索尼近幾年在傳感器方面突飛猛進,單反、攝像機上的我們暫時不評價,但這幾年來手機拍照從純記錄性質飛躍到能夠有創作空間甚至擠占了大量卡片機市場,就主要是索尼傳感器的功勞。
近期索尼那邊又有了新消息傳出,傳聞中的曲面傳感器可能將會投入商用,不少攝影愛好者高呼黑科技,這個技術究竟會帶來什么樣的進步?且看筆者評析。
說到傳感器,就不免談到成像原理。
鏡頭的成像有點類似于我們小學學過的小孔成像,光線通過鏡頭,投射在感光元件上。傳統的膠片就開始發生化學反應,而現代的電子元件則是將光信號轉化為電信號。
都說單反窮三代,窮三代的窮就來自于頂級鏡頭。頂級鏡頭除開提供更大的光圈和防抖性能以外,很重要一點就是對于相場的校正。鏡頭成像后,匯聚的光線不一定在同一個平面上。這時候會出現的問題是:桶狀畸變、枕狀畸變、邊角失光。
上圖就是畸變的典型照片之一。由于匯聚的光線所投射的每一個點不一定在它應當在的位置上,會稍微有一點點偏移。因此就出現了畸變。我們再仔細看這張圖還會發現,邊角處有明顯變暗的情況,這里是鏡頭和CMOS共同造成的。
感光元件感受到光線需要通過上圖中的「深井」,這樣就要求光線盡量垂直入射。而邊角處光線不免會斜射入感光元件。并且越是靠邊,分到的光線就越少。因此,絕大部分鏡頭都會出現邊緣變暗,畫質劣化的情況。
如何解決這個問題,鏡頭方面大部分廠商給出的答案是修正光路,盡量讓投射后成像在同一平面上,并且增加邊緣光線;而機身方面則是計算好不同焦段不同光圈的鏡頭,利用機內處理,進行校正。手機也是如此,我們看到的照片都是經過手機預處理的照片,但放大了仔細看,邊角畫質還是會比中央畫質要差。
但這樣帶來的問題就是,鏡頭設計成本提高帶來的價格上的增加,以及鏡片數量的增加帶來的進光量的減少。更大的光圈意味著光路更難修正,手機上,同樣焦段,鏡頭光圈越大,邊緣成像往往會降低更多。同樣采用索尼IMX214傳感器的兩款國產手機,光圈為F1.8的那款比光圈為F2.0的那款邊緣畫質下降的就要多一些。
索尼給這個問題一個新的解決辦法。既然相場平坦成本太高,我們干脆把傳感器做成曲面的吧!
從專利申請事件上來看,索尼從2011年就開始研發曲面傳感器了。而在今年,索尼已經拿出了曲面傳感器實物,這說明了這項專利并不是用于防御或者用于儲備的專利,而是,索尼黑科技。
拍攝設備用上曲面傳感器后能大幅降低鏡頭設計難度。現在鏡頭的設計就像打靶,讓你打幾環就得打幾環,位置偏差的越多,畫質就越差。但對于曲面傳感器而言,只需要先設計鏡頭,然后測試出鏡頭后投射的相場的曲率,根據相場確定傳感器的彎曲程度。如果曲面傳感器研發順利,那與之相應的拍攝設備的研發就像先開槍,后畫靶一樣。鏡片的減少可以增加進光量,降低相機/攝像頭厚度。
而可能索尼自己在著手研發時都沒想到的是:彎曲CMOS造成的張力改變了感光區硅元件的能級差,降低暗電流導致的噪信號。暗電流是一個像素沒有受光時固有的電流。
Whats more, the strain induced on a CMOS sensor by bending it alters the band gap of the silicon devices in the sensor region, lowering the noise created by "dark current" - the current that flows through a pixel even when it is receiving no external light.
簡單點說就是曲面傳感器拍出來噪點更少。
根據最新泄露的信息,索尼第一款曲面傳感器的性能也非常好。能夠在ISO640的情況下提供10.8檔動態范圍,作為對比,佳能那塊1800W像素的「祖傳CMOS」的最高寬容度也只有約11.5檔。而索尼這塊傳感器僅僅是2/3"規格的,面積約為APS-C畫幅的1/8,也就是說索尼這塊曲面傳感器用1/8的面積提供了接近單反的畫質!拍照有句話叫做底大一級壓死人,但搭配上曲面傳感器,底大了三級,都還壓不住。
但曲面傳感器也是有缺陷的,目前看來,曲面傳感器只能應用在與之配套的鏡頭上,如果搭配了其他鏡頭,很可能會出現奇怪的畸變。從索尼申請的專利來看,也都是與不可更換鏡頭相機設計。
而這恰恰都是手機需要的:不可更換鏡頭、更大光圈、更好高感。如果手機能引入曲面傳感器,畫質又能有一次新的飛躍,在優化得當的情況下,可能達到目前中高端卡片機的水平,甚至高感會更強。到那個時候,用手機拍攝星空也許就真的是愛好者都能輕松辦到的事情了。而這個時候,可能不會太遠。
(審核編輯: 小王子)
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