隨著(zhù)手機攝像頭整個(gè)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，廠(chǎng)商在制造攝像頭模組時(shí)也不再局限于像素的提升，越來(lái)越多像光學(xué)防抖、數字防抖、Ultrapixel的技術(shù)被應用到手機領(lǐng)域。而在最近三星發(fā)布了Galaxy S7/S7 edge，其后置一枚采用全像素雙核技術(shù)的1200萬(wàn)像素攝像頭，究竟全像素雙核是什么東東呢？下面筆者來(lái)解析一下。

 

 

在理解全像素雙核前 你需要先明白這些

 

　　——①手機上的“相機”主要由鏡片模組（以及馬達）、紅外線(xiàn)濾光片、傳感器、以及集成在Soc里面的DSP模塊組成，而鏡片模組主要把外界的光進(jìn)行聚焦、糾正鏡片帶來(lái)的畸變，過(guò)濾無(wú)用光等等，傳感器用于光信號轉化為電信號，而DSP模塊則負責處理電信號讓它變成能顯示出來(lái)的照片，同時(shí)向像鏡頭模組/傳感器作出各種反饋。

 

　　——②傳感器通常由紅、綠、藍三色像素組成（RGBW則把一個(gè)綠換成白），而每一個(gè)像素則由不同顏色（RGB）的微透鏡、防止光亂竄的“井”、以及光電二極管這三個(gè)主要部分構成。光通過(guò)鏡頭模組照射到傳感器表面，然后經(jīng)過(guò)RGB三色的微透鏡進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾完剩下的光則通過(guò)“井”照射到光電二極管上，進(jìn)行光→電信號的轉化。

 

光電轉化過(guò)程

 

 

　　全像素雙核其實(shí)并不是在Galaxy S7上首次出現，該技術(shù)曾出現在佳能的在7D mark2以及70D兩款相機上。而這里的“全像素”指的是CMOS傳感器上面的所有像素，而“雙核”指的是把每一個(gè)像素當中的光電二極管一分為二（其實(shí)就是2個(gè)），讓分開(kāi)后的光電二極管能獨立接收光線(xiàn)，形成的相位差就是驅動(dòng)馬達進(jìn)行對焦的“依據”，而獨立的2個(gè)光電二極管在成像時(shí)可作為一個(gè)像素（合并）進(jìn)行輸出。

 

雙核全像素可以簡(jiǎn)單理解成多了一個(gè)光電二極管

 

　　對焦的原理/步驟大概是這樣子的:①一分為二的光電二極管分別接收光信號，②計算兩個(gè)圖像（光信號）的信號差以及偏差方向，③根據計算結果驅動(dòng)鏡頭馬達進(jìn)行合焦，獨立的2個(gè)光電二極管“合并”成像進(jìn)行圖像的輸出。

 

步驟①

 

　　——①全像素雙核技術(shù)的傳感器里頭的每一個(gè)像素都配備了2個(gè)獨立的光電二極管，而在接收光線(xiàn)時(shí)這兩個(gè)光電二極管可以獨立獲取圖像（例如二極管1接收圖像A，二極管2接收圖像B），獲取的A、B像交給信號處理引擎處理。

 

步驟②

 

　　——②在未合焦（對焦失敗）的狀態(tài)下，A、B像之間會(huì )存在偏差量，也就是兩個(gè)信號源的波峰不重合，而此時(shí)的畫(huà)面是模糊的。而信號處理引擎（可能就是DSP，有待證實(shí)）根據A、B像相互偏移的距離與方向，計算出鏡頭馬達需要移動(dòng)的位移量以及方向（為了讓A、B像重合），并將計算結果反饋給鏡頭馬達。

 

步驟③

 

　　——③鏡頭馬達根據反饋的信號進(jìn)行移動(dòng)，完成合焦，一個(gè)像素內的2個(gè)獨立光電二極管進(jìn)行合并成像，此時(shí)畫(huà)面清晰，單次拍照完成。

 

全像素雙核:對焦快/范圍廣/ 不會(huì )犧牲畫(huà)質(zhì)

 

　　對焦速度比反差式、相位式、混合對焦更快，而且對焦的范圍也變大（佳能稱(chēng)相位差對焦的有效范圍為30%~40%，而全像素雙核的對焦范圍可達80%[垂直]*80%[垂直]）。另外，由于“雙核”光電二極管在成像時(shí)“合并”為一個(gè)整體進(jìn)行輸出，所以在保證對焦性能的同時(shí)不會(huì )犧牲畫(huà)質(zhì)。

 

全像素雙核的優(yōu)點(diǎn)

 

全像素雙核對焦點(diǎn)

 

 

　　其實(shí)從原理上看來(lái)，全像素雙核的實(shí)現方式與先前的相位對焦基本類(lèi)似，它們都是通過(guò)檢測未合焦時(shí)兩個(gè)像之間的偏差量與偏差方向去判斷對焦物體的遠近。在原理上可謂相當相似。

 

相位對焦中用于對焦的像素分布情況

 

　　但全像素雙核與相位對焦最大的不同點(diǎn)在于，相位對焦基于傳感器上分散布置的對焦像素，這部分像素不參與最終成像，而缺失的像素圖像需要通過(guò)算法去“補償”，所以會(huì )一定程度上犧牲了畫(huà)質(zhì)。另外，由于這些分布在傳感器上的對焦像素主要集中在傳感器的中央范圍，所以相位對焦的范圍不能完全覆蓋畫(huà)面。

 

全像素雙核獨立的光電二極管用于對焦

 

　　而采用全像素雙核技術(shù)的傳感器，每個(gè)像素里的2個(gè)光電二極管可以用于對焦之外，還可以“合并”在一起用作圖像的輸出，所以畫(huà)質(zhì)上不會(huì )受到影響。另外，由于“雙核”應用到整個(gè)傳感器的每一個(gè)像素上面，所以其對焦范圍理論上能覆蓋整個(gè)傳感器，但由于成本以及鏡頭模組上的配合，通常全像素雙核的對焦范圍覆蓋傳感器的64%（上下各80%）區域，范圍上比傳統的相位對焦大得多。

 

　　當然最重要的是全像素雙核技術(shù)的對角速度比傳統的相位對焦、混合對焦都要快，因為沒(méi)有了先相位對焦（保證速度）后反差對焦（保證精度）這個(gè)過(guò)程。

 

 

　　由于手機體積上的限制，所以其攝像頭傳感器面積不能盲目增大，而總像素的提高又意味著(zhù)單個(gè)像素的面積會(huì )有所縮小，從而可能讓光信號向其它像素“溢出”導致畫(huà)面出現雜訊，影響畫(huà)面色彩的表現。因此，廠(chǎng)商便開(kāi)始在傳感器、鏡頭模組上做花樣，把不少技術(shù)應用到手機拍照上面，而我們也因為手機拍照的方便，對其成像需求越來(lái)越高，在科技領(lǐng)域的革新以及消費市場(chǎng)的雙重帶動(dòng)下，2016年相信這種黑科技更會(huì )越來(lái)越多。