Desde RGGN hasta RYYB, ¿pueden los sensores de los teléfonos móviles atacar a las SLR?
En primer lugar, todos sabemos que la fotografía es el arte de la "luz", y para que la luz llegue al sensor es necesario refractarla a través de la lente. La lente generalmente se compone de lentes (a partir de 5 piezas, cuantas más, mejor, vidrio> resina), y luego se dispara el CMOS (principalmente método de separación de colores primarios RGB y método de separación de colores complementarios CMYK, que se explicará en detalle más adelante). a través de un dispositivo de filtro la fotografía que deseas tomar. En cuanto a otras aperturas y distancias focales diferentes, le resultará conveniente tomar hermosas fotografías con profundidad de campo y distancia focal en diferentes escenas. La estabilización de imagen óptica OIS es un elemento básico para muchos fabricantes y requiere la integración de componentes adicionales de motor y giroscopio como ayuda.
En el caso de los smartphones, el objetivo final de muchos fabricantes es tener una calidad de imagen comparable a la de una cámara SLR. Sin embargo, debido al cuello de botella físico del CMOS, la apertura de las lentes de los teléfonos móviles es generalmente de sólo 8 mm. ¿Cómo compite esto con CMOS diseñado específicamente para DSLR? Por lo tanto, sólo hay una manera de reducir la brecha con las cámaras SLR: mejorar continuamente la calidad de las imágenes CMOS. Cualquiera que esté interesado en la fotografía conoce un dicho que dice: "El primer paso es reprimir a la gente". Entonces, dado que las limitaciones físicas no se pueden romper, ¿es factible aumentar el tamaño de los sensores CMOS?
Entonces, aquí viene el problema. Los teléfonos inteligentes más delgados disponibles actualmente van en contra de la tendencia de aumentar el tamaño del CMOS. Por ejemplo, el primer Nokia 808PureView de 1/1,2 pulgadas instalado en la historia. Para adaptarse a este sensor CMOS de 1/1,2 pulgadas, la cámara Nokia 808 PureView tiene un grosor de sección de 17 mm. Por lo tanto, los modelos insignia de este año, IMX586/IMX600 o IMX650, solo tienen tamaños de 65.438+0/2,0 pulgadas y 65.438+0/65.438+0,7 pulgadas, en comparación con las 65.438+0/2,0 pulgadas que se utilizan habitualmente en los teléfonos móviles normales. Se considera una "suela grande", pero es casi lo mismo que una réflex profesional.
Entonces, hablemos de la segunda forma. ¿Es factible aumentar la cantidad de luz que ingresa al sensor CMOS? Porque al aumentar la cantidad de luz que ingresa al sensor se pueden tomar fotografías con mayor brillo, definición más clara y menos ruido en la misma escena. Para CMOS, hay muchas formas de aumentar la cantidad de luz, como aumentar el tamaño del sensor, aumentar la apertura de la lente, aumentar el área fotosensible de un solo píxel e introducir una cámara de superpíxeles UltraPixel (un jamón frío ONEM7 ).
Sin embargo, el mercado aún demostró que la cámara UltraPixel no era reconocida, ya que la apertura de la lente y el tamaño del sensor son los mismos. Para un teléfono móvil pobre de 8 mm, la apertura de F/1.6 es casi el límite. El IMX586 puede alcanzar un área fotosensible equivalente de un solo píxel de 1,6 μm a través de la matriz QuadBayer (la tecnología de "cuatro píxeles en uno" propuesta por Sony. El sensor IMX600 de gama alta tiene solo 2,6 μm). es un techo.
Bajo el árbol tecnológico actual, si desea PK una SLR, solo puede comenzar con la arquitectura subyacente del sensor CMOS.
Antes de comenzar a presentar la arquitectura subyacente de CMOS, hablemos de Bayerarray. Podemos ver diferentes colores con nuestros ojos principalmente porque nuestros ojos tienen células que detectan diferentes frecuencias de luz. Los CMOS son las "células" de la cámara que pueden detectar diferentes colores, pero las llamamos píxeles, dispuestos en una matriz de Bayer.
