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大底传感器如何影响设备照片的质量
  • DXOMARK
    • 2023-12-07
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作为测评实验室,DXOMARK长期致力于技术内容的推广,为更多的用户科普科技知识。 这次我们将尝试解码主摄像头的大底传感器如何影响设备照片的图像质量。

首先,我们所说的1英寸传感器并不是指实际测量尺寸为1英寸的传感器,我们应该将此数字理解为1英寸摄像机显像管的等效值。在制造商表述的手机规格中,传感器尺寸通常表示为1英寸摄像机显像管的几分之一。 不过,有些制造商并没有说明智能手机摄像头传感器尺寸,但如果像素数以及像素尺寸已知,就能估计传感器尺寸。

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智能手机摄像头传感器尺寸的比较。虽然眼睛的虹膜不是对光线敏感的部分,但我们在此图中包含了人类虹膜的平均面积,仅作为比较时的一般参考

此外,大底传感器并不一定意味着更高的像素数或更好的分辨率。影响图像质量的是传感器上像素的大小。这是制造商在所需分辨率和图像质量之间的战略性抉择,因为像素越小,信噪比越低,因此产生的图像质量也越低。

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两个传感器包含的像素数相同,但右侧传感器较大,像素也更大,能够摄入更多光线。

在过去的几年间,智能手机制造商一直在增加传感器尺寸,以提高聚光能力。 例如,苹果扩大了iPone 15Pro Max的感光表面尺寸,比iPone 12 Pro Max大了一倍,相当于增益一档。OPPO Find X6 Pro 的面积也比 iPone 15 Pro Max增加了一倍,同样相当于增益一档。

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一些智能手机制造商一直转向更大的传感器。

大传感器的主要优点

在胶片摄影时代,摄影师应对低光挑战的唯一选择就是延长拍摄时间。但如果拍摄对象正在移动,或摄影师手持摄像头拍摄,就可能会产生运动模糊。在数码摄影中,应对低光挑战的解决方案是在纹理(细节)和噪点之间达到良好的平衡。小尺寸传感器通常会在最终图像中产生较低的纹理/噪点比,而大底传感器则是提高这一比率的极佳工具。

低光摄影和摄像通常是拉大小尺寸传感器和大底传感器之间的质量差距的关键领域。大底传感器具有更大的曝光表面,能够摄入更多的光子,而更多的光子意味着更多的信号,即使在低光下也是如此。因此,在所有条件相同的情况下,增加传感器的尺寸可以实现更好的低光性能,夜间摄像就是使用大底传感器提供图像质量的例子。

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以上样张的摄影者拍摄的夜景效果

潜在限制

虽然大底传感器与大光圈镜头搭配会更适合拍摄人像和低光图像,但对于需要大景深的照片(例如风景摄影或集体合照)来说,这样的配置并不理想。景深是人物或物体清晰对焦的距离范围,景深越深,手机就越容易找到正确的对焦方案,有助于提高自动对焦的稳定性。现在智能手机使用明亮的镜头,光圈通常低于f/2.0,与大底传感器相结合,景深就会较前,这就会影响手机用户在拍摄大景深照片时的使用感受。

规格之外

有一些巧妙的方法可以用来调优设备,以获得更好的图像质量效果。调优是充分利用所有可用的图像处理算法艺术,可在图像信号处理(ISP)芯片或摄像头应用程序代码中找到这些算法。这很像烹饪,需要多次尝试和失败才能找到完美的配方。每种场景都有一个配方。

摄像头制造商可以使用多种手段来调优图像效果。其中最重要的是:

1) 增加传感器尺寸

2) 增大镜头光圈

3) 使用光学防抖(OIS)

4) 集成计算摄影,例如图像融合

5) 改进去噪算法

调优能带来改变吗?

拥有出色的硬件有助于调优,因为它可以代替向摄像头应用程序传输更好的信息。大底传感器的型号的噪点和纹理效果更好,但景深较浅,因此很难调优自动对焦,这让调优团队陷入进退两难的困境:是应该关注对焦性能方面?还是在纹理与噪点比上投入更多精力?为此探讨调优对低光性能的影响,我们选择了2022年以来的超高端(>800欧元)智能手机。我们将分析它们低光条件下的得分。

我们观察到,小尺寸的传感器的分数在纹理噪点平衡方面存在一些局限。下图是2022年至2023年一些最佳设备的得分,其中噪点得分可以高达104分。纹理得分可以高达97分。

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我们看到小尺寸传感器的性能有限,而大底传感器的表现可以达到更高水平。

但在另外一方面,使用大底传感器可以在纹理和噪点方面超越这些数字,迄今为止,两款内置1英寸传感器的只能手机都是在低光环境下表现最好的设备。在我们的DXOMARK摄像头V5测试基准下测试时,它们在低光纹理和噪点等测试项目均名列前茅。然而,我们认为使用大底传感器并不能免除在算法和调优方面下功夫的必要性,因为其他内置大底传感器的设备在纹理和噪点方面的得分均低于80分,表现不佳。

结论

智能手机摄像头与大底传感器的搭配在某些情况(例如低光摄影)可以提供一些显著的优势,但并不是唯一的解决方案。经过适当调优的智能软件有时可以补偿小尺寸传感器的不足。在所有条件相同的情况下,大底传感器在景深管理等方面也会面临一些挑战。如果要让设备充分受益于起高性能硬件的优势,正确的调优就尤为重要。因此就图像质量而言,并非传感器越大越好!


上海研鼎作为DXOMARK的总代理,可以提摄像头图像质量评测整套测试方案,详情请咨询sales@rdbuy.com。

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