【摩托车双光透镜灯碗】RGGN到RYYB的手机传感器能逆袭吗？

【PConline闲聊】本来，我也没拆过智能手机，上次为了证明魅族16s是不是有点胶水，上瘾了，把一部手机倒拆了。4 ~ 3认为，目前智能手机中相机应该是物理结构最复杂的因素之一，一般由PCB主板、CMOS传感器(Sensor)、固定器(Holder)和镜头(Lens Ass'Y)组成。但是实际上，主要负责拍照、录制的人由CMOS负责。写这篇文章主要是科普中最基本的像素点排列方式对CMOS的影响吧。

大家都知道，优先拍摄是“光”的艺术，但如果只想通过传感器，就必须通过镜头的折射。镜片一般是镜片(5个开始，数量越多越好，玻璃& gt树脂)、过滤装置(用RGB原色分色)，其他光圈和焦距可以帮助在各种场景中拍摄景深和焦段的精彩照片，很多厂商主打的OIS光学晃动需要集成额外的马达和陀螺元件来辅助。(威廉莎士比亚，美国作家)。

对于智能手机，很多企业的最终目标是拥有与单反相机相似的成像质量。但是，由于CMOS的物理瓶颈，手机镜头一般只开放8毫米，如何对抗单反用CMOS？因此，为了缩小与单反相机的差距，只有不断提高CMOS成像画质的方法。拍照的人都知道“底层一级压人”这句话。所以，如果不能突破物理极限，增加CMOS传感器的大小是否可行？

那么问题来了。现在找最薄的智能手机与增加CMOS大小的方向相悖。比如历史上第一个装1英寸的诺基亚808PureView，为了插上这个1英寸CMOS传感器，诺基亚808PureView摄像头部分厚度为17.95毫米，所以今年主力IMX586/IMX600还是IMX650。这个顶级超大型像素传感器的尺寸也只有1英寸和1英寸。虽然比平时手机常用的1英寸CMOS传感器更“大底”，但比起专业的单人CMOS来说，这就是弟弟。

那么第二条路提高CMOS传感器的入射量是否可行？因为增加传感器传入的光线量，可以在同一个场景中拍摄亮度更高、更锐利、噪音更少的照片。CMOS方面，增加光线量的方法仍然很多，包括增加传感器大小、增加镜头光圈、增加单像素感光区域、引入UltraPixel超像素相机(冷火腿ONEM7)。

但是市场证明UltraPixel超像素相机得不到认可，镜头光圈和传感器大小也是如此。手机可怜的8毫米小姿势，F光圈几乎是极限。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，)IMX 586通过QuadBayer阵列(索尼提出的“一个四像素”技术)可以实现1.6m单像素感光区域，先进的IMX600传感器也可以实现2.

在目前的技术树条件下，如果只想要PK单反，只能从CMOS传感器的底层体系结构入手。

在介绍CMOS的基本体系结构之前，我们先来谈谈拜耳阵列。我们的眼睛可以看到不同的颜色。主要是因为人眼有能感知不同频率光线的细胞。CMOS是可以在相机内感受到不同颜色的“细胞”。只是我们称他们为像素点，并按照拜耳数组排列。

历史上柯达的影像科学家布莱斯。拜耳(BryceBayer)首次发现人眼对红、绿、蓝三原色中的绿色最敏感，因此在CMOS上面添加了过滤器，试图以1红、2绿、蓝(RGGB)的排列方式加入黑白信息。

转换成彩色信息，让呈现出CMOS上的色彩更加接近人眼的视觉效果。因此，几乎所以的CMOS传感器都采用了RGGB排列方式，也就是我们常说的“拜耳阵列”，或者“拜耳滤镜”。

但是拜耳阵列也是有缺陷的，因为CMOS在进行光电转换过程中无法得到颜色信息，拜耳阵列则是起到了分色的作用，光线经过滤镜时，只允许同种颜色的光进入，红光进红像素，绿光进绿像素，其他颜色的光则被挡在门外，因此我们成像时，除了得到颜色外，还多出了一些明暗的信息。分色也会在过滤光线时候，损失一些光线强度，其他颜色信息也会全部损失掉，记住这是考点：全部。所以拜耳阵列加持下的CMOS是永远无法百分百还原真实景物的色彩，只能无限接近于真实，人民为了得出最接近真实的颜色，则需要根据相邻的像素点颜色信息来“猜出”这个位置上过滤掉其他颜色的信息，这种“猜色”环节则被称为“反拜耳运算”。这也解释出为什么拍出的照片会出现“偏色”现象，这是在“猜色”环节中猜错了。

