畫素競爭下的真相 ---- 1/3 吋 CCD CMOS 作成 400萬畫素是否是正確選擇

bv2fb · 2013-02-20T22:40:50+08:00

HTC但這次大膽嘗試新像機概念，將CMOS影像感應器之面積升為 1/3吋，畫素降為 400萬。行動大膽，這種 PM 決策到底是對是錯。消費者要如何從眾多似是而非的雜訊中取得正確的資訊以供判斷。畫素的迷思，人眼到底需要多少畫素才能感覺舒服。一個人那樣高的超級漂亮海報燈箱，它的原圖很少含有超過 100萬真實畫素。經過三色或七色分色噴印後也是只有1000~3000 萬個畫元 (color Sub-pixel)。那在 1920X1080 27吋螢幕，及 3~5 吋小液晶螢幕上需要多少真實畫素。才能感覺清晰。下面這張圖只有600X400= 24萬畫素，是 400萬的 16分之1請按 CTRL+滑鼠滾輪將他縮為4.7吋對角線 (就是你食指到拇指端長度)看看夠不構精細。一個畫面的品質主要是由解析度、對比動態、色飽和、訊噪比....... 決定。解析度 : 主要是由CMOS畫素及玻璃鏡片品質決定。對比動態: 主要是由 CMOS 每個畫元面積加上製程能力決定。色飽和 : 主要是由CMOS 濾光膜及玻璃鏡片品質決定訊噪比 : 除上述外 CDS AGC-AMP DSP 室溫電磁干擾及所有電子元件都有關系。其中則以動態比對畫質影響最大。有人說沒有解析度，動態有何用? 其實解析度也是一種小區域動態比。以現在的主流手機大小厚度，1/3吋CMOS 相機幾乎是極限尺寸，1/2吋或更大之CMOS雖更好，但很難塞入，火山口會很大。 1/4吋體積雖小但會損失動態 33%，所以可能會被漸漸放棄。甚麼是動態舉起你的手機、小相機、拍一下路邊紅綠燈及小綠人，疑!! 怎麼變成小白人，紅綠燈怎麼變成白、白燈加紅綠框。相機壞了嗎? 回家換價值15萬元的高級單眼相機 D-800 加高級鏡頭 24-70mm F2.8 再照一次，噯! 怎麼還是一樣，縮小光圈再照一次，還是一樣，再縮小光圈看看..................這就是動態不足，因為 CMOS 上的三色資訊已全部飽和而無法分出顏色。人眼之桿狀體等效ISO感度約在 800~1600 左右，錐狀體等效 ISO感度約在100~200左右，因人而異。又因網膜上面的感光化學成分可以在30~180秒鐘替換成另一組藥水，所以在暗處一段時間後，ISO 感度會再提高，但是色分辨力會大幅降低。(所以很多夢是黑白的可能是因為比較省電、省記憶體。)人眼之瞳孔光圈一說是約在 F=1:1~1:8 左右，也有一說是 F1:8~1:11 它是用人肉做的自動光圈。在一般生活範圍應可以假設約在 F=1:8 附近網膜底片之動態比因種族而異，有一說是 1,000,000:1 但我認為可能高估了，那可能是含瞳孔自動光圈，加大腦 HDR 多張影像組合計算後的動態-動態比。人眼如果瞳孔不縮放，眼睛不亂動，只看一次，不用大腦做動態 HDR 影像組合，其動態應在 1000:1 ~3000:1 附近。那相片、海報燈箱、螢幕要做到多少對比才能使人眼感到愉快呢?實測結果是要 50:1 以上的動態才能使麻瓜的眼睛覺得可以接受，要 100:1 以上動態才能使經過訓練的眼睛覺得好看。但是既然人眼的本質動態可達 1000:1 以上。那麼它的視覺經驗是可以訓練的，一旦大家都看到過動態好的像片，就回不去了。當人們都發現"對比動態" 比 "解析度"重要時，一場眼球革命即將開始。所以CMOS可能會越用越大，直到能產生 1000:1 之影像。當然如果出現像 BSI那種將感度提升3倍之新科技，就更好，假如類似 Foveon 的方法有大突破，就又有機會再提升2~3倍，順便也可解決 Color Bayer...

this7777

0分

291樓

this7777

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文章編號：41940385

jeffe wrote:
感覺得你說法不太正確...(恕刪)

你說的對也不對...

