苹果新专利曝光：iPhone 向单反画质进军

让手机拍出画质媲美单反的照片一直是手机厂商和消费者的梦想。苹果的一项微型三色分光成像模块技术最近曝光，让业界离梦想又近了一步。数字成像系统的拍摄质量几乎正比于系统中感光元件的面积。单反的拍摄质量远胜于手机，最重要的原因就是前者的感光单元大小是后者十倍以上。


感光元件越大、单个像素的面积越大，相应的宽容度、色彩深度、色域、信噪比等指标就会越好。相同像素的手机摄像头与单反相机拍出的夜景照片差距巨大，可见像素数量并不是照片画质的决定性因素。


受限于手机的体积、重量，手机摄像头不可能做得太大，1/2.3英寸的感光单元已经接近极限了。显然这么小的成像面积是不可能做到与同时代单反媲美的画质的，那么就没有其他的手段来提升画质了吗？


苹果想到了新的方式，将广播电视摄像机上常见的三色分光模组引入小型摄像头中，有望大幅改善摄像头的拍摄质量。常见的摄像头、相机的传感器都是拜耳阵列，传感器上的像素每四个一组，每组包括两绿一红一蓝像素。




这种像素排列方式易于制造，但缺点是每个单色像素实际上捕捉的是彩色光线，像素读取自己需要的色彩信息时会受到光线中另外两种颜色的干扰。这种干扰会带来噪声、并减弱像素的色彩识别能力。反映到输出的图像上就是画面噪点增加、色彩不够准确。


广播电视业的摄像机常用三色分光技术来改善画质。这种技术的原理是用三棱镜将镜头入射光线分为红绿蓝三束，分别照射在三种颜色的传感器上。这样每种颜色的传感器捕捉到的都是单色光线，干扰消失了，画质也就变好了。三片传感器输出的单色图像再经过芯片合成输出彩色成片，实践证明这种成像方式效果非常好，使用三片1/2英寸CMOS的摄像机的夜景拍摄能力甚至超过不少单反拍摄的视频。


过去三色分光系统的体积太大，难以应用在单反等小型相机上，更不用提塞进手机里了。这次苹果的新技术恰恰突破了这一难关，让手机摄像头也可以用上分光成像了。


苹果的方式是将分光镜微型化，然后把三片传感器紧贴分光模块，省去摄像机上的光线通道来缩减体积。同时成像模块不像传统手机摄像头一样是平面化的，而是利用了立体空间来容纳传感器。这样做的最大好处是镜头尺寸不变，而传感器总面积可以达到原来的三倍之多。手机摄像头的镜头很难做大，传统的平面拜耳传感器技术要求镜头尺寸和感光元件面积同步扩大，而分光系统就绕开了这一限制。


这项技术一旦实用化，iPhone就可以装上感光元件尺寸达到现在三倍水平，而体积基本一致的摄像头了。一方面单个像素面积大幅增加，另一方面像素的色彩准确度也会因为分光镜的使用而提升，整体拍摄性能会有一个飞跃。新技术虽然还是无法让iPhone获得单反的成像质量，但也能向这一目标迈近一大步了。


目前并不知道苹果会何时应用这项新技术。由于苹果的摄像头是索尼供应，苹果需要与后者合作才能开发出实用化的分光摄像头来。考虑到这项技术能明显改善画质，想必索尼不会拒绝与苹果联合将其量产。或许到明年的iPhone 7就会搭载全新的分光系统摄像头，让手机拍出画质更出色的照片与视频。

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