發布日期：2022-07-15 點擊率：52
可拍照手機所面臨的技術挑戰包括:使可拍照手機能夠在低亮度環境下拍攝更佳質量的照片,并增加高性能的功能,如自動對焦和光學變焦,同時又不犧牲手機的超薄外形,或者不增加手機的成本。
的確,與獨立的數碼相機相比,“可拍照手機的可用空間要少20倍,并且它們的成本也需要低20倍,”圖像芯片提供商OmniVision Technologies公司負責主流產品業務的副總裁Jess Lee指出。這些嚴酷的現實使得某些供應商質疑將可拍照手機的拍照功能升級到高端數碼相機的努力是否值得。
研究表明,“90%的可拍照手機用戶從來不把他們用手機拍攝的照片打印出來,”意法半導體(ST)成像產品部行銷總監Philippe Quinio指出。
圖:可拍照手機中的數字圖像采集與處理鏈。
具體而言,全球可拍照手機所拍攝的照片中有70億張從未被上傳或打印,CMOS圖像產品開發商TransChip的產品行銷總監Rutie Adar表示。許多消費者根本不愿意勞神去學習如何把照片從其手機中提取出來。即使是那些將照片提取出來的用戶,也因為感覺圖像質量太差而不會去將其打印出來。
柯達公司在可拍照手機與獨立的數碼相機之間劃了一條鮮明的界線,它稱前者是“一種能照相的設備”而后者是“一種用于照相的設備”。如果目前的趨勢繼續下去的話,“可拍照手機將變成一個特定市場的產品,”柯達公司戰略關系部行銷副總裁Nancy Carr說,“你必須正確地把握它,否則就會失去商機。”
但是,在實用性方面的疑慮繼續困擾著業界,因為可拍照手機仍然沒有“即按即發”和“即按即印”功能,對于許多消費者來說這些都是問題。而隨著百萬級像素對可拍照手機帶來的壓力越來越大,圖像質量問題將變得比現在嚴峻得多。
隨著圖像傳感器分辨率的提高,200萬或300萬像素的圖像傳感器正在變成中端可拍照手機的標準配置。這或許會令消費者得出如下的結論:手機的拍照不再只是一種玩具功能。但是,單靠一個高分辨率的傳感器還不能確保照片具有更好的質量,同樣不可或缺的是一個構思良好的系統級設計,它可以彌補性能一般的鏡頭系統的不足。
“隨著把像素尺寸降低到2.2微米并最終降低到2微米以下,將在下列一些方面帶來明顯的挑戰:即感光度降低、噪聲增加、以及圖像總體質量降低。”Future Image旗下的《移動圖像報道》(Mobile Imaging Report)編輯Tony Henning說,“如果鏡頭很差或者原始數據處理不好,即使用一個高性能的傳感器,圖像質量仍然可能很差。”
這個問題的核心在于管理圖像數據流的系統級設計。“像素技術、可以彌補光學器件不足的圖像傳感器處理算法、以及最優的光學器件規格是需要具有的三個基本要素,”ST公司的Quinio說,“缺少任何一個都可能帶來問題。”
去年,業界的焦點是放在新的像素架構上,以便克服隨著像素尺寸的縮減而出現的感光度下降現象。今年,研究的熱點是自動變焦。可拍照手機一般配備小型固定塑料鏡頭。“沒有自動變焦,在60厘米以內和20米以外的任何東西都會變得模糊,”TransChip公司的Adar說。
在今年舉行的3GSM世界大會上,TransChip公司展示了一種用于可拍照手機的自動變焦技術。據Adar介紹,該公司已在提供一個商用自動變焦模型,它采用一個語音線圈而且已經完成跌落測試。而在該展會上,TransChip公司公布了一種自動變焦傳感器,它采用基于Johnson Electric公司自動對焦技術NanoLens與一個Helimorph驅動器的壓電技術。此外,TransChip正在研究一種“液體鏡頭”技術,它完全沒有可動部件,而且據說它可以始終保持圖像聚焦。
不過配備自動變焦功能的可拍照手機仍然是一種稀有之物。“對一個薄外形的可拍照手機來說,基于一個非常簡單的語音線圈系統的自動變焦單元顯得又大又笨,”OmniVision公司的Lee說,“而且它額外增加了大約4美元的成本。”另外,該系統能否通過苛刻的跌落測試也是另一個令人關注的因素。對可拍照手機來說,該跌落測試高度為1.5米,而數碼相機的跌落測試卻沒有這么嚴格。
現在許多圖像傳感器的設計人員正在把他們的注意力轉向高級圖像傳感器和目前可拍照手機所用的基本塑料光學部件之間的性能不平衡上,尋求可以填補兩者差距的解決方案。
