索尼又推黑科技 手機拍子彈出膛不是夢

前幾天我寫了一篇有關拍照pose的文章，幫大家匯總了一些擺起來不費勁卻又非常美的pose，也感謝大家在文章下面的跟帖回復。今天我們把話題轉個方向說點比較硬的東西，爭取深入淺出。

自從去年2月索尼IMX318發佈後，影像巨頭索尼公司已經有一年時間沒有推出令人眼前一亮的感光元件（CMOS）了。即便去年和國內少數手機廠商合作定制了諸如IMX386和IMX398這樣的CMOS，但終究還是原有在售CMOS基礎上的小改款而已。

索尼又推黑科技 手機拍子彈出膛不是夢

就在前天也就是2月7號，索尼在其日本官網上發佈消息稱，它們研發出全球首款三層堆疊式CMOS。這款CMOS相比原有的堆疊式CMOS增加了DRAM層，大幅提高CMOS的資料處理能力，令其可以拍攝最高1000fps的超慢速視頻。那麼下面就跟大家介紹一下這款索尼最新的CMOS吧，雖然索尼現在還沒給它起好名字。

首先用一張列表介紹一下這款全新的索尼CMOS基本參數：

由於這款新感光元件還在開發期沒有商用，索尼暫時沒有為其正式命名。從規格上看，這款CMOS的圖元值為2120萬，最高可以拍攝5520*3840解析度的圖像。CMOS對角線長度7.73mm，尺寸1/2.3英寸，單個圖元面積為1.22μm。支援1/120秒內讀取1930萬圖元圖片並拍攝最高1000fps的超慢速視頻，架構為傳統的拜耳陣列。

主流索尼Exmor RS堆疊式CMOS的參數對比

從上面的參數來看這款CMOS將主要發力點放在了高速處理和視頻拍攝上面。從靜態圖像參數上講，2120萬圖元的數位在索尼自家的Exmor RS CMOS中也屬於比較靠前的位次，1/2.3英寸的CMOS面積同樣位次靠前，可以提供相對不錯的畫質輸出。單位圖元1.22μm不及自家一些1.44μm的產品，與HTC的UltraPixel 2μm相比也有不小差距。拜耳陣列是傳統的RGBG結構，與IMX298和IMX398的RGBW架構不同，所以綜合來看在進光量上面可能會吃一些虧。

早在2012年8月索尼就推出了堆疊式CMOS架構，它使用有信號處理電路的晶片替代了之前常見的背照式CMOS圖像感測器中的支援基板，在晶片上重疊形成背照式CMOS元件的圖元部分，從而實現了在較小的晶片尺寸上形成大量圖元點的工藝。由於圖元部分和電路部分是獨立設計的，因此圖元部分可以針對高畫質優化，電路部分可以針對高性能優化。

這次，索尼將CMOS架構做出了調整，在圖元層和電路層之間新加入了DRAM層（動態隨機存儲單元），這一部分在整個CMOS模組當中充當緩存角色，用於存儲圖元層獲取到的圖像資訊，因此大幅提升了感測器處理資料的速度。根據索尼方面的資料，新CMOS可以在1/120秒內讀取1930萬圖元的圖片，這個速度比自家的旗艦級CMOS IMX318快上4倍。

同時，雖然資料處理速度大幅提升，但DRAM層的加入並沒有對整個CMOS模組的能耗造成拖累。加上依舊保持堆疊式CMOS體積小的優勢，可以被應用在某些追求超纖薄的智慧手機上面，符合智慧手機整體纖薄化的發展趨勢。

驚人的960fps如何實現?

在傳統的智慧手機上使用的感光元件主要有CCD和CMOS兩種（當然現在已經罕有手機會用CCD了）。以往的CCD感光元件多數使用的是全域快門，感測器上的所有圖元同時進光，再轉化成電信號。這種快門設計應對高速抓拍得心應手，可問題是需要提高每個圖元的面積，這樣CCD的總圖元數就不能做得很高。如果大家有印象的話，早年一些搭載CCD感光元件的手機圖元普遍低於800萬。

捲簾快門和全域快門的區別

而捲簾快門和全域快門不同，它是通過感光元件逐行曝光的方式實現的。曝光開始後感光元件逐行掃描逐行進行曝光，直至所有圖元點都被曝光。這種有點類似於卷門簾的工作原理讓人們給它起了這樣的名字。捲簾快門雖然能讓感光元件的圖元做高，但缺陷在於拍攝高速移動物體時，一旦曝光時間較長或者逐行掃描速度不夠，畫面就可能產生傾斜和晃動。這在攝影上被稱作果凍效應。

以往不管是多麼高端的感光元件，只要使用捲簾快門拍攝高速運動物體，果凍效應基本都無法避免。但在索尼研發的這款全新CMOS上，雖然快門還是捲簾快門，但由於DRAM層的加入提高了CMOS的資料處理速度，以更凝固的瞬間記錄下的畫面中，果凍效應的影響被大大減輕。上面是索尼公佈的一組對比圖，左面是1/30秒下的逐行掃描圖像，右面是全新CMOS的1/120秒逐行掃描圖像，明顯可以看出右邊圖像中移動的火車頭前端，傾斜的狀況（果凍效應）得到了顯著的修正。

早年的iPhone 6 240fps慢速視頻

這款全新CMOS的另一個賣點就是可以拍攝出史無前例的1000fps超慢速視頻。我們知道現在一些手機拍攝出的240fps慢速視頻已經能夠記錄下針紮氣球、水滴濺落的瞬間了。然而這些效果在索尼這款最新CMOS面前都是戰五渣，畢竟最高1080p解析度的1000fps超慢速視頻效果不是吹的（索尼IMX318最高支持1080p 120fps的慢速視頻拍攝）。

索尼三層堆疊式CMOS拍攝的960fps超慢速視頻

能夠實現這個壯舉自然有賴於全新CMOS上增加的DRAM分層，前面提到了這個分層是專門用來存儲圖元層獲取到的圖像資訊的。類似1080p解析度記錄1000fps慢速視頻需要處理海量的資料，這時候DRAM分層就派上了大用場。上面是索尼官方在YouTube上公佈的一段視頻，裡面有使用這枚CMOS拍攝的最大960fps（實際輸出值）超慢速畫面。所有細微動作無縫連接，重播過程可以做到不遺漏任何重要瞬間。

總的來說這款索尼最新研發的CMOS在視頻拍攝方面下了不少功夫。全新的三層堆疊式結構令整個CMOS模組的資料處理能力顯著增強，相對有效地解決了果凍效應的影響，另外接近1000fps的慢速視頻所呈現出來的效果相當震撼。目前這款CMOS還在開發調整階段，索尼方面沒有公佈它的商用時間和售價。對於手機廠商而言，在靜態照片的性能提升空間已經很小的現狀下，這款全新CMOS的推出可以讓廠商在視頻拍攝領域找到新的利潤成長點。