愛伊米

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

最近這段時間整個手機行業中的熱門話題,毫無疑問就是小米12S Ultra(下文簡稱為米12SU)了。作為小米與徠卡達成戰略合作後推出的首款頂級旗艦影像機型,這款機型身上可以說是圍繞了太多的光環。

無論是行業首發的1英寸索尼IMX989主攝CMOS,還是兩枚主攝級的IMX586超廣角和潛望式長焦副攝,又或者是小米手機史上首次全鍍膜、透過徠卡認證的鏡頭用料,這些在當下都無疑是頂級的影像配置。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

從米12SU釋出後,大量媒體、攝影達人、評測機構的反饋來看,小米這次在手機影像方面明顯是“找對了方向”。在徠卡的聯合調校下,米12SU無論是拍照模式、還是成像風格,相比以往都有了極大的改變,不再單純強調引數上的領先,而是明顯更照顧使用者的“觀感”。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

當然,被米12SU熱度所吸引而來的,不只有手機和攝影的愛好者,也會有更加較真的硬核玩家。幾天前,就有網友透過拆機發現,米12SU的主機板上還有一顆標註著“C2”的晶片,疑似是目前還未啟用的“澎湃C2”獨立ISP。

又比如說,最近還有使用者透過拆機、測量發現,米12SU配備的這顆IMX989主攝CMOS,其對角線長度似乎並沒有達到我們通常所認知的“1英寸”。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

很顯然,這一發現很快就引發了網路中的討論。甚至就連GSMARENA這樣的媒體都親自下場,稱“在相機領域,1英寸有時可以指代一種尺寸範圍,而不是一個精確的測量結果”,並表示“這樣的情況在每個相機和手機制造商那都是一樣的。”

那麼,GSMARENA的這番說法對嗎?

相機行業有自己的“英寸”,但這並不是一個“範圍”

在進行技術解析前,我們首先要解釋一下什麼是“英寸”。

簡單來說,英寸(inch)是英制長度單位的一種。而在公開資料當中可以很輕鬆地查到兩條關鍵資訊,

其一,是“1英寸”等同於公制單位的2.54cm;其二則是

在英制長度度量方式中,1英寸以下的長度用分數而非小數表示。

例如,1。27cm轉換成英寸就只能寫成1/2英寸,而不能寫成0。5英寸。要問為什麼,那就是“歷史沿襲”、是“約定俗成”。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

明白了這些,我們再回過頭來看米12SU後攝模組中那顆IMX989主攝CMOS的對角線尺寸,究竟是多長呢?答案是約1。6cm。

看到這,可能有的朋友會說,差這麼多不算虛標嗎?

別急,這其實同樣是個“約定俗成”的問題,甚至可以追溯到上世紀30年代。當時,第一代“電子攝像機”被髮明出來,而其核心部件是一種被稱為“攝像管(Camera Tube)”的、最初的光電訊號轉換裝置。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

這就是攝像管

從原理上來說,“攝像管”其實與後來的CCD、CMOS其實大同小異。這也就意味著,它當然也有著各種不同尺寸、不同感光面積的規格之分。

然而正如大家所見,“攝像管”是一個長長的、由厚玻璃包裹的管狀物體,其“感光面積”只有頂部中心的一小塊區域。那麼問題就來了,在當時標定“攝像管”的尺寸規格時,所指的是哪一種尺寸呢?