Históricamente, el científico de imágenes de Kodak, Bryce Bayer, descubrió por primera vez que el ojo humano es el más sensible al verde entre los tres colores primarios: rojo, verde y azul, por lo que intentó agregar filtros encima del CMOS, usando 1 rojo, 2 verdes y 1 La disposición del azul (RGGB) convierte la información en blanco y negro en información en color, haciendo que los colores mostrados en CMOS se acerquen más al efecto visual del ojo humano. Por lo tanto, casi todos los sensores CMOS utilizan una disposición RGGB, que es lo que a menudo llamamos "matriz Bayer" o "filtro Bayer".
Pero el conjunto de Bayer también es defectuoso, porque el CMOS no puede obtener información de color durante la conversión fotoeléctrica y el conjunto de Bayer desempeña el papel de separación de colores. Cuando la luz pasa a través del filtro, solo se permite la entrada de luz del mismo color, la luz roja ingresa a los píxeles rojos, la luz verde ingresa a los píxeles verdes y se bloquea la luz de otros colores. Entonces, cuando tomamos imágenes, no solo obtenemos el color, sino también información sobre luz y oscuridad. La separación de colores también perderá parte de la intensidad de la luz al filtrar la luz y se perderá toda la demás información de color. Recuerda que este es el punto de prueba: todo. Por lo tanto, el CMOS compatible con la matriz de Bayer nunca puede restaurar completamente los colores de la escena real, sino que solo puede acercarse infinitamente a la realidad. Para obtener el color más cercano, es necesario "adivinar" la información de otros colores en esa ubicación basándose en la información de color de los píxeles vecinos. Este vínculo de "adivinar el color" se llama "operación anti-Bayer". Esto también explica por qué hay una "matiz de color" en las fotografías tomadas. Este es un error en el proceso de "adivinar el color".
Dicho todo esto, ¿cómo deberían mejorar los fabricantes de teléfonos móviles? La primera es nuestra estructura RGBW CMOS.
Como se mencionó anteriormente, el ojo humano es más sensible al verde, razón por la cual Bayer utiliza dos píxeles verdes en la matriz RGGB. Entonces, ¿podemos reemplazar uno de los píxeles verdes (G) con un píxel blanco completamente transparente (W)? Así nació el primer sensor de cuatro colores. omnivision (OV) es el primer fabricante de la historia en lanzar CMOS RGBW. MotoX, MotoDroid MIni y otros productos de Motorola utilizan este CMOS, pero en ese momento Motorola solo llamaba a esta tecnología tecnología "clearPixel". Desafortunadamente, OV está en declive en el mercado de sensores y en Motorola, y mucha gente no conoce este sensor CMOS RGBW.
Lo que realmente promueve RGBW es el sensor IMX278 de Dafa (Huawei Mate8, OnePlus 3, vivo X7Plus usan este sensor, y IMX298 también es un CMOS con estructura RGBW). Ahora, el viejo eslogan de los fabricantes de teléfonos móviles, "la sensibilidad se puede aumentar un 32% y el ruido se puede reducir un 78% con un brillo bajo", se ha armado con el Huawei P8 y el Meizu M6T.
Dice que un píxel blanco es tan fuerte como un píxel verde. ¿Por qué no dar un paso más? ¿No sería bueno reemplazar dos píxeles verdes con dos píxeles blancos? En 2015, cuando MediaTek lanzó HelioP10, lanzó un motor de imágenes llamado "TrueBright". El núcleo principal de esta tecnología es el sensor CMOS de estructura "RWB", que tendrá una entrada de luz mayor que el sensor RGBW. Desafortunadamente, MediaTek también se centró en esta tecnología cuando lanzó HelioX20, y hasta ahora todavía no existe RWB.
Aunque el sensor RWWB de MediaTek todavía existe a nivel teórico, podemos aprender de él, por ejemplo, ¿por qué no tirar el filtro Bayer? ¿Lograr una transmisión de luz completa no aumentaría en gran medida el área de entrada de luz del CMOS? Por lo tanto, Sony lanzó una cámara profesional IMXMono en blanco y negro, que tiene una cantidad muy alta de entrada de luz y puede grabar más detalles con luz oscura en entornos con luz oscura.
