RGGN 에서 RYYB 까지 휴대전화 센서가 단반공격을 할 수 있나요?

[PConline 잡담] 나도 스마트폰을 뜯어본 적이 없었는데 지난번에 팬텀족 16s 가 좀 끈적하지 않다는 것을 증명하기 위해, 나는 정말 중독되어 핸드폰 한 대를 거꾸로 뜯었다. Sisan 은 카메라가 현재 스마트폰에서 가장 복잡한 구성 요소 중 하나여야 한다고 생각하는데, 일반적으로 PCB 마더보드, CMOS 센서, 스탠드 및 렌즈 구성 요소로 구성됩니다. 하지만 실제로 CMOS 는 주로 사진과 동영상을 담당하고 있습니다. 이 문장 쓰기는 주로 코프하의 가장 기본적인 픽셀 배열이 CMOS 에 미치는 영향이다.

우선, 우리 모두는 사진이' 빛' 의 예술이라는 것을 알고 있고, 빛이 센서에 전달되려면 렌즈를 통해 굴절해야 한다는 것을 알고 있다. 렌즈는 일반적으로 렌즈 (5 개, 많을수록 좋음, 유리 > 수지) 로 구성된 다음 필터 장치를 통해 CMOS (주로 RGB 원색 분판법과 CMYK 보색 분판법, 나중에 자세히 설명) 를 쳐서 촬영하고 싶은 화면을 찍는다. 다른 조리개와 초점 거리의 경우 다양한 장면에서 필드 깊이와 초점 거리의 아름다운 사진을 찍을 수 있습니다. OIS 광학 이미지 안정성은 많은 제조업체의 주요 제품이며, 추가 모터 및 팽이 구성 요소를 통합해야 합니다.

스마트폰의 경우, 많은 업체들의 궁극적인 목표는 단반카메라와 비슷한 영상 품질을 갖는 것이다. 그러나 CMOS 의 물리적 병목 현상으로 인해 휴대폰 렌즈의 조리개는 일반적으로 8mm 에 불과합니다. 이것은 어떻게 단반만을 위한 CMOS 와 경쟁합니까? 따라서 SLR 카메라와의 격차를 좁히는 유일한 방법은 CMOS 이미징의 품질을 지속적으로 향상시키는 것입니다. 사진을 찍는 사람은 모두 "첫 번째 단계는 사람을 억압하는 것" 이라는 말을 알고 있다. 그렇다면 물리적 한계를 돌파할 수 없다면 CMOS 센서의 크기를 늘리는 것이 가능할까요?

그럼 문제가 생겼네요. 현재 가장 얇은 스마트폰은 CMOS 크기를 늘리는 발전 방향에 어긋난다. 예를 들어 역사에 설치된 첫 번째 1/ 1.2 인치 노키아 808PureView 가 있습니다. 이 1/ 1.2 인치 CMOS 센서에 맞추기 위해 노키아 808PureView 카메라의 부분 두께는 17 입니다. 그래서 올해 주력한 IMX586/IMX600 또는 IMX650 은 크기가 65,438+0/2.0 인치와 65,438+0/65,438+0.7 인치에 불과하며 일반 휴대폰에 일반적으로 사용되는 65,438+에 비해

그럼 두 번째 방법으로 CMOS 센서의 입사량을 높이는 것이 가능할까요? 센서의 들어오는 빛의 양을 늘리면 같은 장면에서 밝기가 더 높고, 명확하며, 노이즈가 적은 사진을 찍을 수 있기 때문이다. CMOS 의 경우 센서 크기 증가, 렌즈 조리개 증가, 픽셀당 감광 영역 증가, UltraPixel 하이퍼픽셀 카메라 (냉햄 ONEM7) 도입 등 빛의 양을 늘리는 방법도 많다.

그러나 시장은 UltraPixel 하이퍼픽셀 카메라가 인정받지 않고 렌즈 조리개와 센서 크기가 동일하다는 것을 증명했다. 불쌍한 8mm 휴대폰의 경우 F/ 1.6 조리개는 거의 한계가 있습니다. IMX586 은 QuadBayer 어레이 (소니가 제안한 "4 픽셀 통합" 기술) 를 통해 동등한 싱글 픽셀 감광 영역 1.6μm 을 제공하며, 더 높은 수준의 IMX600 센서는 2.6 μm, 천장입니다.

현재의 기술나무 아래에서 PK 단반을 원한다면 CMOS 센서의 기본 아키텍처로만 시작할 수 있다.

CMOS 의 기본 아키텍처를 소개하기 전에 Bayerarray 에 대해 이야기해 보겠습니다. 우리는 눈으로 다른 색깔을 볼 수 있는데, 주로 우리 눈에는 세포가 서로 다른 주파수의 빛을 감지할 수 있기 때문이다. CMOS 는 카메라에서 다른 색상을 느낄 수 있는 "세포" 이지만 픽셀이라고 부르며 바이엘 배열로 배열됩니다.

