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      計算攝影大行其道，圖像傳感器還有提升的必要嗎？

      lPCU_elecfans ? 來源：未知 ? 2022-12-20 07:05 ? 次閱讀
      電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）盡管消費市場的圖像傳感器內(nèi)卷不止，隨著計算攝影的發(fā)展，不少人開始猜測，計算攝影是否可以成為解決一切的問題的方案？但各種不同的應(yīng)用證明，圖像傳感器作為一個面世已久又無處不在的元件，單靠計算攝影還是沒辦法實現(xiàn)全方位的提升。

      動態(tài)范圍

      作為一個成像元件，圖像傳感器的動態(tài)范圍決定了明暗部分所能展示出來的細(xì)節(jié)。對于車載圖像傳感器來說，動態(tài)范圍可謂至關(guān)重要，這也是為何目前這類圖像傳感器都選了往高動態(tài)范圍上發(fā)力。
      比如在逆光或者隧道出入口這種明暗反差對比較大的場景中，如果圖像傳感器不能準(zhǔn)確獲取高動態(tài)范圍的信息，就很容易出現(xiàn)亮部或暗部細(xì)節(jié)丟失的情況，這在ADAS場景中是需要極力避免的。人眼的動態(tài)范圍在100db，卻也會在逆光場景中出現(xiàn)信息丟失的情況，所以車載圖像傳感器需要更高的動態(tài)范圍。諸如思特威的SC850AT、豪威的OX03J10、安森美的AR0820等汽車傳感器，都可以做到140dB的動態(tài)范圍。

      Alex 35的圖像傳感器 / Arri
      與此同時，動態(tài)范圍對于專業(yè)攝影設(shè)備來說同樣重要，雖說這種設(shè)備產(chǎn)出的影視作品也是交給人眼來感知的，但更大的動態(tài)范圍意味著更多的明暗和色彩信息被記錄下來，在后期制作的調(diào)整空間也更大。比如索尼的VENICE 2專業(yè)8K攝影機(jī)用到了他們自研的圖像傳感器，該傳感器可以實現(xiàn)16檔的動態(tài)范圍，約合100dB。而Arri的Alexa 35專業(yè)攝影機(jī)則用到了安森美的ALEV 4 4.6K圖像傳感器，可以實現(xiàn)高達(dá)17檔的動態(tài)范圍。

      量子效率和感光面積

      在天文觀測和深空/行星攝影這樣的特殊應(yīng)用中，感光能力最為重要，往往我們認(rèn)為ISO才是影響感光能力的參數(shù)，但它只是影響信號器放大倍率而已，真正影響其感光性能應(yīng)當(dāng)是量子效率，也就是我們常說的QE。

      GSENSE1081BSI / 長光辰芯
      長光辰芯就在近日推出了超大靶面的背照式可拼接sCMOS圖像傳感器GSENSE1081BSI，具備8100萬的超高像素，可以實現(xiàn)最高大于95%的峰值量子效率。因為QE決定了進(jìn)入感光區(qū)域的光子有多少概率產(chǎn)生電信號，所以高量子效率對于捕獲深空天體微弱信號至關(guān)重要。
      除此之外，由于這類傳感器的超大感光面積，在拍攝時景深極淺。我們可以與當(dāng)下手機(jī)的圖像傳感器對比，小米和Vivo新機(jī)都用上的IMX989傳感器尺寸為13.1mm x 9.8mm，而長光辰芯的GSENSE1081BSI感光面積達(dá)到了89mm x 91.2mm，近乎前者的64倍。這就對圖像傳感器本身的制備提出了更高要求，一旦表面存在不平整的情況，就很容易出現(xiàn)失焦的情況，所以長光辰芯用到了表面平整度較高的碳化硅基底。

      快門

      然而，對于一些高速工業(yè)場景來說，動態(tài)范圍、量子效率或感光度等參數(shù)其實都不是最重要的參數(shù)，反而是實現(xiàn)高速拍攝作為第一要求。但這并不是單純實現(xiàn)高拍攝速度，而忽略成像質(zhì)量。傳統(tǒng)的滾動快門（卷簾快門）在噪聲、動態(tài)范圍和感光度上都有著優(yōu)異的成績，但在捕捉高速移動的對象時，難免還是會有些吃力。
      滾動快門在進(jìn)行高速拍攝時，快速移動的物體往往會產(chǎn)生失真形變，這是因為不同位置像素的逐行采樣時間不同造成的，也就是我們常說的果凍效應(yīng)。雖說如今的堆棧式背照傳感器已經(jīng)實現(xiàn)了很高的讀取速度，但也只是解決了我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷母咚僖苿訄鼍?，工業(yè)系統(tǒng)中存在著更多高速移動的場景，所以這才有了全局快門傳感器的出現(xiàn)。
      全局快門在同一時間采集所有的像素，再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，就解決了高速拍攝時的失真問題。但全局快門也有一個取舍的問題，那就是對全像素的采取對處理器都提出了更高的要求，所以往往要做到超高速就要犧牲別的參數(shù)，比如高像素、低功耗等等。
      像索尼的IMX661-AAMR就可以做到1.27億的超高像素，但最大幀率就只能降低至21fps，而長光辰芯的GMAX32152可以做到1.52億像素，最高幀率也被限制在了16fps。Phantom 的超高速攝影機(jī)TMX 7510雖然可以支持到最高30萬的FPS，但其全局快門CMOS還是撐不起這樣的高速度記錄，因此限制在了1280x192和640x384這樣的低分辨率下，要想輸出1280x800這樣的分辨率就只能降至76000fps，像素也只有百萬而已。
      但這樣的像素對于一些運動跟蹤應(yīng)用來說已經(jīng)綽綽有余了，比如AR/VR設(shè)備。如今的AR/VR加上元宇宙概念的出現(xiàn)，也對需要運動檢測的頭戴設(shè)備提出了更高的要求，所以豪威也推出了0G0VE這一全局快門圖像傳感器方案，可以在VGA的分辨率下實現(xiàn)240fps的幀率，功耗卻低至68mW。

      小結(jié)

      從以上幾個指標(biāo)的應(yīng)用場景可以看出，圖像傳感器還有很大的性能提升空間，而這些并非計算攝影在短時間內(nèi)能夠解決的問題，甚至因為追求成像數(shù)據(jù)真實性而不可能去解決的問題。但計算攝影也并非都是用于美顏或景深計算的，在一些機(jī)器視覺應(yīng)用中，計算攝影反而能大幅提高我們的工作效率。所以，未來計算攝影與圖像傳感器雙管齊下才是最完美的方案。

      聲明：本文由電子發(fā)燒友原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明以上來源。如需入群交流，請?zhí)砑游⑿舉lecfans999，投稿爆料采訪需求，請發(fā)郵箱[email protected]。


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      原文標(biāo)題：計算攝影大行其道，圖像傳感器還有提升的必要嗎？

      文章出處：【微信公眾號：電子發(fā)燒友網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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