ay: block;">可拍照手機(jī)已經(jīng)不可否認(rèn)地成為拍攝突發(fā)事件場(chǎng)面的最便利的工具。但是,即使是最隨意的攝影師,也不愿意放棄他們功能獨(dú)立的數(shù)碼相機(jī)(DSC)而完全依賴于可拍照手機(jī)來捕捉重要的畫面。在這種情況下,
圖像傳感器公司和可拍照手機(jī)設(shè)計(jì)人員必須披荊斬棘走過一條漫長(zhǎng)之路,才能使手機(jī)中的相機(jī)真正能與獨(dú)立的數(shù)碼相機(jī)相抗衡。
可拍照手機(jī)所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)包括:使可拍照手機(jī)能夠在低亮度環(huán)境下拍攝更佳質(zhì)量的照片,并增加高性能的功能,如自動(dòng)對(duì)焦和光學(xué)變焦,同時(shí)又不犧牲手機(jī)的超薄外形,或者不增加手機(jī)的成本。
的確,與獨(dú)立的數(shù)碼相機(jī)相比,“可拍照手機(jī)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(fù)責(zé)主流產(chǎn)品業(yè)務(wù)的副總裁Jess Lee指出。這些嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)使得某些供應(yīng)商質(zhì)疑將可拍照手機(jī)的拍照功能升級(jí)到高端數(shù)碼相機(jī)的努力是否值得。
研究表明,“90%的可拍照手機(jī)用戶從來不把他們用手機(jī)拍攝的照片打印出來,”意法半導(dǎo)體(ST)成像產(chǎn)品部行銷總監(jiān)Philippe Quinio指出。
圖:可拍照手機(jī)中的數(shù)字圖像采集與處理鏈。
具體而言,全球可拍照手機(jī)所拍攝的照片中有70億張從未被上傳或打印,CMOS圖像產(chǎn)品開發(fā)商TransChip的產(chǎn)品行銷總監(jiān)Rutie Adar表示。許多消費(fèi)者根本不愿意勞神去學(xué)習(xí)如何把照片從其手機(jī)中提取出來。即使是那些將照片提取出來的用戶,也因?yàn)楦杏X圖像質(zhì)量太差而不會(huì)去將其打印出來。
柯達(dá)公司在可拍照手機(jī)與獨(dú)立的數(shù)碼相機(jī)之間劃了一條鮮明的界線,它稱前者是“一種能照相的設(shè)備”而后者是“一種用于照相的設(shè)備”。如果目前的趨勢(shì)繼續(xù)下去的話,“可拍照手機(jī)將變成一個(gè)特定市場(chǎng)的產(chǎn)品,”柯達(dá)公司戰(zhàn)略關(guān)系部行銷副總裁Nancy Carr說,“你必須正確地把握它,否則就會(huì)失去商機(jī)。”
但是,在實(shí)用性方面的疑慮繼續(xù)困擾著業(yè)界,因?yàn)榭膳恼帐謾C(jī)仍然沒有“即按即發(fā)”和“即按即印”功能,對(duì)于許多消費(fèi)者來說這些都是問題。而隨著百萬級(jí)像素對(duì)可拍照手機(jī)帶來的壓力越來越大,圖像質(zhì)量問題將變得比現(xiàn)在嚴(yán)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(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。這或許會(huì)令消費(fèi)者得出如下的結(jié)論:手機(jī)的拍照不再只是一種玩具功能。但是,單靠一個(gè)高分辨率的傳感器還不能確保照片具有更好的質(zhì)量,同樣不可或缺的是一個(gè)構(gòu)思良好的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì),它可以彌補(bǔ)性能一般的鏡頭系統(tǒng)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(zhàn):即感光度降低、噪聲增加、以及圖像總體質(zhì)量降低。”Future Image旗下的《移動(dòng)圖像報(bào)道》(Mobile Imaging Report)編輯Tony Henning說,“如果鏡頭很差或者原始數(shù)據(jù)處理不好,即使用一個(gè)高性能的傳感器,圖像質(zhì)量仍然可能很差。”