역사적으로, 코닥의 이미징 과학자 BryceBayer 는 인간의 눈이 빨강, 녹색, 파랑 3 원색 중 녹색에 가장 민감하다는 것을 먼저 발견해 CMOS 위에 필터를 추가해 1 빨강, 2 녹색, 1 파랑 (RGGB) 배열을 시도했다. 그래서 거의 모든 CMOS 센서는 우리가 흔히 말하는' 바이엘 어레이' 또는' 바이엘 필터' 인 RGGB 배열을 사용합니다.

그러나 CMOS 는 광전 변환 시 색상 정보를 얻을 수 없고, 바이엘 배열은 색상 분판 역할을 하기 때문에 바이엘 어레이에도 결함이 있습니다. 빛이 필터를 통과할 때 동색 광선만 들어갈 수 있고, 붉은 빛은 빨간색 픽셀로 들어가고, 녹색 빛은 녹색 픽셀로 들어가고, 다른 색상의 빛은 차단됩니다. 그래서 우리가 이미지를 만들 때, 우리는 색깔을 얻을 뿐만 아니라, 약간의 명암 정보도 얻었다. 색상 분판은 빛을 필터링할 때도 빛의 일부를 잃고 다른 모든 색상 정보는 손실됩니다. 이것이 시험점이라는 것을 기억하세요: 모두. 따라서 바이엘 어레이에 의해 유지되는 CMOS 는 실제 장면의 색상을 완전히 복원할 수 없으며, 진실에 무한히 접근할 수 있습니다. 가장 가까운 색상을 얻기 위해서는 인접 픽셀의 색상 정보에 따라 해당 위치의 다른 색상에 대한 정보를 "추측" 해야 합니다. 이런' 채색' 은' 반바이엘 조작' 이라고 불린다. 이것은 또한 왜 찍은 사진에' 색칠' 현상이 있는지 설명한다. 이는' 색칠' 부분의 실수다.

이렇게 많이 말했는데, 휴대폰 제조사는 어떻게 개선해야 합니까? 첫 번째는 우리의 RGBW CMOS 구조입니다.

앞서 언급했듯이 사람의 눈은 녹색에 가장 민감하며, 바이엘이 RGGB 배열에서 두 개의 녹색 픽셀을 사용하는 이유이기도 합니다. 녹색 픽셀 중 하나 (G) 를 완전히 투명한 흰색 픽셀 (W) 로 바꿀 수 있을까요? 그래서 첫 번째 4 색 센서가 탄생했습니다. Omnivision(OV) 은 RGBW CMOS 를 출시한 최초의 제조업체입니다. 모토로라의 motoX, MotoDroidMIni 등은 모두 이런 CMOS 를 사용했지만 당시 모토로라는 이 기술을' clearPixel' 기술이라고 불렀다. 유감스럽게도 OV 는 센서 시장과 모토로라에서 모두 내리막길을 걷고 있는데, 이런 RGBW CMOS 센서는 많은 사람들에게 알려지지 않았다.

RGBW 를 진정으로 추진하는 것은 대법의 IMX278 센서 (화웨이 Mate8, 1 더하기 3, vivo X7Plus 모두 이 센서를 사용하고, IMX298 도 RGBW 구조의 CMOS) 입니다. 현재 과거 휴대전화 제조업체의 슬로건은 "저휘도 감도는 32%, 소음은 78% 감소" 로 화웨이 P8 과 매력블루 6T 에 무장했다.

그것은 흰색 픽셀이 녹색 픽셀을 채우는 것만큼 강하다고 말한다. 왜 한 걸음 더 나아가지 않을까요? 녹색 픽셀 두 개를 흰색 픽셀 두 개로 바꾸는 게 좋지 않을까요? 20 15 년, 연발과가 헬프10 을 발표할 때' TrueBright' 라는 이미지 엔진이 출시되었다. 이 기술의 주요 핵심은 RGBW 센서보다 더 큰 광 입력을 가진' RWB' 구조의 CMOS 센서입니다. 아쉽게도 연발과는 헬릭스 20 을 발표할 때도 이 기술에 중점을 두었고, 지금까지도 RWB 가 없었다.

연발과의 RWWB 센서는 이론적 차원에서 여전히 존재하지만, 예를 들어 바이엘 필터를 버리지 않는 이유는 무엇입니까? 전광을 실현하는 것은 CMOS 의 입사 면적을 크게 증가시키는 것이 아닌가? 이에 소니는 전문 IMXMono 흑백 카메라를 출시했는데, 이 카메라는 들어오는 빛의 양이 매우 높아 어두운 조명 환경에서 더 많은 어두운 조명 세부 사항을 기록할 수 있습니다.