版主文中的100萬是實際畫素...或真色畫素.

但經過軟體運算是輸出畫素可以超過100萬

而經過軟體運算是可以將黑白輸出變成400萬畫素的..

giorgiowest

43分

292樓

giorgiowest

個人積分：43分

文章編號：41940402

jeffe wrote:
感覺得你說法不太正確...(恕刪)

補充一點，B/W sensor就真的B/W阿

又是一個隨手找的黑白sensor data sheet

思考一個問題一顆 Sony Exview HAD CCD 為啥黑白模式解析度比彩色模式高？

handup

2458分

293樓

handup

個人積分：2458分

文章編號：41940428

話不能說得那麼滿,sony的magic white LCD就是RGBW組成一個pixel,但無論什麼組合,都不是樓主講的BGGR

birdlg wrote:
這邊真的要更正一下,...(恕刪)

forvaio

1656分

294樓

forvaio

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文章編號：41940474

570 wrote:
但這兩者就像是天平的拉鋸，會是一個差不多的平衡比值，就算半導體如合演進，"過低解析的純色元件"或是"過高解析的偽色元件" ...(恕刪)

總結來說，
讓我們期待廠商推出高畫素的3CMOS的手機來吧!

elb

0分

295樓

elb

個人積分：0分

文章編號：41940528

建議樓主不要再執著在像素與像元的名詞上.
Camera sensor 上的pixel cell就是單指一個R或一個G或一個B.
LCD與camera sensor不同,
一般常見的LCD的RGB三個sub-pixel組成一個"Dot",
螢幕講的多少解析度就是在講有多少個dot.
這dot的三個RGB其實就是color filter覆蓋在sub-pixel上.
LCD的dot發出RGB三種光來到肉眼到大腦合成色彩視覺效果,
dot一但發射光出來,就已經脫離數位的世界,由肉眼接收後,
無法再做數位的處理.
除非吃迷幻藥干擾腦袋,或是未來的電子科技與大腦結合.
以LCD的dot發RGB形成白色光為例,利用人眼無法辨識出LCD發出白光是由RGB組成而達成的視覺效果.
所以也沒有所謂LCD業的誠實,CMOS業的虛偽.這只是各自想辦法達到視覺效果.
Camera sensor和LCD是互為逆向的行為.
Dot pattern的形狀與排列是各家廠商的技術,也不敢說LCD就是一定由RGB三個組成一個Dot.哪天來個RGBW四個sub-pixel組成一個dot或是用其他幾何形狀組成也有可能.

至於影像品質, 在CMOS sensor的物理方面也要牽扯到pixel cell上的micro lens聚光效果及位置(CRA角度),以及一個pixel cell上的感光區域究竟佔了一個pixel cell的多少區域(fill factor).
這些都會影響到pixel cell的感光量,多少也是會影響色彩分辨能力.尤其是sensor邊邊角角的地方.

依照樓主的標題而言, CMOS Sensor size變大對影像品質來說方向是對的,但是sensor要夠大, 再搭配大顆lens效果成會更明顯.
再者H牌為何選用4M sensor?是否是廠商客制化及機構位置的限制,
或者是選3M的Marketing策略會不好?5M容易跟近期的做比較?這我比較困惑.
利用4M的CMOS sensor是否可以突破拍照輸出15 fps的問題(30 fps or 60 fps),
CMOS sensor的曝光方式是用rolling shutter,是一條line一條line曝光,
跟CCD sensor整面曝光不一樣.
若frame rate太慢, CMOS sensor在移動時拍直的物體很容易看到變成斜的.
進而改善移動時的實拍,有待後續實機測試.