Dblur技術公司是一家光學和圖像處理解決方案開發商,其行銷和銷售副總裁Guy N. Michrowski列舉了業界鐘情于新光學解決方案的兩個理由。首先,他表示,“傳感器正一日千里發展著,而光學部件還保持著老樣子。”其次,隨著最近像素尺寸的減小,“圖像傳感器開始遭殃。”
軟件鏡頭
業界必須“從光學設計的物理限制中解脫出來,”Michrowski說。Dblur計劃用一個“軟鏡頭系統”來替代物理鏡頭,該系統將一個Dblur設計的定制物理鏡頭與一個特有的圖像處理IP核結合在一起。這項技術的第一個目標將是自動變焦功能,但是公司聲稱該基本技術同樣可用來拍攝出超級質量的圖像,而且還能簡化光學變焦系統或大大減小可拍照手機的厚度。
去年收購了CDM Optics的OmniVision公司,承諾在年末為可拍照手機提供一種高倍數的自動變焦功能,被稱作為OmniFocus。該公司聲稱,利用CDM Optics名為Wavefront編碼的專利光學編碼技術,其新的圖像傳感器可以對一個焦距之外的光學編碼圖像進行解碼,并將其轉換成一個景深明顯增加的背景下的清晰圖像。
“Dblur、mniFocus、DxO(圖像處理軟件提供商)和其它一些公司,已經通過將廉價的鏡頭與波前編碼這類處理技術相結合的方法,獲得了令人印象深刻的高圖像質量,”Future Image公司的Henning說,“不過這只是其中的一種方案。”
像Varioptic公司這樣的液體鏡頭目前正在進入市場,Microalign公司的微鏡頭表現出巨大的市場前景,Olympus公司的棱形鏡頭,出自Johnson電氣公司的壓電驅動器,還有NST(New Scale Technologies)公司承諾的為自動變焦和光學變焦提供既小又輕且皮實的高功效電機,Henning介紹說,所有這些進展將導致“可拍照手機性能的顯著改進”,并將成為“最先采納它們的制造商手中的特色王牌。”
與此同時,像素設計繼續曲折發展以提高靈敏度。賽普拉斯半導體去年夏天推出了一種每像素三個晶體管的架構,它可以提供高感光度,同時又不增加像素晶體管的數量或者不犧牲圖像質量。而柯達公司的Pixelux技術把針狀光電二極管、四晶體管像素與一個共享像素架構結合在一起,從而獲得低亮度條件下的高感光度。
Micron Technology公司去年展示了業界第一個1.7微米像素的圖像傳感器。該公司堅信通過像素尺寸的減小,可使可拍照手機能提供“數碼相機的相片質量、攝像機的功能和高清晰度,”Micron公司圖像部副總裁Bob Gove如是說。業界一些趨勢,如Wi-Fi和WiMax的可用性日益提高、手機中可移動媒體的應用在上升等,將使真正的數碼相機技術轉移到手機上變得容易很多。
雖然技術細節還沒有公開,由Blue Run風險投資公司投資的、位于以色列的從事圖像傳感器研發的新創公司Advasense,計劃在年底開始進行一種圖像傳感器的樣品試驗,據報道,其敏感度性能比現有方案好10倍。
幀級存儲器
另一個造成可拍照手機圖像質量和數碼相機圖像質量有很大差別的設計因素是圖像存儲器的利用。在數碼相機中,首先對一個原始圖像進行采集并存儲在存儲器中,隨后再處理成JPEG格式,ST公司的Quinio說,而在可拍照手機中,因為沒有幀存儲器,所以原始圖像采集后就必須進行立即處理,一般使用一個小型線緩存器。
Micron技術公司認為把幀級存儲器集成到SoC傳感器中只是一個時間問題。“多圖像幀級存儲器對于可拍照手機實現視頻功能來說是必需的,”Gove說。
與此同時,關于圖像傳感器和圖像信號處理(ISP)模塊劃分的爭論依然沒有結束。Qualcomm公司已經提倡將圖像信號處理功能從圖像傳感器中分離出來,而讓基帶處理器提供該功能。其它公司也已經研發出圖像流水線處理算法,這些算法可被壓縮到高端手機所用的一個應用處理器中。
然而,TransChip公司的Adar爭辯說,ISP和圖像傳感器模塊之間的緊密配合使得手機生產商能夠更快地把產品推向市場。對于核心技術不是圖像處理的基帶處理器公司來說,開發先進的圖像處理算法已經變得日益困難,她說,另外,“盡管基帶處理器公司進行了投資,但他們發現無法收回圖像處理所需的額外費用。”
其它圖像傳感器公司,盡管原則上同意Adar的看法,但表示他們有義務制造不同版本的圖像傳感器以應對不同價位上可拍照手機的需要。
作者:吉田順子