這個(gè)問題的核心在于管理圖像數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。“像素技術(shù)、可以彌補(bǔ)光學(xué)器件不足的圖像傳感器處理算法、以及最優(yōu)的光學(xué)器件規(guī)格是需要具有的三個(gè)基本要素,”ST公司的Quinio說,“缺少任何一個(gè)都可能帶來問題。”
去年,業(yè)界的焦點(diǎn)是放在新的像素架構(gòu)上,以便克服隨著像素尺寸的縮減而出現(xiàn)的感光度下降現(xiàn)象。今年,研究的熱點(diǎn)是自動(dòng)變焦。可拍照手機(jī)一般配備小型固定塑料鏡頭。“沒有自動(dòng)變焦,在60厘米以內(nèi)和20米以外的任何東西都會(huì)變得模糊,”TransChip公司的Adar說。
在今年舉行的3GSM世界大會(huì)上,TransChip公司展示了一種用于可拍照手機(jī)的自動(dòng)變焦技術(shù)。據(jù)Adar介紹,該公司已在提供一個(gè)商用自動(dòng)變焦模型,它采用一個(gè)語音線圈而且已經(jīng)完成跌落測(cè)試。而在該展會(huì)上,TransChip公司公布了一種自動(dòng)變焦傳感器,它采用基于Johnson Electric公司自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)NanoLens與一個(gè)Helimorph驅(qū)動(dòng)器的壓電技術(shù)。此外,TransChip正在研究一種“液體鏡頭”技術(shù),它完全沒有可動(dòng)部件,而且據(jù)說它可以始終保持圖像聚焦。
不過配備自動(dòng)變焦功能的可拍照手機(jī)仍然是一種稀有之物。“對(duì)一個(gè)薄外形的可拍照手機(jī)來說,基于一個(gè)非常簡(jiǎn)單的語音線圈系統(tǒng)的自動(dòng)變焦單元顯得又大又笨,”O(jiān)mniVision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(tǒng)能否通過苛刻的跌落測(cè)試也是另一個(gè)令人關(guān)注的因素。對(duì)可拍照手機(jī)來說,該跌落測(cè)試高度為1.5米,而數(shù)碼相機(jī)的跌落測(cè)試卻沒有這么嚴(yán)格。
現(xiàn)在許多圖像傳感器的設(shè)計(jì)人員正在把他們的注意力轉(zhuǎn)向高級(jí)圖像傳感器和目前可拍照手機(jī)所用的基本塑料光學(xué)部件之間的性能不平衡上,尋求可以填補(bǔ)兩者差距的解決方案。
Dblur技術(shù)公司是一家光學(xué)和圖像處理解決方案開發(fā)商,其行銷和銷售副總裁Guy N. Michrowski列舉了業(yè)界鐘情于新光學(xué)解決方案的兩個(gè)理由。首先,他表示,“傳感器正一日千里發(fā)展著,而光學(xué)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(yè)界必須“從光學(xué)設(shè)計(jì)的物理限制中解脫出來,”Michrowski說。Dblur計(jì)劃用一個(gè)“軟鏡頭系統(tǒng)”來替代物理鏡頭,該系統(tǒng)將一個(gè)Dblur設(shè)計(jì)的定制物理鏡頭與一個(gè)特有的圖像處理IP核結(jié)合在一起。這項(xiàng)技術(shù)的第一個(gè)目標(biāo)將是自動(dòng)變焦功能,但是公司聲稱該基本技術(shù)同樣可用來拍攝出超級(jí)質(zhì)量的圖像,而且還能簡(jiǎn)化光學(xué)變焦系統(tǒng)或大大減小可拍照手機(jī)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(jī)提供一種高倍數(shù)的自動(dòng)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(xué)編碼技術(shù),其新的圖像傳感器可以對(duì)一個(gè)焦距之外的光學(xué)編碼圖像進(jìn)行解碼,并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)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(jīng)通過將廉價(jià)的鏡頭與波前編碼這類處理技術(shù)相結(jié)合的方法,獲得了令人印象深刻的高圖像質(zhì)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(jìn)入市場(chǎng),Microalign公司的微鏡頭表現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景,Olympus公司的棱形鏡頭,出自Johnson電氣公司的壓電驅(qū)動(dòng)器,還有NST(New