個人覺得Foveon x3的triple-well pixel很有趣.
對於黑白顏色的邊界呈現比較好,不會像CMOS sensor會因RGB CFA(Color Filter Array)排成Bayer pattern而在黑白顏色的邊界上呈現凌亂的RGB顏色.
據說Samsung也是有意思以有機材料發展x3這種技術.過一兩年再來看看是否有發布成果.

jeffe

64分

296樓

jeffe

個人積分：64分

文章編號：41940702

bv2fb wrote:
若是 HTC 宣稱的 400萬像素其實是業界常稱的1600萬
那麼我的例子就要全部改寫。

可否請 HTC 提供其 CMOS 技術資料，看看到底是
100萬畫素=400萬畫元還是
400萬畫素=1600萬畫元

的確..你的例子可能要改寫了
看官方數據"BSI 感測器，像素尺寸 2.0 µm，感測器尺寸 1/3 吋"
邊長2微米..對半除二..每個畫元(element)=1微米
很合理..沒有啥光過不過的去的問題

farenzo

46分

297樓

farenzo

個人積分：46分

文章編號：41940926

ad47 wrote:
回到本樓的主題，就是內文的計算跟說法不盡正確

ad47 wrote:
因為內插法就是為了把單一顏色像素，旁邊的資訊帶入補足原本缺失的訊息
當然勢必會失真，但絕對比原始資訊更多(猜得好，還可能猜對哩....)

我覺的不能這麼說樓主錯,以原始資料量來說,
它的確就是要算1/3或1/4,
不是bayer pattern的sensor就不能插補點嗎?
雖然不能x3或x4但也能提昇吧?以原始資料量來算我覺得合情合理!

Heel toe bend symphony?

ilovmayday

6分

298樓

ilovmayday

個人積分：6分

文章編號：41940932

問一下，影像軟體縮圖不能達成效果嗎?

跟你相機自動降低到400萬畫素，有差別嗎?

網路上很多美圖都是縮圖來的

JGX

25分

299樓

JGX

個人積分：25分

文章編號：41941276

jeffe wrote:
感覺得你說法不太正確...(恕刪)

樓主要說的是每一個畫元，都可以感覺到光
但是因為每一個畫元得到的光都是經不同濾光片(綠，紅，藍)
有不同的衰退比率，所以經過還原之後
可以求得該畫元得到的光源強度
而光源強度，如果要用黑白來表示(不用管顏色，只管強度)，就會變成灰階的模式
看妳的灰階要用多少格去表示
所以在黑白照片的情況下，畫元的確等同畫素

jeffe

64分

300樓

jeffe

個人積分：64分

文章編號：41941684

this7777 wrote:
你說的對也不對...

版主文中的100萬是實際畫素...或真色畫素.

但經過軟體運算是輸出畫素可以超過100萬

而經過軟體運算是可以將黑白輸出變成400萬畫素的..

你這麼肯定樓主說實際畫素100萬就真的是100萬??那是以他的假說來論

他自己也承認..他並沒有HTC原廠的文件..根本無法支撐他的論點

經過軟體運算的確是可以輸出超過100萬

但是..以原廠提供的數據..單一畫素大小2微米..換算下來一個畫元也有1微米這麼大

幾乎涵蓋所有的可見光..

有何必要把單一畫元做成2微米這麼大?

有興趣看一下歐大所提供的NEW ONE原始檔 2688x1520=400萬

如果它實際畫素只有100萬,剩下的都是經過軟體去輸出運算...

畫質早就抹到一個不行了

真實影像大縮小所造成的影響很小...

但是你要把1百萬真實影像拉到400萬大小...

自己拉看看就知道...放大4倍...這演算法也夠厲害了...

硬體就可以達到黑白400何需要大費周章搞個軟體放大到400萬??

giorgiowest wrote:
補充一點，B/W sensor就真的B/W阿

又是一個隨手找的黑白sensor data sheet

思考一個問題一顆 Sony Exview HAD CCD 為啥黑白模式解析度比彩色模式高？

那是B.W sensor...現在是討論一般color sensor啦...

不過這其實很好理解..

因為B/W sensor就跟一般的diode一樣.不用color filter

只要專職接收可見光波長光子..計算光電流..對應出整體影像對比..

不需要經過混色,一個element就可以成像..利用光電流大小換算灰階強度..

自然解析度就可以做的很高