随着智能手机的发展，由多个紧凑型相机模组（Compact Camera Module CCM）组成的多摄模组逐渐成为了手机影像系统的主流，前段时间发布的 OPPO Find X2 Pro 也不例外，与今年大多数旗舰搭配的四摄甚至五摄系统不同，OPPO Find X2 Pro 选用了看似保守的三摄组合，但就是这样的一组组合，让它一举斩获 DXOMark 124 分，获得摄影排行并列第一的佳绩。
我们知道，影像系统是妥协的艺术，如何在空间占用与性能间取得平衡一直是近些年来的热门议题。
少而精悍，是我认为对 OPPO Find X2 Pro 相机系统的最佳注解。
OPPO Find X2 Pro 使用了由 1/1.43“ 1.12um QuadBayer CFA 2x2 OCL 的 4800 万像素 IMX689 主摄，搭配 f/1.7 和支持 OIS 的镜组，超广角则是由 IMX586 CMOS 担任，这枚 CMOS 在去年的旗舰机的主摄上被广泛使用，配合的超广角镜头的光圈为 f/2.2，中长焦则是使用了带 OIS 的 f/3.0 5x 潜望式定焦模组，等效 80mm。
这篇文章会比较长，我想尝试从一个技术发展与选型的角度去看这台机器，以及未来这台机器可挖的潜力。
根据发布会上的资料，该主摄 IMX689 搭载了数个新技术，其中比较亮眼的是 2x2 OCL 技术、12bit ADC、以及 DCG（Dual Conversion Gain），而相比之下，OPPO 在滤色片的选型上则使用了经典的 Bayer 滤镜的变种——QuadBayer，这是一枚技术先进而又不激进的 CMOS。
传统 CMOS 的像素结构大致如此，镜头收集的光线穿过微透镜（On Chip micro-Lens，OCL）被二次聚集，经过色彩滤镜，并达到光电二极管，光电二极管吸收光子能量然后激发出电子，电子被电荷阱收集后形成一个电压信号，然后经过放大并进入模数转换，这些数字信号就代表了每个像素的亮度。
光电二极管并不知道所进来的光线是什么颜色的，因此工程师们在每个光电二极管前放置了色彩滤镜，仅让一部分的波长通过，它们按一定的规则排列（CFA，Color Filter Array，色彩滤镜阵列），这样我们就能知道某个特定的像素接受到了多强的某色光，通过对相邻像素信息的比对，最后还原出一张彩色的图片。
其中最经典的就是 Bayer 滤镜排列（coding）的 CFA，它以四个像素为一个单元，每个单元由一个红、两个绿、一个蓝 CFA 组成，因此也被称为 RGGB 排列，作为最早被发明出来的 CFA 排列，在过去几十年中它一直保持着极强的生命力，成为主流色彩传感器的中流砥柱。
在数码成像早期的探索里工程师们尝试过许多其它种类的 CFA 排列，比如 RYYB、CYYM（全补色）、RGBW 等等，但后来实践中发现这些排列在摄影应用中都存在各种各样的问题，尤其是色彩还原方面的，所以它们在还是被丢出去了，现在一般只能在特种设备中（车载摄像头，工业摄像头，etc）看到。
RYYB CFA 会造成严重的色谱萎缩和混叠问题，由于 Y CFA 的关系，其主轴偏离，黄绿色部分饱和度和明度还原都很差劲，此外由于 Y 通道高出一截的量子效率，而采用它的某厂商又没做增益校正，不同明度部分的偏色直接就起飞。
对于手机上的多摄系统来说，如果只有主摄选用了 RYYB CFA，它们之间的色彩匹配也会是一个大问题。
这些东西可能普通消费者完全不会注意，但技术上来说它就是不正确的，这次 OPPO 没有跟着走上奇怪的道路我觉得是要大大夸奖一番的。
由 TechInsights 的报告中可见，像素的发展一直是不断朝着小型化去的，尤其是智能手机发展以后，由于镜头受制于尺寸很难做到高性能，提高后端解析力是提升全系统解析力的一个比较可行的方向。随着单像素尺寸的缩小，从 1.4um 到 1.12um 再到 1.0um，0.9um，0.8um，工程师们遇到了一个问题，像素尺寸已经小到足够小，进一步发展的话甚至会面临 700nm 亚波长问题，因此迫切需要一种既保留了 Bayer 滤镜的优势，又能适应当前技术发展需求的 CFA 排列。
QuadBayer 排列应运而生，在 QuadBayer CFA 下，制造 sub 1.0um 像素的 CMOS 成为可能，它并不完美，QuadBayer 的色彩精度比 Bayer 低，因此在传统相机的 CMOS 上能看到 QuadBayer 的机会并不多。
OPPO 这次选用的是 1.12um 的 CMOS，这个像素大小其实可以继续沿用 Bayer CFA，但是它选择的却是 QuadBayer CFA，这应该是处于两个方面的考虑：一，QuadBayer 4800 万像素平时进行 Binning，输出 1200 万像素的 Bayer 信息，减少后端的计算摄影所需的算力。二，QuadBayer 支持 QuadBayer HDR，给工程师的实现 HDR 提供了一条新的途径。