Scale Technologies)公司承諾的為自動(dòng)變焦和光學(xué)變焦提供既小又輕且皮實(shí)的高功效電機(jī),Henning介紹說,所有這些進(jìn)展將導(dǎo)致“可拍照手機(jī)性能的顯著改進(jìn)”,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(shí),像素設(shè)計(jì)繼續(xù)曲折發(fā)展以提高靈敏度。賽普拉斯半導(dǎo)體去年夏天推出了一種每像素三個(gè)晶體管的架構(gòu),它可以提供高感光度,同時(shí)又不增加像素晶體管的數(shù)量或者不犧牲圖像質(zhì)量。而柯達(dá)公司的Pixelux技術(shù)把針狀光電二極管、四晶體管像素與一個(gè)共享像素架構(gòu)結(jié)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(yè)界第一個(gè)1.7微米像素的圖像傳感器。該公司堅(jiān)信通過像素尺寸的減小,可使可拍照手機(jī)能提供“數(shù)碼相機(jī)的相片質(zhì)量、攝像機(jī)的功能和高清晰度,”Micron公司圖像部副總裁Bob Gove如是說。業(yè)界一些趨勢(shì),如Wi-Fi和WiMax的可用性日益提高、手機(jī)中可移動(dòng)媒體的應(yīng)用在上升等,將使真正的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)移到手機(jī)上變得容易很多。
雖然技術(shù)細(xì)節(jié)還沒有公開,由Blue Run風(fēng)險(xiǎn)投資公司投資的、位于以色列的從事圖像傳感器研發(fā)的新創(chuàng)公司Advasense,計(jì)劃在年底開始進(jìn)行一種圖像傳感器的樣品試驗(yàn),據(jù)報(bào)道,其敏感度性能比現(xiàn)有方案好10倍。
幀級(jí)存儲(chǔ)器
另一個(gè)造成可拍照手機(jī)圖像質(zhì)量和數(shù)碼相機(jī)圖像質(zhì)量有很大差別的設(shè)計(jì)因素是圖像存儲(chǔ)器的利用。在數(shù)碼相機(jī)中,首先對(duì)一個(gè)原始圖像進(jìn)行采集并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中,隨后再處理成JPEG格式,ST公司的Quinio說,而在可拍照手機(jī)中,因?yàn)闆]有幀存儲(chǔ)器,所以原始圖像采集后就必須進(jìn)行立即處理,一般使用一個(gè)小型線緩存器。
Micron技術(shù)公司認(rèn)為把幀級(jí)存儲(chǔ)器集成到SoC傳感器中只是一個(gè)時(shí)間問題。“多圖像幀級(jí)存儲(chǔ)器對(duì)于可拍照手機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻功能來說是必需的,”Gove說。
與此同時(shí),關(guān)于圖像傳感器和圖像信號(hào)處理(ISP)模塊劃分的爭(zhēng)論依然沒有結(jié)束。Qualcomm公司已經(jīng)提倡將圖像信號(hào)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(jīng)研發(fā)出圖像流水線處理算法,這些算法可被壓縮到高端手機(jī)所用的一個(gè)應(yīng)用處理器中。
然而,TransChip公司的Adar爭(zhēng)辯說,ISP和圖像傳感器模塊之間的緊密配合使得手機(jī)生產(chǎn)商能夠更快地把產(chǎn)品推向市場(chǎng)。對(duì)于核心技術(shù)不是圖像處理的基帶處理器公司來說,開發(fā)先進(jìn)的圖像處理算法已經(jīng)變得日益困難,她說,另外,“盡管基帶處理器公司進(jìn)行了投資,但他們發(fā)現(xiàn)無法收回圖像處理所需的額外費(fèi)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(wù)制造不同版本的圖像傳感器以應(yīng)對(duì)不同價(jià)位上可拍照手機(jī)的需要。
作者:吉田順子
