传感器很关键 手机拍照成像技术大揭秘

　　前段时间笔者为大家带来了一个手机拍照技术的解析类文章，在文章的末尾抛出了一个问题——手机拍照质量到底与什么有关？相信很多手机玩家们非常关心这个问题，今天，笔者就从各个方面，详细为大家解密手机拍照成像质量技术。

先来了解手机相机组件的结构

　　在解析手机拍照成像质量之前，我们需要先了解手机相机的结构。相机拍照组件的构成非常复杂，手机上的拍照组件更是精密，甚至需要用显微镜进行分析。其包含了很多微小的元器件，构成要素包括传感器、镜头、镜头支架、软硬板等，由于现在手机要求轻薄短小，在加入相机功能之后，在已经非常狭小的空间中塞入相机模组，不仅考验零组件厂商，更是考验手机厂商，相机的成像质量与每一个拍照组件有关。

　　在说起手机的拍照功能时，相信大多数人会说出像素是300万或者500万，承认，像素是拍照手机非常重要的指标，但是它不是衡量一款拍照手机好坏的绝对标准。

手机镜头组件非常之精密

　　手机上的传感器与老式相机中的胶卷功能相似，它可以将光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由手机内部的存储器保存。

Exmor CMOS影像传感器

　　传感器决定了像素的多少，像素的多少又决定能成像的大小，一个像素就是一个CMY三原色色彩点阵，一幅图像是由很多这样的点阵组成的，它和清晰度是有关系，但是对于现在像素越来越高的手机来说，清晰度还要取决于你观看的介质。

你相信这是用手机拍的吗？（机型：诺基亚N8）

　　例如，200万像素的照片和320万像素的照片打印在3.6寸大小的照片纸上其给人的视觉清晰程度可以说是一模一样的，说的更简单些就是像素越高，拍出的图片就能被放得越大，而且不至于失真。

成像质量取决于用什么传感器

　　如果像素在一个级别，成像质量就取决于传感器和镜头质量，甚至与RAW（CMOS 得到的原始数据）转换为JPG计算的计算过程有关。

　　目前，市面上手机使用的主流相机传感器有两种类型，CCD和CMOS，受制于多种因素，目前手机使用的传感器多为CMOS，在后面我会为大家讲解CCD和CMOS优劣势，以及手机选用什么样的传感器更为合适。

传感器尺寸很重要

传感器尺寸决定了成像质量

　　CCD/CMOS传感器的尺寸很大程度上影响了相片的成像质量，传感器尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。单反相机中的传感器尺寸要比卡片机大很多，佳能EOS 1Ds系列和尼康FX系列的传感器尺寸为36mm×24mm，达到了35mm胶卷的成像面积，称之为全画幅相机，当然成像质量更好。一般情况下，500万像素的背照式CMOS要比800万像素传统CMOS的拍照效果好。

手机上的背照式CMOS传感器

手机上的传感器异常纠结

　　但是，大尺寸的传感器需要更多的空间装配，在手机这样“稀土如金”的设备上，还是不要奢望拥有太大传感器。诺基亚N8采用的传感器尺寸为1/1.83英寸，成为目前传感器尺寸最大的手机之一。

诺基亚N8的拍照镜头

　　同时，笔者要在这里纠正一点，不是像素点越高越好，相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事，但这也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。除非在维持单个像素面积不减小，增大CCD/CMOS的总面积的前提下，这在手机上是不敢想象的。

镜头组件对成像质量的影响并不明显

　　拍照镜头组件的质量与传感器的成像质量有很大关系，在数码相机上可以这么说，在手机上就不是这样了。镜头获取光线并且投射到传感器上，看似是最重要的部分，实际上对于手机不怎么重要，也可以说影响不大，因为再好的镜头对于手机都没有太大的意义，手机镜头尺寸不可能做到多大，这就注定镜头一定是软肋，不是加一个认证就能解决问题的。

手机厂商不会把详细镜头参数告诉我们

　　使用小尺寸镜头，焦距和光圈都只能悲剧，这也是为什么一般拍照手机不把这些数据提供给客户的原因，因为实在是拿不出手。手机是不可能装载高质量镜头的。数码相机随便一个镜头都比手机的大，如果镜头很小也能获得很高的质量成像效果，那数码相机还有必要配备这么大的镜头吗？事实上，手机装配的大都是最简易的定焦镜头，或者是数码变焦镜头（非光学变焦），手机跟手机之间镜头对拍照质量的影响并没有我们想象的那么大。

　　通过前面的解析我们已经知道，一款手机能否拍摄出出色的相片，关键在于传感器的质量，这包括传感器的类型与尺寸。我们也已经知道，市面上手机使用的主流相机传感器有两种类型，CCD和CMOS，受制于多种因素，目前手机使用的传感器多为CMOS，只有极少数的手机采用了CCD材质传感器。那么，到底CCD和CMOS各有什么特点呢？谁的表现更好，谁又更适合与手机搭配使用呢？下面我们一起来解密。

什么是CCD？

　　CCD是电荷耦合组件（Charge Coupled Device）的简称，它内部的半导体材料能把光线转变成电荷，转换成数字信号压缩以后保存起来就变成我们存储卡中的照片了，中间的过程非常复杂，在这里我们不再详解。

CCD感光元件

　　CCD就像传统相机的底片一样的感光系统，是感应光线的电路装置，你可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子，铺满在光学镜头后方，当光线与图像从镜头透过、投射到CCD表面产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。CCD像素数目越多、单一像素尺寸越大，收集到的图像就会越清晰。

什么是CMOS？

CMOS感光元件

　　CMOS则是附加金属氧化物半导体组件（Complementary etal-Oxide Semiconductor）的简称，它和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。只是CMOS是利用硅和锗这两种元素所做成半导体，原理与CCD没有太大的区别。那么，CCD和CMOS各有什么利弊呢？请翻页查看。

CCD和CMOS各自的利与弊

　　我们可以从技术的角度来比较两者主要存在的区别：

CCD和CMOS的技术原理图

一、速度有所差别

　　CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的输出信息，速度较慢；而CMOS传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图象信息，速度比CCD快很多。

二、耗电量区别对手机影像明显

　　CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势，对于电量本来就不足的手机来说更具优势。

三、成像质量不同

　　CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有一定优势。由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪声对图象质量影响很大。

四、在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜

　　到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下。而CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多手机生产厂商采用的都是CMOS镜头。现在，市面上大多数手机都采用的是CMOS摄像头，极少数也采用了CCD摄像头。

手机选用什么传感器最好？

　　手机上使用CMOS传感器好还是CCD好？也许这是网友们最关心的问题，如果是数码相机的话，必须首选CCD，因为成像质量好，而如果是手机的话，选择CMOS无疑。

　　手机必须拥有绝对小的体积，摄像头的体积必须要控制在最小，这方面CMOS要比CCD占优势。对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，对于手机来说也是福音。另外，耗电量也是手机选用CMOS传感器重要的因素。

苹果iPhone 4和索尼爱立信MT15i均采用背照式CMOS传感器

　　所以，我们在选购手机的时候不要一味看中CCD传感器，其实，对于手机这样的产品来说，CMOS是更好的选择，成像方面，CMOS和CCD的差距也越来越小，尤其背照式CMOS传感器的出现更是缩短了两者的差距。关于背照式CMOS传感器我们在此前的《背照式镜头+全幅对焦 手机拍照全解析》一文中有详细解析，敬请查看。

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