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索尼全新感測器IMX400全解析 最強國產拍照手機就靠它了

索尼全新感測器IMX400全解析 最強國產拍照手機就靠它了

導讀: 傳統的兩層CMOS影像感測器由背照結構像素層和預裝電路晶元的信號處理電路層構成,該新款CMOS影像感測器在這兩層電路中間新加入了DRAM層。簡單來說就是索尼將一塊運存封裝到了CMOS當中,這讓IMX400能更快速的交換圖像數據。

OFweek感測器網訊:在MWC 2017上,索尼憑藉Xperia XZ Premium這款手機獲得了本屆MWC的最佳手機獎項。作為索尼的新旗艦,它的亮點自然不少,其中包括首發高通驍龍835晶元、全鏡面機身外殼、4K HDR顯示屏以及首發IMX400感光元件等等。設計、影像、顯示這幾方面一直是索尼的傳統強項,這次在索尼Xperia XZ Premium身上被展現的淋漓盡致。

與索尼Xperia XZ Premium一同發布的還有索尼Xperia XZs。它也同樣搭載了IMX400感光元件,這也是其相比上代機型XZ來說的一大提升點。之所以我一直強調這款全新的感光元件,是因為它或將牽動著今年國產旗艦手機的拍照性能走勢。

從索尼2016財年第三季業績顯示,索尼半導體業務營業利潤達272億日元,在集團9項業務當中盈利表現排行第四,甚至超越家庭娛樂及音頻業務以及移動通訊業務。索尼半導體之所以能有如此亮眼的表現,其原因在於影像感測器銷售個數大幅增加。這與手機廠商紛紛搭載索尼影像感測器有著密不可分的關係,而索尼每發布一款新的感測器,自然也就成了國產手機廠商爭先適配的對象。

其實,早在今年的2月7日,索尼便已經將IMX400感光元件公佈於眾。根據索尼官方的解釋:傳統的兩層CMOS影像感測器由背照結構像素層和預裝電路晶元的信號處理電路層構成,該新款CMOS影像感測器在這兩層電路中間新加入了DRAM層。簡單來說就是索尼將一塊運存封裝到了CMOS當中,這讓IMX400能更快速的交換圖像數據。

▲傳統雙層堆疊式CMOS影像感測器

▲新開發的加入了DRAM層的3層堆疊式CMOS影像感測器

從上面的對比圖我能明顯的看出,DRAM層位於像素模塊和電路模塊之間。當像素模塊獲得了影像信息,將率先傳遞給DRAM進行短時間存儲,接著再通過電路模塊對影像信息進行處理,而DRAM層起到了一個緩衝的作用。

加入DRAM層的感測器衍生出了兩大特點,分別是能夠捕獲高速運動中的物體的最小失真度的靜止圖像以及超級慢動作視頻的拍攝,下面我們來一一解讀。

防失真拍攝

根據索尼官方顯示:在堆疊結構中的高速、低能耗、大容量的DRAM幫助下,該新款感測器可以僅用時 1/120 秒就讀取一幅達1930萬像素的靜止圖像 (比傳統產品快約4倍),同時還可縮減讀取每行像素的延時。這種將靜止圖像的焦平面失真控制在最小程度的技術有很大可能會運用於因缺乏機械快門來控制曝光時間的智能手機,幫助其拍攝快速移動物體的圖像。

這也就是說,以前需要1/30秒才能拍攝下來的照片,現在只需1/120秒就可以拍下來。那麼這在現實使用過程中有什麼應用點呢?首先,擁有DRAM層的CMOS具備更大範圍的快門時間調節,專業拍攝者可以更加自由的調節自己想要的快門時間。其次,快門越快代表越能更從容的捕捉到運動物體的照片,或者說拍攝運動物體時更不易出現殘影或形變。

▲讀取速度1/30秒的拍攝效果

從對比圖中我們能直觀的看到,讀取速度1/30秒照片中的車頭被得向右傾斜了,而讀取速度1/120秒照片種的車頭卻保留了正常影像。可見IMX400這款CMOS防失真的表現是立竿見影的。

▲讀取速度1/120秒的拍攝效果

超級慢動作視頻拍攝

在加有DRAM層的CMOS出現之前,目前所有手機的慢動作視頻拍攝最高支持240fps。但根據IMX400的參數顯示,它能夠在全高清 (1920x1080像素)模式下拍攝1000fps的視頻,約是傳統CMOS的八倍,也就是說它比你用iPhone7拍出的慢動作視頻還要慢八倍,這顯然是非常誇張的。

▲配備DRAM的3 層堆疊式 CMOS 影像感測器的截面圖

值得一提的是,用戶在拍攝視頻時,正常速度的視頻與超慢動作視頻可以無縫接合。該CMOS可以自動偵測到物體突然開始運動,並立即啟動高速攝影模式。這是因為高速拍攝數據可以被臨時存儲到DRAM當中,而正常攝像模式則可以繞過DRAM,直接在ISP上進行處理。

經過技術解析之後,下面我們來看看搭載IMX400處理器的索尼Xperia XZ Premium的拍照表現。不過需要實現說明的是,下面的實拍樣張和視頻,均來自索尼Xperia XZ Premium的工程機,各方面的表現相比於量產版可能會存在差異。

從這三張樣張粗略的來看,索尼Xperia XZ Premium的成像表現是要優於索尼Xperia XZ。之前索尼Xperia XZ拍照塗抹感嚴重的現象得到了明顯改善,照片的銳度很高,在室內光線不是很充足的條件下也有著不錯的表現。不過就個人的觀感上來說,這款手機拍攝的照片總有一種欠曝的感覺,或許後期索尼還會對成像的軟體演算法進行調整。除此之外,索尼Xperia XZ上的視頻防抖、三重感測器依舊得到了繼承。由於目前索尼Xperia XZ Premium還未開賣,所以目前的拍攝樣張並不多,具體細節對比我會等到真機到手後進行測試。

值得一提的是,索尼Xperia XZ Premium的後置攝像頭支持MOTION EYE拍攝系統,其中有一項預拍攝功能。也就是說它能保留用戶按下快門時前一小段時間的三幀照片,拍照完成後可供用戶進行選擇,讓用戶更容易抓拍到想要的瞬間。你可能說蘋果的Live Photos不是比它更厲害,還能拍照一小段視頻,而索尼只能拍三張照片。其實並不然,IMX400感測器通過DRAM層能夠預先記錄按快門前的圖像,它所記錄的照片是全像素的靜止照片,而蘋果只是低fps低解析度的極短視頻。

看960fps的慢動作視頻是不是很有一種很舒爽的感覺。。。其實只要稍微留意一下,在我們生活中有很多可以拍慢動作視頻的場景。例如拍男票投籃的一瞬間;寵物奔跑玩耍的瞬間;吹散蒲公英的瞬間等等。加了慢動作之後會讓視頻看上去有種大片的感覺。

總結下來,索尼IMX400這款CMOS的亮點在於將DRAM封裝到CMOS當中,藉此當做一個數據緩衝區,可以預先記錄影像信息。對於整個CMOS的預測技術、慢動作拍攝、抓拍體驗都有了質得提升。不過,根據Zackbus在微博中透露的信息來看,雖然索尼官方稱DRAM層是高速、低能耗、大容量的,但相比傳統的CMOS來說,必然會增加功耗。所以錄像時手機的續航以及攝像頭模組部分的發熱或許是個隱藏的問題。

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