让手机拍照画质提升 解析堆栈式传感器

    手机摄影一直是这两年大家都在关注的重点，而在进入2013年以后有一个名词进入了我们的视线，就是所谓的堆栈式传感器。这个名词往往与另一个规格指标一起出现，那就是1300万像素，在一时间1300万像素的堆栈式传感器成为了手机拍照性能强大的另一种说法，不过他到底是什么东西呢？这是个问题。

手机摄影行大道画质提升是必然

堆栈式传感器是否会成为未来的主流呢

    对于堆栈式传感器传感器本身可能很多朋友心里充满了疑问，这种传感器到底和过去有啥不一样呢？从下边这张图我们可以看到相对于传统的背照式传感器，堆栈式传感器把更多的东西放在了下方，传感器的顶部具备了更多可以安放感光层的空间，这显然可以带来更好的成像效果。

    而且换一个角度，这种方式可以让传感器的感光部分与逻辑部分实现更好的分离，由于逻辑部分往往具备比较高的工作频率和复杂度，所以这种方式也可以在某些程度上减小逻辑部分对于成像部分的干扰。当然这一切都说的很美好，不过实际发展却没有那么的顺利。

索尼半导体官方对于堆栈式传感器的结构解析

    从最终的照片上来看，全新的堆栈式传感器的确带来了不俗的画质表现，几款采用类似传感器的手机新品也轻轻松松打败了过去怨念已久的众多对手乃至于iPhone系列。不过iPhone6如果采用堆栈式传感器会不会继续横扫呢？这就不是我们今天的问题了，还是请大家继续往下看关于堆栈式传感器的那些事情。

历史其实很短暂 一年发展到今天

    堆栈式传感器的历史实际上还是非常短暂的，在笔者的印象里，第一次出现这个东西是索尼半导体在2012年01月23日发布的一篇名为“カメラの進化を実現し続ける次世代の裏面照射型CMOSイメージセンサーを開発”的文章，在这篇文章中索尼方面提出了一种全新的CMOS感光元件的电路结构，命名为积层式传感器（实际上就是堆栈式传感器，不同源于翻译方面），当然开始的时候总是充满了各种各样的幻想和期待。

当年这篇文章的开头部分

    不过计划还是进行的很顺利的，在2012年08月20日索尼半导体成功实现了堆栈式传感器的商品化打样，也在同时明确了IMX135、IMX134、ISX014这3款独立的传感器产品，以及IU135F3-Z、IU134F9-Z、IUS014F-Z这3款附带镜头的整体摄像头模块的出货计划。紧接着我们就在2012年12月12日看到了OPPO Find 5的发布会，这也是世界上首款采用堆栈式传感器的手机产品，之后的事情我们就知道了。

关于这3款传感器的最初规格指标

    目前这3款堆栈式传感器以及对应成像模组的报价笔者已经在上文中给出，不过目前绝大多数厂商感兴趣的只有IMX135这一款高规格大体积的产品，更小的IMX134以及集成更多逻辑运算单元的ISX014并没有太多人问津，可见堆栈式传感器对于手机厂商最大的意义还是在于提高画质，至于他是不是堆栈式其实只是个名字非常的无所谓。

两种滤镜多波折 打样出货隔很久

    作为一种全新形式的感光元件，堆栈式传感器的道路其实并不是那么的顺利，最早的堆栈式传感器其实有着极大的创新之处，那就是抛弃了传统的RGBG（红色、绿色、蓝色、绿色）结构，转而使用了RGBW结构（红色、绿色、蓝色、白色），由于白色像素的本质即为亮度像素，所以这种设计可以非常有效的提升信噪比。

当时这篇文章一出不知道让多少人失望

    全新的RGBW的白色像素灵敏度高达127mV，相比传统同规格产品的80-90mV的灵敏度提升超过了50%的幅度，从索尼官方的资料来看，高ISO效果相当于提升了接近2/3档。而且这种特殊的结构实际上可以输出基准感光度相差不少的数据，轻松实现了暗部HDR效果。

    如此新潮的功能可谓是颠覆性的存在，不过在2012年9月21日索尼方面发布了一则新闻让我们倍感失望，那就是索尼宣布IMX135以及IMX134不在使用研发时新型的RGBW排列像素，而是改用传统的RGBG排列，信噪比也从过去的92mV（绿色）＋127mV（白色）变为了普通的84mV。