Por supuesto que hay pros y contras. Las lentes monocromáticas en blanco y negro no pueden registrar información de color después de quitar el sistema de separación de colores y deben usarse con otro CMOS de color. El algoritmo de cámara dual + puede lograr mejores efectos de captura de escenas nocturnas que las cámaras individuales tradicionales RGGB y RGBWCMOS. Hasta el día de hoy, esta combinación de doble cámara de blanco y negro + color sigue siendo muy popular, y el sensor RGBW de una sola cámara ha sido olvidado en la larga historia de la historia. . .
Como pionero de las cámaras duales, o el mercado ha elegido módulos matriciales multicámara, el RGBW ha sido eliminado del mercado. El CMOS de lente única nunca ha cambiado su objetivo de lograr una mayor entrada de luz. Cómo reducir aún más la brecha de imagen entre los teléfonos móviles y las SLR profesionales (otros teléfonos móviles de la competencia) en la fotografía nocturna es la dirección clave del desarrollo de los teléfonos inteligentes en el futuro. Las series Huawei P30 y Honor 20 deben considerarse las mejores “bandas” de teléfonos inteligentes para fotografía nocturna. Si no hablamos de parámetros como el tamaño y la apertura del sensor y el área fotosensible de un solo píxel, entonces estos teléfonos móviles casi están apostando por su reputación, porque RYYB simplemente reemplaza dos píxeles verdes (G) con píxeles amarillos. (Y).
En comparación con RGGB, RYYB puede reducir la pérdida de entrada de luz causada por los filtros Bayer durante el proceso de filtrado de color, al tiempo que aumenta la entrada de luz hasta en un 40%.
Tomando al Huawei P30Pro como ejemplo, el ISO de este teléfono en realidad puede alcanzar 409600, ¡que es 64 veces mayor que el del iPhoneXSMax! Por lo tanto, sólo se necesita un poco de luz para capturar los detalles de color en un entorno de oscuridad total.
Ahora es el momento del examen. Cuando se habla de RGBG, el conjunto original de Bayer, algunas personas dicen que la luz se compone de tres colores primarios: rojo, verde y azul, y el amarillo es solo uno de ellos. ¿Cómo restaurar el color original sin el verde más crítico? Entonces, agregar rojo y azul puede dar amarillo (R+G=Y), lo que también significa que el amarillo es una combinación de verde y amarillo, y el brillo es la superposición de los dos. Por lo tanto, después de remodelar los tres colores primarios, el sensor CMOS RYYB tendrá cambios fundamentales de color en comparación con el sensor RGGB. Los tres colores primarios ópticos de RGGB son colores aditivos, lo que significa que absorbe la luz y el píxel de color absorbe la luz. R+G+B es blanco y el blanco absorbe toda la luz. RYB es un método de color sustractivo que muestra la luz reflejada, el amarillo refleja el rojo y el verde, R+Y+B es blanco, el negro no absorbe la luz, pero refleja toda la luz.
En teoría, aunque el filtro RYYB aumenta la cantidad de luz, su esencia es aumentar la cantidad de luz roja disfrazada, mejorando así su rendimiento en la fotografía de escenas nocturnas. Al mismo tiempo, debido a que hay más píxeles amarillos, habrá una matiz de color y menos píxeles verdes también afectarán la calidad de la imagen y habrá problemas con la saturación.
Si Huawei quiere controlar perfectamente el sensor RYYB, necesita un ISP de hardware más potente y un algoritmo más potente. El presidente de la línea de productos terminales de teléfonos móviles de Huawei dijo que para garantizar la precisión de la coincidencia de colores de los filtros RYYB, Huawei pasó hasta tres años haciendo ajustes. Sin embargo, cuando evaluamos por primera vez las fotos del P30, descubrimos que había una variación de color. Posteriormente, este fenómeno disminuyó gradualmente a través de las actualizaciones de firmware.
En el camino hacia la imagen de los smartphones, las ventajas de la especialización aportarán una importante competitividad. La estructura del filtro CMOS personalizada refleja la sólida solidez técnica del fabricante. En cuarto y tercer lugar, también espero que algunos fabricantes presenten sus propios conocimientos únicos sobre la fotografía, desafíen la tradición y hagan realidad el sueño de los teléfonos móviles y las cámaras SLR.