QuadBayer 允许对角线像素组进行一组长曝光，一组短曝光，相较于传统的 MFHDR（多帧 HDR）技术能降低伪像（artifact），这一技术在同样采用了 QuadBayer 的 GH5s、ZCam E2 的 CMOS 上同样支持，我很期待工程师应用它做出一些有趣的应用。
对于手机摄影来说，在有限的空间里挤进去高画质是很重要的，但拥有弱光下的优秀对焦也一样重要，毕竟谁都不想拍出一张高画质的模糊照片。
传统的 PDAF 技术需要遮掩部分像素，这部分像素不能参与成像，想要拥有更强的对焦就需要牺牲一部分画质，面对这个两难的问题，双核对焦（dual PD）技术应运而生，几年前手机上的 IMX362/363 主摄就是采用了这一技术，它可以在极暗的光线下自动对焦。
不过去年前年随着各种夜景模式的军备竞赛，大家的注意点更多放到了高画质方面，对焦性能暂时退居顾不过来，部分手机 CMOS 使用的 2x1 OCL 已经较好地缓解了这一问题，但本次的 IMX689 CMOS 则是对更先进的 2x2 OCL 进行探索。
上图出自索尼在 2019 年的 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 上一篇名为 A1/2inch 48M All PDAF CMOS Image Sensor Using 0.8um Quad Bayer Coding 2x2OCL with 1.0lux Minimum AF Illuminance Level 的文章，即《一枚使用 0.8um 像素 QuadBayer 排列 2x2 片上透镜的 1/2 英寸 4800 万像素全相位对焦的 CMOS 图像传感器》。
这篇文章分析了 2x2 OCL 技术，认为它是潜在的、未来 CMOS 的技术之一，并给出了这张表格分析几种 CFA 和 OCL 搭配的优劣，看起来 QBC 2x2 OCL 是比较完美的技术？实际上并不完全如此，第一，这张表格的分辨率定义是“单位面积内像素数量”，所以你才会看到 QBC 2x2 OCL 和 QBC 标为 Very Good，Bayer 为 Good（因为能做的像素尺寸会大一点），DPD 为 poor（像素尺寸最大），但如果考虑到实际使用情况，QBC 和 QBC 2x2 OCL 的像素数量要除以 4。第二，如果把色度分辨率考虑进去，那 QBC 和 QBC 2x2 OCL 的分辨率也是要打折扣的。
One was that the crosstalk between different colors was increased at a long wavelength over 500nm in the 2×2 OCL architecture. The other was that the 2×2 OCL architecture had a large QE variation per pixel compared with that of the conventional QBC.By using 2×2OCL, the QE variation of same color pixels and the crosstalk between different colors was increased. However, we reduced them by optimizing the shapes of the OCL and DTI. In addition, by applying a new algorithm to the sample after optimization, we achieved an image with same quality to that using conventional QBC.
文中还指出，2x2 OCL 尽管带来了更好的 Quantum Efficiency（QE，量子效率）表现，但也存在更严重的像素间串扰的问题，但索尼半导体通过改善 OCL 排列和 DTI 的设计，尽可能地降低了这方面的负面影响，并优化了算法，最终实现了和 QBC 相近的成像效果。因此，本次实装 2x2 OCL 的 IMX689 主要的提升还是在对焦上。
2x2 OCL 对对焦的提升主要体现在几个方面：最低照度（Min AF Illuminance Level，和 DualPD 类似，优于 PDAF）、全像素对焦（和 DualPD 一致，优于 PDAF，对焦点密度高）、全向对焦（优于其它技术，同时具备横向和纵向检测能力）、长基线检测能力（long baseline）。
We proposed the QBC 2×2OCL as a potential next-generation high-performance CMOS image sensor.
