堆栈式CMOS解析(二):OPPO Find 5摄像头深度挖掘
堆栈式CMOS解析(二):OPPO Find 5摄像头深度挖掘

上一篇文章《OPPO Find 5堆栈式CMOS详细解析(一):从索尼说起》中讨论了“背照式CMOS”以及“索尼Exmor R CMOS”等概念,今天接着往下说,正式介绍“堆栈式CMOS”。堆栈式CMOS,英文名称叫做“Stacked CMOS”,也可以翻译为“积层式CMOS”,实际上这些概念指的是同一种东西。

堆栈式CMOS首次发布还是在今年8月下旬,首次应用就是在前几天刚发布的OPPO Find 5上面。Find 5是第一个吃螃蟹的产品,开创了堆栈式CMOS正式商用的先河,目前其真实拍照效果还未知,仅从发展意义上来看,Find 5是值得肯定的。

一、堆栈式CMOS与索尼Exmor R CMOS

目前拥有“堆栈式CMOS”技术能力的厂商只有索尼一家,前面讲到那么多索尼的CMOS历史,实际上也是为此做准备。上面说过,索尼的背照式CMOS品牌名称为“Exmor R CMOS”,在最新一代堆栈式CMOS中,索尼重新命名,将这部分产品统一称为“Exmor RS CMOS”,区别是多了一个字母“S”,是“stack”的缩写,实际上就是指Stacked CMOS,即堆栈式CMOS。

得益于技术优势,目前市面上出现的堆栈式CMOS,实际上都是索尼的“Exmor RS CMOS”,仅此一家别无他处。堆栈式CMOS是CMOS技术未来发展的方向之一,相信以后也会有其他CMOS厂商做到这种技术水准,不过现在来看索尼已经领先了一大步,核心技术价值得到充分体现。

二、Exmor RS堆栈式CMOS传感器的原理特点

今年八月下旬,索尼对外发布了世界第一款全新“堆栈式结构”(stacked structure)的影像传感器,就是“Exmor RS CMOS”。Exmor RS CMOS的特点是高像素化、高性能化以及小型化。

Exmor RS CMOS的原理是,它使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板,在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分,从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立,因此像素部分可针对高画质优化,电路部分可针对高性能优化。

三、Find 5所采用的堆栈式CMOS深度猜测

Exmor RS CMOS发布时,一共推出了三款型号的产品:IMX135(1/3.06英寸1313万有效像素)、IMX134(1/4英寸808万有效像素)、ISX014(内置相机型号处理性能,拥有1/4英寸808万有效像素)。与上述三款堆栈式CMOS传感器相对应的,还有三个小型自动对焦成像模组:IU135F3-Z、IU134F9-Z和IUS014F-Z。它们搭载了具有自动对焦功能的镜头组件,拥有1.12μm像素间距,能实现超清新分辨率。其中,IU135F3-Z采用F2.2超大光圈镜片,配备5组5片合成树脂镜片。

综合起来可以了解到,IU135F3-Z参数大致为:1/3.06英寸、1313万有效像素、F2.2大光圈、5片镜片。结合上面OPPO官方对Find 5摄像头的描述,我们基本上就能确定下来,Find 5配备的就是IU135F3-Z模组了,传感器型号为IMX135。

四、Exmor RS堆栈式CMOS的成像画质是怎样改善的?

上面讲原理的时候,可以知道Exmor RS堆栈式CMOS体积更小,用在手机等移动产品中更加方便。另外它的画质也得到了改善,怎样做到的呢?

已发布的三款Exmor RS CMOS中,IMX135和IMX134两款型号搭载了“RGBW编码”技术和HDR(高动态视频)拍摄功能,由此来改善拍摄画质。

①RGBW编码技术

RGBW编码技术在原来的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色RGB像素中增加白色像素点,改善了灵敏度并提高了成像质量,即使在弱光环境下也能拍摄出漂亮清晰图像。

RGBW编码技术实例:拍摄的图片为10lux低照度,左边为原有的背照式CMOS传感器拍摄,右边为Exmor RS堆栈式CMOS传感器拍摄

②HDR拍摄功能

HDR拍摄功能在拍摄同一画面时能设置两种曝光模式,通过适当的信号处理能生成广阔的高动态范围图像,即使对亮光拍摄时也不会产生过曝现象。

HDR拍摄功能实例:左边为原有的背照式CMOS传感器拍摄,右边为Exmor RS堆栈式CMOS传感器拍摄

五、再挖:Exmor RS堆栈式CMOS价格几何?

以下价格部分纯粹为猜测。

上面一张图仅供参考,从中看出,Find 5配备的IU135F3-Z模组样品价格大概为8000日元,折合人民币也要接近600元。如此高昂的价格肯定让不少人心惊。当然这里指的是样品价格,估计厂商在批量采购时,价格会低不少,究竟成本多少,我们暂时也难以估量,这可能要问OPPO工程师了。

六、最后总结:

①、概念关系不能混:堆栈式CMOS和背照式CMOS的关系

堆栈式和背照式是两码事,是不相干的两种结构方式。堆栈式主要是为了减小体积,当然画质也有所优化;而背照式是针对画质改进而做的一种设计。一款CMOS,可以单独采用背照式或堆栈式设计,也可以两种方式一起使用。举例说明,Exmor R CMOS就是只是背照式设计,而Exmor RS CMOS是在背照式的基础上,再把信号处理电路芯片放到后面去,做成堆栈式的设计,兼具了两种设计结构。

②、堆栈式CMOS与Find 5拍照画质的关系

现在Find 5还没正式开售,发布会上我们见到了官方给出的拍照样片,但现在还无法与主流机型做横向比较。Find 5配备的堆栈式CMOS,是未来、是今后发展方向,但不代表Find 5拍照就一定秒杀现在主流机型。即使以后拿到真机对比了,也不能说明堆栈式CMOS怎样,因为成全照片画质的不仅是CMOS传感器结构,还有CMOS大小、镜头、算法优化等更深入的因素。

拿Find 5来说,它配备的CMOS大小是1/3.06英寸,而目前拍照机皇诺基亚808 pureview是1/1.2英寸,明显诺基亚808比Find 5的传感器不是大了一点半点,可以确定的是808的CMOS不是堆栈式设计,如果以后采用了该设计,可以在现有空间基础上,将CMOS做得更大,成像效果也更优。

另外是算法,苹果iPhone是典型的算法出色的代表。得益于此,虽然iPhone 4S/5摄像头参数不算很突出,但实际拍照表现在众多旗舰机型中名列前茅。

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