相机图像传感器参数及其对成像的影响分析

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导读：手机相机系统由镜头、传感器、光圈和ISP（图像信号处理器，一般集成在SoC中）等部件构成，结合软件算法，这几点的优劣基本决定一部手机的拍照性能。在硬件方面，由于体积和成本限制，手机的镜头和光圈并玩不出什么花样，所以传感器的重要性就更加突出。

传感器大小决定了有多少光被捕捉，资料图

目前，出于成本、产品定位和外形设计（摄像头突起）的考虑，手机厂商会在不同机型上使用不同的图像传感器。平时，主流图像传感器的参数，参数对成像的影响，这些都是用户的兴趣关注点。简单来说，有效像素、传感器尺寸和（等效）单位像素尺寸是手机相机传感器的核心参数。

传感器尺寸

 

如果忽略软件算法和其它因素，传感器尺寸越大越好。因为传感器大小决定了有多少光被捕捉。拍照时，传感器上每一个像素都纪录“光信息”，传感器尺寸大意味着更丰富的信息。这也就意味着“大底”传感器能带来更高的动态范围、更广的ISO范围和更少的噪点。直接表现就是明暗条件复杂场景下更好的曝光和细节还原，以及暗光环境下更好的曝光和噪点控制。能在暗光和明暗条件复杂场景下表现优秀的话，手机在其它场景下的表现也不会差。

此外，在其它参数和拍摄条件（距离）一致的情况下，传感器尺寸越大，越能实现物理背景虚化。不管算法抠出的虚化照片有多好，都不如物理虚化来的自然。大多数手机传感器尺寸都不大，所以只能在很近的距离拍出物理背景虚化照片。

然后，在其它参数（镜头焦距）和拍摄条件（距离）一致的情况下，传感器尺寸越大，成像的视角就越大。对于小尺寸传感器设备来说，需要视角更广（焦距更短）的镜头，才能实现合适的视角。

大尺寸传感器的缺点是占用空间大。因为不仅传感器本身大，大尺寸传感器也需要大尺寸镜头来覆盖。镜头和传感器都大的话，手机的厚度和摄像头突起的体积就会不可避免地变高，也会占用手机其它部件的空间。选用什么尺寸的传感器一直是手机厂商需要权衡的。

相机图像传感器，资料图

单位像素尺寸影响什么？

单位像素尺大小决定了传感器的感光能力，越大意味着更好的暗光拍摄能力，最直观的表现是噪点水平。

单位像素尺寸=传感器宽度/照片分辨率宽度

从这一公式可看出，有效像素、传感器尺寸和单位像素尺寸是互相影响的。如果一个传感器的单位像素尺寸大，那一般情况下它的传感器尺寸就不会小。但有些传感器像素太高，这时传感器体积再大也避免不了单位像素尺寸的渺小。这时就会用到素四合一，用四个小像素合成一个大像素，把像素数量降到原来的四分之一。尽量用够大的等效单位像素尺寸来弥补小像素感光能力不足的劣势。

有效像素影响什么？

有效像素越大，解析度越高，照片细节更清晰。但由于大像素会造成单位像素尺寸低下，所以在非光线充足的场景下，高像素拍出的照片噪点会相对明显。目前解决高像素传感器暗光噪点的方法是像素四合一。

索尼和三星统治了智能手机的图像传感器市场，其中索尼市场份额最大，几乎所有主流手机都搭载了索尼的传感器。下图就是2015年之后（不包括2015年）发布的主流手机搭载过的相机传感器主要参数。

资料图

传感器只是影响拍照性能的因素之一

虽然上述说了很多图像传感器规格对成像的影响，决定手机成像效果的因素还有很多。比如ISP、防抖、光圈、镜头和软件算法等，其中软件算法影响很大。假设一部手机的传感器顶级，但软件算法很差，那么这部手机就不能充分挖掘传感器性能，最终成像效果只能算是不错。反过来，在顶级拍照算法的加持下，传感器性能稍微不错的手机能也拍出顶级的照片。所以，传感器只能决定手机拍照性能的上、下限，最终拍照能力具体落在什么高度还要看算法。

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