最近這段時間,小米14系列新機毫無疑問是整個手機圈最火的話題之一。一方面,因為它首發的第三代驍龍8移動平臺,已經被證明是又一次能效比極高的成功設計,再加上小米這次的調校明顯更偏省電低能耗向,所以也受到了不少消費者的青睞。
另一方面,小米14系列這次首發、且獨佔的“光影獵人900”CMOS方案,更是吸引了眾多的關心。畢竟大家都知道,前代的小米13 Pro可是採用了1英寸大底主攝CMOS IMX989,而“光影獵人900”這次只有1/1.3英寸。在同為5000萬像素的前提下,新款CMOS的單個感光面積其實是略有縮小。
那麼小米是如何讓“光影獵人900”的實際影像表現能夠“以下克上”,實現新機影像實力能夠確實超越前代的呢?一方面這當然離不開ISP性能以及更復雜的機內算法堆棧,但在另一方面,其實“光影獵人900”裡的一項新技術也起到了十分關鍵的作用。
-
而這,就是“歷史悠久”的DCG技術
提到DCG,其實它是Dual Conversion Gain(雙轉換增益)的縮寫。嚴格來說,也並不是非常新的設計。在相機領域,它很早就以“雙原生ISO”的名義,出現在了尼康、索尼、松下的部分高端產品上了。
而在手機行業,最早使用DCG結構的CMOS是2019年5月發佈的三星GW1,至今其實也有好幾年了。
DCG所帶來的好處有哪些呢?簡單來說,大家都知道CMOS的本質是將光信號轉換為電信號的一種傳感器,所以它可以用來拍攝照片或視頻。從表面上來說,CMOS的尺寸越大、表面的光電轉換二極管面積越大,就能捕捉越多的光子、也就是能接收到更多有用的光信號。
但實際上,再大的光電二極管直接“感光”後生成的電信號,其實也是非常非常弱的。所以在任何CMOS上,感光二極管後面都一定會有一個功率放大電路,它可以將圖像電信號放大十幾倍或者幾十倍,這樣圖像電信號才有足夠的強度,可以被手機、相機的ISP讀取,才有後面進一步的處理。
但是具體“放大”多少倍,這裡面就有學問了。當環境光線充足時,CMOS的光電二極管被光信號“撐”得很滿,此時較低的放大倍率可以避免電信號溢出,因此可以更好地體現大底、高像素CMOS的動態範圍優勢(低ISO、高動態、高畫質)。
可如果環境光線不夠,那麼這時信號放大倍率更高的CMOS就更有優勢。因為它們只需要較少的光線就能生成足夠強的電信號,這樣一來,引入的噪聲就會更少,同時ISP也不需要過分的後期“拉亮”、就能降低噪點。
正因如此,部分廠商就想到了直接在CMOS裡“堆”下一高一低兩組不同放大倍率的電路,根據不同的感光場景自動切換,這就是最早的DCG技術、也被稱為“雙原生ISO”。
-
“現代”的DCG,其實又再次進化了
不難發現,早期的DCG技術在CMOS裡的作用其實還比較“單純”,它只不過是起到在白天防止過曝、夜晚抑制噪點的作用。如果僅僅是這樣,那麼它其實未見得會對最後的“畫質”帶來多大的正面作用。
但是在最新的這批CMOS上,DCG的“使用方式”又變得有點不太一樣了。
簡單來說,它們現在無論在白天、還是黑夜,在拍攝照片時都可以在一幀的時間內,同時調用兩路倍率不同的放大電路,來生成兩個強度迥異的圖像信號。然後再由ISP將這同一幀、但感光指標(ISO)不同的圖像進行融合,於是就能得到一張原生帶有極高色深、寬容度極大,同時噪點還很少的高動態範圍照片。
值得一提的是,最早實現這一技術的CMOS,是2020年由小米10至尊紀念版獨家採用的豪威科技OV48C。而OV48C本身與小米14系列配備的“光影獵人900”,就有著相當顯著的技術繼承關係,所以大家應該知道小米14系列新機的主攝CMOS是怎麼回事了吧。
當然,從現階段來說,能支持DCG融合的CMOS並不只有光影獵人900,還包括豪威對其他廠商出售的“兄弟型號”OV50H,以及三星“自產自用”、獨供自家旗艦機型的HM2、HP2,和明年年中可能會被幾款旗艦產品所配備的索尼LYT900。
其中特別值得一提的是,其實IMX989作為LYT900的前身,也是支持DCG融合模式的,但它在這個模式下的功耗比較失控,所以導致各家基本都在這款1英寸大底CMOS上無視了相關功能。結果就使得缺失了DCG的IMX989在面對開啟DCG後的三星HP3、光影獵人900時,反而會在色深、寬容度等方面吃虧,從而使得這些1/1.3英寸“小底”CMOS有了能夠反殺1英寸CMOS的機會。
-
DCG的畫質很好,但是代價又是什麼呢?
從技術原理的層面來說,DCG融合成像本質上其實也是一種“多幀合成”。但是它與傳統的、基於連拍的多幀合成相比,因為是CMOS硬件層面僅用一幀的時間就產出了兩幅畫面,所以可以完全避免連拍式多幀合成的畫面抖動問題。如此一來,便消除了傳統合成算法可能導致的毛邊、鬼影等問題。
但這並不意味著DCG融合成像就毫無缺點,要知道DCG融合產出的照片之所以看起來動態範圍特別大,是因為它“天生”具備超高的色深,擁有比傳統成像方式大得多的色彩信息範圍。
然而高色深也就意味著,要想真正體現出DCG融合照片豐富的色彩、巨大的亮度範圍,就必須要使用高色深、廣色域、超高亮度的屏幕才行。並且圖片查看器App也需要針對這種“HDR照片”做專門的優化,確保其回放的時候不會進行從HDR到SDR的劣化採樣,而是“原汁原味”地呈現出完整的色彩和亮度信息。
縱觀最近這一兩年的手機市場就會發現,其實各大廠商都有在針對這一點去做功課。比如小米手機最近幾代就一直在用12bit的高色深屏幕,比如OPPO從今年年初開始也開始在高端機型普及XDR屏幕和HDR照片技術,而vivo在HDR拍照方面的發力還要更早一點,至少從去年開始就已經有部分機型具備了原生回放HDR照片、正確在屏幕上映射色彩和明暗信息的能力。
但與此同時,這其實也帶來了兩個問題。其一,雖然現在幾大主流廠商的高端機型適配了高色深、高動態範圍的照片拍攝和回放,但它們往往是私有的技術標準。也就是說,某一個品牌拍出來的、DCG融合生成的高畫質照片,在其他廠商的機型上就不一定可以完美顯示出效果。
其二是這種對高色深、高動態圖片的回放能力,往往只在本機的自帶圖片回放App裡起作用,並不能兼容主流社交軟件,一旦將照片分享出去,圖片裡的色彩、亮度信息大概率就會丟失。也就是說自己拍出來看上去很好,可發給別人就沒那個效果了。
最後,雖然手機廠商為了推廣自己的新品,會積極地研發新的照片回放技術、也會配備好的HDR屏幕。但正如我們三易生活此前說過很多次的那樣,如今的主流PC顯示器其實是遠遠落後於手機屏幕技術等級的,也就是說不管手機上拍出來的效果有多好,一旦放到電腦上回放,效果可能都會大打折扣。而且面對這種狀況,除了等待PC顯示器行業自己“慢慢趕上”之外,似乎還真沒有啥好辦法。
徠卡首發“反修圖相機”,但這項技術或更適合手機
徠卡M11-P的“反修圖”功能,對智能手機似乎更有用。