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国产手机拍照新标杆 索尼全新传感器IMX400全解析

2017-03-09 15:18 · 稿源:IT168

在MWC2017 上,索尼凭借Xperia XZ Premium这款手机获得了本届MWC的最佳手机奖项。作为索尼的新旗舰,它的亮点自然不少,其中包括首发高通骁龙 835 芯片、全镜面机身外壳、4K HDR显示屏以及首发IMX 400 感光元件等等。设计、影像、显示这几方面一直是索尼的传统强项,这次在索尼Xperia XZ Premium身上被展现的淋漓尽致。

与索尼Xperia XZ Premium一同发布的还有索尼Xperia XZs。它也同样搭载了IMX 400 感光元件,这也是其相比上代机型XZ来说的一大提升点。之所以我一直强调这款全新的感光元件,是因为它或将牵动着今年国产旗舰手机的拍照性能走势。

从索尼 2016 财年第三季业绩显示,索尼半导体业务营业利润达 272 亿日元,在集团 9 项业务当中盈利表现排行第四,甚至超越家庭娱乐及音频业务以及移动通讯业务。索尼半导体之所以能有如此亮眼的表现,其原因在于影像传感器销售个数大幅增加。这与手机厂商纷纷搭载索尼影像传感器有着密不可分的关系,而索尼每发布一款新的传感器,自然也就成了国产手机厂商争先适配的对象。

其实,早在今年的 2 月 7 日,索尼便已经将IMX 400 感光元件公布于众。根据索尼官方的解释:传统的两层CMOS影像传感器由背照结构像素层和预装电路芯片的信号处理电路层构成,该新款CMOS影像传感器在这两层电路中间新加入了DRAM层。简单来说就是索尼将一块运存封装到了CMOS当中,这让IMX 400 能更快速的交换图像数据。

▲传统双层堆叠式CMOS影像传感器

▲新开发的加入了DRAM层的 3 层堆叠式CMOS影像传感器

从上面的对比图我能明显的看出,DRAM层位于像素模块和电路模块之间。当像素模块获得了影像信息,将率先传递给DRAM进行短时间存储,接着再通过电路模块对影像信息进行处理,而DRAM层起到了一个缓冲的作用。

加入DRAM层的传感器衍生出了两大特点,分别是能够捕获高速运动中的物体的最小失真度的静止图像以及超级慢动作视频的拍摄,下面我们来一一解读。

防失真拍摄

根据索尼官方显示:在堆叠结构中的高速、低能耗、大容量的DRAM帮助下,该新款传感器可以仅用时 1/120 秒就读取一幅达 1930 万像素的静止图像 (比传统产品快约 4 倍),同时还可缩减读取每行像素的延时。这种将静止图像的焦平面失真控制在最小程度的技术有很大可能会运用于因缺乏机械快门来控制曝光时间的智能手机,帮助其拍摄快速移动物体的图像。

这也就是说,以前需要1/ 30 秒才能拍摄下来的照片,现在只需1/ 120 秒就可以拍下来。那么这在现实使用过程中有什么应用点呢?首先,拥有DRAM层的CMOS具备更大范围的快门时间调节,专业拍摄者可以更加自由的调节自己想要的快门时间。其次,快门越快代表越能更从容的捕捉到运动物体的照片,或者说拍摄运动物体时更不易出现残影或形变。

▲读取速度1/ 30 秒的拍摄效果

从对比图中我们能直观的看到,读取速度1/ 30 秒照片中的车头被得向右倾斜了,而读取速度1/ 120 秒照片种的车头却保留了正常影像。可见IMX 400 这款CMOS防失真的表现是立竿见影的。

▲读取速度1/ 120 秒的拍摄效果

超级慢动作视频拍摄

在加有DRAM层的CMOS出现之前,目前所有手机的慢动作视频拍摄最高支持240fps。但根据IMX 400 的参数显示,它能够在全高清 (1920x 1080 像素)模式下拍摄1000fps的视频,约是传统CMOS的八倍,也就是说它比你用iPhone 7 拍出的慢动作视频还要慢八倍,这显然是非常夸张的。

▲配备DRAM的3 层堆叠式 CMOS 影像传感器的截面图

值得一提的是,用户在拍摄视频时,正常速度的视频与超慢动作视频可以无缝接合。该CMOS可以自动侦测到物体突然开始运动,并立即启动高速摄影模式。这是因为高速拍摄数据可以被临时存储到DRAM当中,而正常摄像模式则可以绕过DRAM,直接在ISP上进行处理。

经过技术解析之后,下面我们来看看搭载IMX 400 处理器的索尼Xperia XZ Premium的拍照表现。不过需要实现说明的是,下面的实拍样张和视频,均来自索尼Xperia XZ Premium的工程机,各方面的表现相比于量产版可能会存在差异。

从这三张样张粗略的来看,索尼Xperia XZ Premium的成像表现是要优于索尼Xperia XZ。之前索尼Xperia XZ拍照涂抹感严重的现象得到了明显改善,照片的锐度很高,在室内光线不是很充足的条件下也有着不错的表现。不过就个人的观感上来说,这款手机拍摄的照片总有一种欠曝的感觉,或许后期索尼还会对成像的软件算法进行调整。除此之外,索尼Xperia XZ上的视频防抖、三重传感器依旧得到了继承。由于目前索尼Xperia XZ Premium还未开卖,所以目前的拍摄样张并不多,具体细节对比我会等到真机到手后进行测试。

值得一提的是,索尼Xperia XZ Premium的后置摄像头支持MOTION EYE拍摄系统,其中有一项预拍摄功能。也就是说它能保留用户按下快门时前一小段时间的三帧照片,拍照完成后可供用户进行选择,让用户更容易抓拍到想要的瞬间。你可能说苹果的Live Photos不是比它更厉害,还能拍照一小段视频,而索尼只能拍三张照片。其实并不然,IMX 400 传感器通过DRAM层能够预先记录按快门前的图像,它所记录的照片是全像素的静止照片,而苹果只是低fps低分辨率的极短视频。

看960fps的慢动作视频是不是很有一种很舒爽的感觉。。。其实只要稍微留意一下,在我们生活中有很多可以拍慢动作视频的场景。例如拍男票投篮的一瞬间;宠物奔跑玩耍的瞬间;吹散蒲公英的瞬间等等。加了慢动作之后会让视频看上去有种大片的感觉。

总结下来,索尼IMX 400 这款CMOS的亮点在于将DRAM封装到CMOS当中,借此当做一个数据缓冲区,可以预先记录影像信息。对于整个CMOS的预测技术、慢动作拍摄、抓拍体验都有了质得提升。不过,根据Zackbus在微博中透露的信息来看,虽然索尼官方称DRAM层是高速、低能耗、大容量的,但相比传统的CMOS来说,必然会增加功耗。所以录像时手机的续航以及摄像头模组部分的发热或许是个隐藏的问题。

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