说了这么多，手机厂商应该怎么改良呢？首先则是我们的RGBW结构的CMOS。

RGGB结构

上面也说了，人眼对绿色最为敏感，也因此拜耳才会在RGGB阵列上用上了2个绿色像素。那么我们能不能将其中一个绿色像素（G）换成完全透光的白色像素（W）呢？所以第一款四色传感器诞生了，历史上最早推出RGBW结构CMOS的厂商是omnivision（OV），摩托罗拉旗下的motoX、MotoDroidMIni等产品都用过这类CMOS，只是当时摩托罗拉只将这个称谓“clearPixel”技术。可惜OV在传感器市场以及摩托罗拉日渐式微，这种RGBW的CMOS传感器并没有被很多人知晓。

真正将RGBW发扬光大的，则要推索大法的IMX278传感器（华为Mate8、一加3和vivo X7Plus等采用这种传感器，而IMX298也是RGBW结构CMOS）。现在摘抄当年手机厂商宣传口号“低亮度下感光能力可提升32%，噪点降低78%”因此被华为P8和魅蓝6T等手机武装上了。

RWWB结构

上面说了，扣掉一个绿色像素换白色像素就这么强了，为什么不再进一步呢？将两个绿色像素换成两个白色像素岂不是美哉。2015年，联发科在发布HelioP10时，就推出了一项称为“TrueBright”的图像引擎，这个技术的主要核心就是采用了“RWWB”结构的CMOS传感器，这种传感器将比RGBW传感器的进光量更大，可惜的是联发科在发布HelioX20时候还主打的这一个技术，直到现在仍旧没有一款RWWB的CMOS出炉，我们可以将其称为“薛定谔的传感器”。

纯黑白结构

虽然联发科的RWWB传感器还是是理论层面的存在，但是我们还可以拿来“借鉴借鉴”，比方说为什么不丢掉拜耳滤色镜呢？让CMOS实现光线全透岂不是极大增加了CMOS的进光面积？于是，索尼推出了专业的IMXMono黑白摄像头，拥有极高进光量，暗光环境下可以记录更多暗部细节。

有利当然也有弊，去掉分色系统后，Mono黑白镜头无法记录彩色信息，所以必须搭配另一颗彩色CMOS使用，通过双摄+算法的方式来获得比传统RGGB以及RGBWCMOS单摄更好的夜景拍摄效果。时至今日，这种黑白+彩色的双摄组合还是非常的流行，单摄RGBW传感器则被遗忘在历史的长河中。。。

RYYB结构

作为双摄的先驱者，或者说市场选择了多摄矩阵模块吧，RGBW已经被市场淘汰了。单摄CMOS对于最求更高的进光量这个目标一直没变，如何进一步完成拉近手机与专业单反（其他竞品手机）在夜拍时候的成像差距，是现今智能手机的未来重点发展方向。华为P30系列和荣耀20系列应该算是时下夜拍效果最好的智能手机“班带”了。如果不谈传感器尺寸和光圈以及单个像素感光面积等参数，那么这几款手机几乎是拿自己口碑去赌博，因为RYYB就是将两个绿色像素（G）换成黄色像素（Y）替代。

和RGGB相比，RYYB可以减轻拜耳滤镜在滤色过程中带来光的进光量折损问题，同时可以让进光量提升40%之多。以华为P30Pro来说，这款手机的ISO居然可以达到409600，是iPhoneXSMax的64倍！从而只需要一丝亮光即可拍摄到纯黑环境下的颜色细节。

现在开始考试啦，上面在说RGBG，也就是最开始的拜耳阵列时说过，光是由三原色红、绿和蓝组成的，而黄只是其中之一，少了最关键的绿色又该如何还原真实的颜色呢？为此，黄色可以将红色+蓝色（R+G=Y）来获得，这也说明黄色是绿色和黄色的结合，在亮度上是由两者叠加。所以将三原色重塑后，RYYB的CMOS传感器在色彩上将于RGGB传感器有根本性的变化，RGGB光学三原色是加色法，表现的是吸收光，什么颜色像素吸收什么颜色的光。R+G+B即是白色，白色会吸收一切光。RYB三原色则是减色法，表现的是反射的光，黄色反射红色和绿色，R+Y+B是白色，黑色是不吸收光的，反射一切的光。

从理论来说，RYYB滤镜虽然提升了进光量，但是本质还是变相增加红色的进光量而已，从而提升在夜景拍摄中的表现。同时也因为黄色像素较多，会出现偏色问题，绿色像素的缺少也将影响成像质量，饱和度会出现问题。

华为想要完美驾驭RYYB传感器，则是需要一套更加强大的硬件ISP和更加强大的算法。华为终端手机产品线总裁就表示，华为为了保证RYYB滤镜的调色准确性，付出长达3年时间来调教。但是我们在刚开始评测P30的照片时候，就发现了会出现偏色的问题，随后通过固件升级这个现象才慢慢变少。

总结

在智能手机的影像道路上，特定化的优势会带来显著的竞争力。而定制的CMOS滤镜结构则体现厂商技术实力的强悍，四三也希望有观点厂商拿出自己对于拍照的独特看法，挑战传统，实现手机战单反的梦想。