些像素点排列的最常见形式就是耳熟能详的拜耳阵列(Bayer array),科学家Bryce Bayer研发出的一红一蓝两绿,也就是RGGB的像素排列方式,来模拟人眼对于自然界的颜色感知。

基本的过程就是光在射入每个像素点时,被滤光片过滤掉一部分,对应的就是该部分颜色的强度。而RGBW排列便是将RGGB其中的一个绿色像素点上的"绿色滤镜"拿掉,变为了接收整个"白光"White的信息,进光量自然会比经过绿色像素削减的更大,理论上低光拍摄能力也就更好了。

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绿色变为白色后获得更多进光量


虽然在接受的光强度方面,RGBW比RGGB高出一些,但就颜色信息方面来讲,RGBW相比RGGB又损失了一部分。对于彩色图像来说,原始信号的减少就意味着色彩饱和度的下降和色彩层次的丢失,亮度的提升以色彩的下降为代价,这是一把双刃剑。

实际上,像素点排列的可选项远不止RGGB、RGBW这几种,RGBC、CYYM、CYGM、RYYB……基本上我们能想到的各种排列组合都被实践过,也都存在这样或那样的缺陷,最后大都又回归了RGGB。

唯一坚持下来的大概就是华为了,在IMX600取得巨大成功后,华为开始了新的尝试,也就是从P30开始的RYYB排列,这一方案曾多次做过介绍,利用黄色滤镜代替绿色滤镜,黄色=红色+绿色,意味着原本只能响应绿色的像素现在能同时响应绿色和红色,算是一个提升亮度灵敏度,又不牺牲太多颜色信息的折衷方案。

华为也凭借这一"独步天下"的技术,练就了业界第一的夜拍实力,但它也不是没有代价,首当其冲的就是一直被诟病的偏色问题。

CMOS本身是色盲,颜色都是靠色彩滤镜配合猜色算法得来的,RYYB的突出问题在于猜色算法和自动白平衡算法不容易做好。华为何刚也曾表示,"RYYB难就难在颜色调节,华为为了解决这一问题,花费了三年时间。"

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当然,无论是RYYB、RGBW还是RGGB都需要通过猜色、去马赛克、颜色校正、去伪色等等一系列算法才能得到最终我们看到的图片。我们最终看到的照片都是算法加工出来的,RGGB如果算法不当也会出现偏色,只不过应用最广泛,在算法成熟度上明显更高。

所以,RGGB、RYYB、RGBW最终呈现的不同效果,本质上就体现在一系列算法上,比如华为P40就使用了8通道色温传感器+AI AWB色彩算法来保证摄像头之间白平衡/色彩的一致。

vivo也表示正在研发的RGBW排列的全新感光元件没有RYYB容易偏色的问题,考虑到其在滤光片材料上已经实现的突破,再加上在色彩、夜景HDR、人像、像素四合一等原有的不俗算法实力,这款将在明年下半年正式推出的传感器有望和RYYB、RGGB并列成为又一新的传感器技术方向。

P40系列的发布,华为带来了全新升级的IMX700,依然是RYYB排列,甚至把长焦也换成了RYYB,猜测即将到来的Mate40系列可能还会有进一步升级。而vivo虽然表示了下半年才会推出,不过明年的APEX 2021还是可以期待一下。



技术"天花板"还远远未到

既然RGGB算法成熟,RYYB、RGBW又长期处于技术无人区,要实现突破会非常艰难,但vivo方面却表现出了将RGBW作为未来的研发方向"一条路走到黑"的意思。为什么要这么做?

其实vivo研发RGBW的做法并不奇怪。RGBW的最大好处就是增加进光量,虽然大底和更大光圈也可以解决这个问题,但手机的体积是有极限的,CMOS尺寸和摄像头模组不可能无限增长。

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除此之外,更关键的一点还是,大底大光圈难以成为真正的护城河。如大家所见,手机图像传感器的尺寸在最近两三年间快速增长,如前面所说,目前头部品牌旗舰都各自用上了尺寸相当的定制大底。

华为之所以果断抛弃RGGB,转而埋头研发RYYB,也是因为深知大底所带来的技术优势很快就会被对手追赶上。事实也的确如华为所料,手机相机的底已逐渐进入瓶颈期,或许不久之后大家都用上1英寸的底,然后又怎么办呢?

答案很简单了,既然硬件上没办法建立绝对优势,那就只能另辟赛道了,就像华为选择RYYB一样,vivo选择了RGBW。只有构筑对手无法复制的技术壁垒,自身的影像实力才会被真正认可,这也远比一个排行榜上的第一来得有价值得多。

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OPPO新一代混合光学变焦技术对比


事实上,头部国产厂商也都意识到了这一点,力求构筑自己的技术壁垒。前不久小米同样召开过一场影像技术沟通会,并表示接下来会继续探索手机影像系统的无人区。上月OPPO宣布推出新一代混合光学变焦技术,进一步升级阶梯式潜望变焦结构,配合大尺寸传感器和多焦段图像融合算法等,提升中长焦段表现和拍摄体验,也是为后续技术商用准备。

当然,这些新技术的探索是否能成功,还有待时间的考证,不过这些行动也告诉我们,行业内技术壁垒的竞赛才刚刚开始,手机影像远未到达"天花板"。


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