물론 장단점이 있다. 단색 흑백 렌즈는 분판 시스템을 제거한 후 색상 정보를 기록할 수 없으며 다른 컬러 CMOS 와 함께 사용해야 합니다. 이중 촬영+알고리즘을 사용하면 기존 RGGB 및 RGBWCMOS 단일 촬영보다 더 나은 야경 촬영 효과를 얻을 수 있습니다. 오늘날까지도 이런 흑백+컬러의 쌍사진 조합이 여전히 인기를 끌고 있으며, 싱글 RGBW 센서는 이미 역사의 장하 속에서 잊혀지고 있다. 。。

이중 촬영의 선구자로서, 또는 시장이 다중 카메라 매트릭스 모듈을 선택했을 때 RGBW 는 이미 시장에서 탈락했다. 단일 렌즈 CMOS 는 더 밝은 입력을 추구하는 목표를 바꾸지 않았습니다. 야간 촬영에서 휴대전화와 프로페셔널 단반 (기타 경품 휴대폰) 의 이미징 격차를 어떻게 더 좁히느냐가 미래의 스마트폰의 중점 발전 방향이다. 화웨이 P30 시리즈와 영광 20 시리즈는 야간촬영을 위한 최고의 스마트폰' 밴드' 로 여겨져야 한다. 센서 사이즈와 조리개 등의 파라미터를 언급하지 않고 단일 픽셀의 감광 면적을 이야기한다면, 이 휴대폰들은 거의 자신의 명성으로 도박을 하고 있다. RYYB 는 단지 두 개의 녹색 픽셀 (G) 을 노란색 픽셀 (Y) 으로 바꿨기 때문이다.

RGGB 에 비해 RYYB 는 필터 과정에서 바이엘 필터로 인한 광 입력 손실을 줄이는 동시에 최대 40% 의 광 입력을 늘릴 수 있습니다. 화웨이 P30Pro 를 예로 들자면, 이 휴대폰의 ISO 는 409600 에 이르고, iPhoneXSMax 의 64 배에 달할 수 있다! 따라서 약간의 빛만 있으면 순수한 검은 환경의 색상 디테일을 포착할 수 있다.

이제 시험을 봐야 할 때입니다. RGBG, 즉 최초의 바이엘 배열에 대해 이야기할 때, 빛은 빨강, 녹색, 파랑의 삼원색으로 이루어져 있다고 하는데, 노란색은 그 중 하나일 뿐이다. 가장 중요한 녹색이 없으면 어떻게 본색을 복원합니까? 따라서 빨간색과 파란색을 더하면 노란색 (R+G=Y) 을 얻을 수 있습니다. 이는 노란색이 녹색과 노란색의 조합이고 밝기가 둘 다 겹쳐져 있음을 나타냅니다. 따라서 삼원색을 리모델링한 후 RYYB 의 CMOS 센서는 RGGB 센서에 비해 색상에 근본적인 변화가 있다. RGGB 의 광학 삼원색은 가색법으로 빛을 흡수하고 어떤 색깔의 픽셀이 빛을 흡수하는지를 나타낸다. R+G+B 는 흰색이고 흰색은 모든 빛을 흡수합니다. RYB 는 감색법으로 반사광을 표시하고, 노란색은 빨간색과 녹색을 반사하며, R+Y+B 는 흰색이고, 검은색은 빛을 흡수하지 않지만, 모든 빛을 반사한다.

이론적으로 RYB 필터는 들어오는 빛의 양을 높였지만, 그 본질은 붉은색의 들어오는 빛의 양을 변변변으로 증가시켜 야경 촬영에서의 표현을 높이는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, RYYB 필터, 역자주, 역자주, 역자주, 역자주, 역자주, 역자주) 동시에 노란색 픽셀이 많기 때문에 편색이 있고, 녹색 픽셀이 적으면 이미징 품질에도 영향을 미치며 채도에 문제가 있을 수 있습니다.

화웨이가 RYYB 센서를 완벽하게 제어하려면 더 강력한 하드웨어 ISP 와 더 강력한 알고리즘이 필요합니다. 화웨이 단말기 휴대전화 제품 라인 사장은 RYYB 필터의 배색 정확도를 보장하기 위해 화웨이가 3 년 동안 조정을 했다고 밝혔다. 그러나 우리가 처음 P30 사진을 평가했을 때, 편광 현상이 있을 수 있다는 것을 발견했고, 나중에 펌웨어 업그레이드를 통해 이런 현상이 점차 줄어들었다.

스마트폰의 이미지길에서 전문화의 우세는 뚜렷한 경쟁력을 가져다 줄 것이다. 맞춤형 CMOS 필터 구조는 제조업체의 강력한 기술력을 구현합니다. 넷째, 셋째, 사진촬영에 대한 독창적인 견해를 내놓고 전통에 도전하고 휴대전화와 단반의 꿈을 이루길 바란다.

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