A. 包括玻璃外殼在內,整個攝像管的整體直徑;

B. 中心感光區域的直徑。

答案是A。

沒錯,這其實就是整個影像行業“感測器尺寸”衡量方式的源頭。並且“1英寸CMOS”從來都不是指CMOS感光區域的對角線長度為1英寸,而是指“等同於1英寸直徑攝像管所具備的感光區域尺寸”。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

請注意,這個規格並不是僅限於手機上,而是適用於所有的數碼成像裝置。也就是說,

只要我們以“英寸(或者說吋)”這個單位去形容影像感測器的尺寸,指的都是“等效於多少英寸的攝像管”,從來都不是指CMOS本身的對角線長度。

也就是說,判斷米12SU的主攝CMOS“是不是真的1英寸”,不應去測量其CMOS對角線長度是不是2。54cm,而應該去測量它的CMOS是不是與其他的“1英寸相機”CMOS一樣大,這樣才更嚴謹。

CMOS尺寸其實還有兩套不同的標準

現在大家已經知道,“1英寸CMOS”的對角線尺寸不可能是2。54cm(1英寸),那麼“真正的”尺寸應該是多大呢?

答案是1。6cm,確實也就是米12SU此次採用的IMX989對角線長度。那麼以此類推,1/2英寸的IMX598,“真正的”CMOS對角線尺寸就應該是0。8cm了嗎?

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

是的,但這裡其實就會引出第二個問題,如果一款CMOS的“尺寸”大於等於1/2英寸,那麼實際尺寸基本上可以視為1英寸=1。6cm對角線長度;但如果一款CMOS的尺寸小於1/2英寸,則計算方式就需要再進行一次改動,換為1英寸=1。8cm對角線長度。

為什麼會這樣?其實問題還是出在前文中所提及的“攝像管”上。道理也很簡單,當攝像管越做越小後,並不是所有元器件都會“等比縮小”。或許是因為技術的進步,總之小於1/2英寸半徑的攝像管中心部分的實際感光區域佔比,反而會比大尺寸半徑的型號更高一些。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

於是乎,同樣是因為長年累月下來的“預定俗成”,CMOS尺寸的真正計算方式,就這麼被硬生生地“切”為了以下兩個公式。

大於等於1/2英寸的CMOS,按照“1英寸等於1.6cm”來換算對角線長度。

小於1/2英寸的CMOS,按照“1英寸等於1.8cm”來換算對角線長度。

接下來,讓我們做一個簡單的數學題。四顆CMOS的尺寸,分別為1/1。7英寸、1/2英寸、1/2。3英寸和1/2。55英寸,請問它們的實際感測器對角線長度分別是多少?

答案很簡單,分別為1。6/1。7=0。94cm,1。6/2=0。8cm,1。8/2。3=0。78cm,以及1。8/2。55=0。7cm。

發現問題所在了嗎?沒錯,正因感測器尺寸實際上有著兩套換算公式,所以這就導致1/2英寸的“大底”感測器,本質上與1/2。3英寸的“小底”其實是幾乎一樣大的。

雖然手機CMOS在進步,但速度或許沒那麼快

此前我們三易生活在測試米12SU變焦能力時曾提及,在使用10倍焦段成像時,2022年的米12SU使用1/2英寸(IMX586)感測器+5倍光學鏡頭+2倍放大演算法得到的畫面清晰度,與2014年老機型用1/2。3英寸感測器+10倍光學變焦鏡頭拍出的畫面,幾乎在一個水平。

“1英寸”不等於1英寸,關於CMOS尺寸的那點事

2014年老機型配備的1/2。3英寸CMOS,其實與如今1/2英寸是幾無差別的“大底”

現在看來,這不僅僅是因為“原生10倍光學變焦鏡頭”的解析力,足以抵消8年間數碼放大演算法進步的問題。同時還因為1/2英寸的CMOS,實際上與1/2。3英寸CMOS本質上幾乎就是一樣大,只不過因為兩者的計算方式不同,才讓我們產生了兩者尺寸好像有較大區別的錯覺。

同時,這也解釋了另外一個問題,為什麼手機行業在2018年還是以1/2。55英寸作為旗艦主攝的主流標準,到了2019年就“突飛猛進”到1/2英寸?因為實際上,新老兩代CMOS的對角線長度就僅僅只增加了1mm而已,與大家所想象的突如其來的巨大技術進步,其實壓根就沒有發生過。

【本文圖片來自網路】