同样4800万像素,三星GM1和索尼IMX586有什么差别?

各位知友,大家好:

最近一段时间,手机拍照方面有了比较大的进步,至少像素方面是这样的。从最开始的30万,到后来的1200万、2400万,甚至现在的4800万…。目前能实现4800万像素的摄像头有三星的GM1和索尼的IMX586,同样宣称4800万像素,两颗摄像头有什么差别?

先说结论,GM1的4800万像素本质上还是1200万像素。即便手机可以输出4800万像素的照片,也更像是通过插值实现的。而IMX586则是真正传统定义的4800万像素。

接下来我们就从技术层面分析一下GM1和IMX586。

手机拍照的基本原理

我们都知道,对于相机来说最重要的硬件就是感光元件了CMOS/CCD,目前手机采用的感光元件都是CMOS,这里就不展开讲了。

这是一种将光学影像转换成电子信号的设备,无论是相机还是手机,能拍出数码相片最大的功臣之一就是感光元件。

同时,顾名思义感光元件就真的是一个“感光”的元件,它只对光线的明暗敏感,但是无法感知颜色。

如果我们直接用感光元件来成像,它看起来就像是一团黑影。

这显然不是我们想要的照片。

如何得到一张彩色的照片呢?这里就不得不引出RGB的概念了。

三原色光模式(RGB color model),又称RGB颜色模型或红绿蓝颜色模型,是一种加色模型,将红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的色光以不同的比例相加,以产生多种多样的色光。(且三原色的红绿蓝不可能用其他单色光合成)

数字影像之父Bryce Bayer基于RGB模式,通过在感光元件前加上一个滤镜的方法终于实现了彩色照片。

如下图所示,下面这一层灰色的就是感光元件,每个方块代表一个像素块。上面这层彩色的就是Bayer滤镜。

滤镜上每个小方块与感光元件的像素块对应,也就是在每个像素前覆盖了一个特定的颜色滤镜。

比如最左边的的红色滤镜块,只允许红色光线投到感光元件上,那么对应的这个像素块就只反映红色光线的信息。

注意,上图为示意图,感光元件上是不会出现彩色的,它只记录光线明暗程度。

Bayer滤镜跨出了照片从黑白到彩色的一大步,但是对于挑剔的人眼来说,每个像素只有一个颜色是远远不够的,所以还需要后期色彩还原去猜色,最后形成一张完整的彩色照片。

这一整套流程,就叫做Bayer阵列。

我们通过一张图来展现Bayer阵列的工作方式:


第一张图为原始图像,我们采用带有Bayer滤镜的120x80像素传感器来拍摄。

第二张图是感光元件输出的图像,就像我们在第一部分所说的,感光元件只能记录光线明暗程度,所以我们看到的是一张黑白的照片。

第三张图是通过Bayer滤镜后输出的图像,已经能够看出花是花、草是草,可是图像不够细腻,这样一张照片来发朋友圈还是远远不够的。

第四张图就是最终通过色彩还原输出的图像了,虽然由于硬件限制,像素过低,不过这已经是一张合格的照片了。

不难看出数码相机包括手机拍摄照片的大致流程:

感光元件→Bayer滤镜→色彩还原

这就是一张照片从按下快门,到我们从屏幕中欣赏到自己作品的流程,也叫作Bayer阵列。

IMX586简析以及与GM1的对比

首先,希望大家明白一个基础的概念——像素,然后再来谈谈文章的主角IMX586。

像素是数码显示的基本单位,其实质是一个抽象的取样,为了通俗表达,我们通常会用方块来表示。

每一个色块代表一个像素,而像素越多,图像的解析度就会越好。

明白了像素的概念以后,我们再来谈谈IMX586。

IMX586是索尼适用于手机的全新堆栈式CMOS感光元件,这颗感光元件有效像素高达4800万,实现了业界最高水准,手机拍摄的技术参数表也因此再次被改写。

IMX586最大的特色就是使用 Quad Bayer 阵列,不同于经典的Bayer阵列是以2x2共四格分散RGB的方式成像,Quad Bayer 阵列扩大到了4x4,并且以2x2的方式将RGB相邻排列。

在使用搭载IMX586传感器手机拍照的时候,Quad Bayer 阵列会让每一个像素点就近计算周围的颜色,并且通过独立的信号处理变换像素结构,从而实时输出4800万像素的高清照片。

换句话说,IMX586的4800万个感光单元每个都能独立显示并且输出数据。4800万像素的照片是硬件直出的,无需软件插值。

通过下图,我们可以清楚的看到Quad Bayer 阵列的特性。

GM1的输出方式如下图所示,虽说也将阵列扩大到了4x4,但是和IMX586最大的不同是,每个2x2阵列都只能识别同样的颜色,并且只能一起输出数据。也就是说,GM1硬件输出的照片其实跟1200万传感器输出的照片没有本质区别。

三星官网披露的数据也可以佐证这一点,GM1的规格表中我们可以看到,其分辨率为4000×3000,也就是1200万像素。

所以,IMX586与GM1的根本差异在于,前者可以通过变换像素结构的方式实现真正的4800万像素,从而让照片具有更强的解析力,放大之后也能更加清晰,而这也正是高像素最大的优势。

GM1的4800万像素本质上还是1200万像素。即便手机可以输出4800万像素的照片,也更像是通过插值实现的。而IMX586则真正是传统定义的4800万像素。



*个别图片源自开源社区维基百科,侵删

发布于 2019-01-07

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