作为未来 CMOS 的潜在选型之一，这一技术是很有潜力的，也很可能成为未来移动 CMOS 的标配。但就 2020 年的情况来看，投产的 2x2 OCL CMOS 尺寸依旧比传统 QuadBayer CMOS 小那么一点，所以如果追求极致画质，选用更大的、非 2x2 OCL 的 CMOS 的方案，最好要搭配一个激光对焦来增强对焦能力，这个对体积的要求就高了。
OPPO X2 Pro 作为一台体积控制要求比较严格的机器，选择了较高画质、2x2 OCL 的方案是很明智的，这样可以节省下宝贵的空间给其它元器件而又维持了优秀的拍摄体验。
此外由于这块 CMOS 尺寸较大、像素较高，且具备全像素对焦能力，因此理论上可以用裁切 + 相位差生成深度图的方式模拟一些 2x 定焦 + DPD CMOS 才能实现的人像虚化效果，并达到不错的效果，2x2 OCL 也是 OPPO 不增加一颗人像镜头的底气。
ADC，Analog Digital Converter，模数转换器，就是此前我们说过 CMOS 里用来把模拟信号转为数字信号的东西，bit 则是位深，bit 数越高，转换的精度也就越高。
12bit ADC 在相机上并不是什么新鲜玩意儿，但近些年在手机 CMOS 上应该还是头一遭（IMX377/378 这俩设计给紧凑型相机用的 CMOS 虽然被用在手机上过，但从产品线上来说不算手机 CMOS）。
更高精度的 ADC 如果用的好的话可以给后端计算摄影带来许多有趣的应用，此前 Google Pixel 就利用多张 10bit 的图输出 14bit 的计算 RAW，我很期待 OPPO 也能利用 12bit 的 ADC 挖掘一下计算 RAW 的潜力，高精度的 RAW 对于手机修图爱好者来说肯定是福音了，理论上它可以实现更细腻的影调过渡，在重度后期的过程中带来一些好处。
Dual Conversion Gain，Dual Gain，Dual Native ISO 其实说的都是类似的东西，这个技术在相机上不是什么新闻，索尼在 M43、APS-C、FF、MF 幅面上都已经很常见了，手机上虽然有应用，但反而少一点。
简单来说，DCG 技术就是让 CMOS 在高 ISO 的时候切换到另一个满阱容量（Full Well Capacity，FWC）较小的增益，有抑制读出噪声，进而提高高感动态范围的效果，不过由于手机 CMOS 尺寸太小了，噪声是由光的 Shot Noise 占绝对主导，因此这一技术带来的信噪比提升不大，不过能提升一点是一点，没什么坏处。
超广角在我们日常拍摄里最多的是两个作用：一个是借助宽广的视角来尽可能在画面中容纳更多的内容，另一个则是利用广视角 + 线性透视带来的独特观感进行一些手机创作，但近些年在手机摄像上，超广角被开发出了第三个作用，就是利用其宽广的视角为视频电子防抖（EIS）留下裁切余量，现在手机上的各种超稳拍摄大都是基于超广角的，因此有一枚高素质的超广角能对整个影像系统增色不少。
在手机广角（主摄）进行了一轮 CMOS 尺寸的军备竞赛后，多枚大 CMOS 主摄成为了 2020 年的发展方向，而如果要在超广角和长焦主摄中选一个的话，我觉得更应当把宝贵的空间留给超广角。
这次 OPPO Find X2 Pro 用上了去年被广泛用作主摄的 IMX586，这是一个相当稳妥的决策，这颗 CMOS 经历了一年在各个产品上的应用，也收集了相当多的用户反馈，相信调教起来会更加得心应手。
潜望式镜组采用的是三星的 S5K3M5 1300 万像素 CMOS 传感器，这颗 CMOS 被与机身呈 90° 放置，尺寸为 1/3.4"，单像素面积 1.0um。
由于机身体积的限制，OPPO 选择了这一枚尺寸较小的 CMOS 作为潜望式镜组的 CMOS，这枚 CMOS 在日间还是能带来不错的变焦体验，不过弱光下由于尺寸的关系就会比较吃力了。
在标准版 OPPO Find X2 上同样是采用了这枚 CMOS，不过搭配的是传统的直立镜组。
总的来说，考虑到 Find X2 Pro 的机身体积，这是一个稳妥的选择，不功不过吧。
OPPO Find X2 Pro 是一台克制中又透露着狂野性能的机器，摄像头的方案体积控制的非常好，没有过多突起，同时照顾了用户的体验优先把内部空间分配给了广角和超广角。双主摄的方案能够在绝大多数的工况下提供顶尖的画质，同时一颗 80mm 潜望式定焦镜头在用户需要远摄时提供还不错的性能，所有的摄像头都采用了 RGGB 的 CFA，结合 865 SoC 可以提供平滑、色彩匹配的变焦体验。
此内容由惯性聚合(RSS阅读器)自动聚合整理，仅供阅读参考。 原文来自 — 版权归原作者所有。