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向單反畫質進軍:蘋果的拍照新專利

app01/Jason Cloney 2015.03.28 00:00
讓手機拍出畫質媲美單反的照片一直是手機廠商和消費者的夢想。蘋果的一項微型三色分光成像模塊技術最近曝光,讓業界離夢想又近了一步。數字成像系統的拍攝質量幾乎正比于系統中感光元件的面積。單反的拍攝質量遠勝于手機,最重要的原因就是前者的感光單元大小是后者十倍以上。感光元件越大、單個像素的面積越大,相應的寬容度、色彩深度、色域、信噪比等指標就會越好。相同像素的手機攝像頭與單反相機拍出的夜景照片差距巨大,可見像素數量并不是照片畫質的決定性因素。受限于手機的體積、重量,手機攝像頭不可能做得太大,1/2.3英寸的感光單元已經接近極限了。顯然這么小的成像面積是不可能做到與同時代單反媲美的畫質的,那么就沒有其他的手段來提升畫質了嗎?蘋果想到了新的方式,將廣播電視攝像機上常見的三色分光模組引入小型攝像頭中,有望大幅改善攝像頭的拍攝質量。常見的攝像頭、相機的傳感器都是拜耳陣列,傳感器上的像素每四個一組,每組包括兩綠一紅一藍像素。這種像素排列方式易于制造,但缺點是每個單色像素實際上捕捉的是彩色光線,像素讀取自己需要的色彩信息時會受到光線中另外兩種顏色的干擾。這種干擾會帶來噪聲、并減弱像素的色彩識別能力。反映到輸出的圖像上就是畫面噪點增加、色彩不夠準確。廣播電視業的攝像機常用三色分光技術來改善畫質。這種技術的原理是用三棱鏡將鏡頭入射光線分為紅綠藍三束,分別照射在三種顏色的傳感器上。這樣每種顏色的傳感器捕捉到的都是單色光線,干擾消失了,畫質也就變好了。三片傳感器輸出的單色圖像再經過芯片合成輸出彩色成片,實踐證明這種成像方式效果非常好,使用三片1/2英寸CMOS的攝像機的夜景拍攝能力甚至超過不少單反拍攝的視頻。過去三色分光系統的體積太大,難以應用在單反等小型相機上,更不用提塞進手機里了。這次蘋果的新技術恰恰突破了這一難關,讓手機攝像頭也可以用上分光成像了。蘋果的方式是將分光鏡微型化,然后把三片傳感器緊貼分光模塊,省去攝像機上的光線通道來縮減體積。同時成像模塊不像傳統手機攝像頭一樣是平面化的,而是利用了立體空間來容納傳感器。這樣做的最大好處是鏡頭尺寸不變,而傳感器總面積可以達到原來的三倍之多。手機攝像頭的鏡頭很難做大,傳統的平面拜耳傳感器技術要求鏡頭尺寸和感光元件面積同步擴大,而分光系統就繞開了這一限制。這項技術一旦實用化,iPhone就可以裝上感光元件尺寸達到現在三倍水平,而體積基本一致的攝像頭了。一方面單個像素面積大幅增加,另一方面像素的色彩準確度也會因為分光鏡的使用而提升,整體拍攝性能會有一個飛躍。新技術雖然還是無法讓iPhone獲得單反的成像質量,但也能向這一目標邁近一大步了。目前并不知道蘋果會何時應用這項新技術。由于蘋果的攝像頭是索尼供應,蘋果需要與后者合作才能開發出實用化的分光攝像頭來。考慮到這項技術能明顯改善畫質,想必索尼不會拒絕與蘋果聯合將其量產。或許到明年的iPhone 7就會搭載全新的分光系統攝像頭,讓手機拍出畫質更出色的照片與視頻。

資料來源:雷鋒網

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