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索尼新发布的双层结构堆栈式CMOS传感器对于手机的意义是什么

【天极网手机频道】据索尼官方网站消息,索尼于12月16日正式发布了全新的双层晶体管像素结构的堆栈式CMOS传感器(Stacked CMOS Image Sensor Technology with 2-Layer Transistor Pixel),官方宣称这款CMOS将会为智能手机提供更好的成像质量,但相信很多读者看到这个超长名字的时候,都是和笔者一样「大受震撼」。

 

这个新的CMOS与此前一般的堆栈式CMOS到底有何不同?它又是如何实现更好的成像质量的?在探究这些之前我们还得首先了解一些背景信息。

相机的成像质量与CMOS的体积成正相关的关系,CMOS越大,同等像素密度下单个像素的面积也就越大,同等时间内这个像素点接受到进光量也就越大。更大的进光量意味着相机可以使用更低的iSO以及曝光时间来获取同样的画面亮度,这对于暗光场景下提升画面纯净度以及照片成片率有重要意义。

    不过在此前的CMOS中,每个像素的面积也并非完全用于感光。据索尼官方的资料传统堆栈式CMOS像素点光电二极管(Photodiode)以及像素晶体管(Pixel transistor)组成。二者各司其职,光电二极管负责将光信号转换成电信号,而像素晶体管则负责控制信号,因此如果要提升像素点的进光量,可以通过进一步扩大光电二极管的面积来实现。索尼这块全新的双层晶体管像素结构的堆栈式CMOS传感器就是利用新的工艺,将像素晶体管移至光电二极管下方,后者可以获得更大的感光面积。而前者也由于具备更大的空间,信号放大时的杂讯也可以随之降低,这样拍摄出来的照片噪点也可以进一步降低。

    这项技术理论上对于所用使用CMOS的设备都会有帮助,但获益最大的肯定是智能手机。受制于体积,手机的拍摄能力很大程度都要仰赖计算摄影来提升,尤其在高反差以及低照度场景,计算摄影算法可以帮助手机赶上专业相机的动态范围以及画面亮度,但倘若放大观察的话会发现,手机拍摄出来的照片在细节处常常有比较严重的锐化痕迹,为了画面纯净度,通过涂抹的方式降低噪点的做法也并不少见。

    所以,当我们提及更大的CMOS的时候,其意义已经不再是几年前的可以拍摄出更亮的夜景,更多的暗部细节。在计算摄影蓬勃发展的当下,更大的CMOS或者说更大的像素进光量的意义在于降低计算摄影中令人不悦的问题,让照片整体观感更加自然。

另外,手机内部可以放入的CMOS的天花板非常低,一个比较明显的例子是,索尼在自家最新的旗舰手机Xperia Pro-I上使用了目前手机行业尺寸最大的1英寸CMOS,但索尼也只用到其60%的感光面积,如果要保证画质的同时将1英寸的面积覆盖,整个镜头模组的尺寸会随之上涨。从这个例子就可以看出,双层晶体管像素结构的堆栈式CMOS传感器在保持CMOS整体不变的情况下,大幅提升进光量的方案,对于手机来说再适合不过了。

    从理论上讲,这项技术对于专业相机来说也是极好的,但索尼官方连这款CMOS何时量产都还没有公布,相信背后还有不少技术细节尚未解决,全新的生产工艺也需要产线进行配合,我们期待在未来见到这种CMOS出现在各种智能手机之上。