索尼官方对于RGBW排列的暗光效果十分满意 显然问题并不处在这里

    虽然索尼方面没有公布这一改变的原因，不过笔者也对感光元件也略有了解，绿色本身就是感光元件当中最不敏感的像素，但是人眼对于绿色的识别却是十分细腻，这也是传统拜耳传感器为何采用2个绿色像素的原因。当然了改回传统的模式虽然看起来有点丢面子，不过却是最为实际而且简单的办法。

手机厂商的美梦 画质从此不用愁

    我们可以看到第一批堆栈式传感器最大尺寸也仅为1/3.06，很显然这是为手机、平板以及类似规格的移动设备准备的，虽然堆栈式传感器开始的算盘打错了，不过我们不可否认，在类似用途的产品当中，IMX135仍然是最为优秀的产品。

OPPO Find5是世界上第一款采用堆栈式传感器的手机 

    事实上我们也看到了，无论是三星的GALAXY S4、索尼的Xperia Z、OPPO的Find5、华为Ascend D2、联想K900、小米2S（32GB）都采用了这块IMX135，这些产品的拍照效果都备受肯定，在阳光下的效果甚至让我们觉得有一些小型相机的感觉，不得不说这块传感器的画质真的有不少的进步。

    从某些角度上来讲，堆栈式传感器已经成为了高画质的代名词，厂商只要选择堆栈式传感器就等于具备了比较好的照片素质。更何况索尼已经开始转变转换策略，从单纯的提供传感器已经衍生到了提供传感器＋镜头组乃至于传感器＋镜头组＋处理器的三重组合。

最终出货的堆栈式传感器与对应的镜头模组

    提供这种组合对于厂商最大的意义在于什么呢？就在于简化设计成本，如果今后索尼再进一步提供拍照软件，那么厂商尤其是竞争力不强的厂商就再也不需要在摄像头方面下功夫了，只要我们购买索尼的方案，一切都解决了。虽然从索尼手机的角度来看这也许会损伤自己的个性，但是Exmor RS inside本身对于索尼品牌的宣传反而是个更强的动力。

传感器商的惊梦 产品再次被拉开

    考虑到堆栈式传感器到现在为止仍然是索尼独家的产品，这对于其他品牌的冲击也是非常大的，虽然说索尼在整个感光元件领域的地位已经是绝对的第一名，但是归根到底市场占有率不过1/3而已。堆栈式传感器这种独家产品，显然是帮助索尼打开市场占有率的重要法宝。

诺基亚PureView 808所使用的镜头组件

    不过众多厂商也不会坐以待毙，几大厂商之中除了佳能依旧保持自己的自产自销策略，其他厂商都开始寻找自己未来的道路。比如东芝开始与诺基亚的一些尝试（808就是最好的例子），东芝与尼康的尝试（D7100与D5200），Aptina与尼康的尝试（尼康1系列），意法半导体与HTC的尝试（HTC One），毕竟传感器最后会落在设备上，只要设备厂商能够支持，就能保证比较好的销量。

Aptina的传感器开发板 上部还有Micron美光的商标

    当然了比较幸运的是堆栈式传感器的产量目前还是问题，开始量产时只有每月6万片的可怜数字，相比GALAXY S4每月预计400万的销量简直是要了亲命了。所以这些厂商还有一段时间可以去尝试拯救一下自己，从目前的形式来看，如果索尼能把堆栈式传感器的销量做上去，那么其他厂商市场份额恐怕就更悲惨了。

处理器商的噩梦 至此地位难保证

    说完了设备厂商和传感器厂商，不得不提的就是图像处理器厂商了，在这个领域当中比较著名的包括Ambarella、Fujitsu富士通等等。我们所熟知的尼康EXPEED系列处理器就是尼康公司与富士通合作研发的产品，虽然索尼在传感器领域极其强势无人能挡，不过在图像处理器这个领域却并不算得多么强悍。

尼康D4/D800所使用的EXPEED 3处理器为富士通合作开发

    不过堆栈式传感器可以说是索尼的一大伏笔，此类传感器最大的特点就是逻辑层与感光层的高度分离，分离之后就给传感器的逻辑部分留下了很大的发挥空间。事实上如果你详细看过堆栈式传感器命名比较奇特的第3款产品ISX014，你就会发现他最特别之处就在于输出的不是RAW图像而是整张色彩信息，也就是说使用这块传感器无需使用后端处理器就可以生成可用的图片。

索尼ISX014的结构图 目前这款传感器已经被chipworks拆解了 不过未见商用

    虽然目前索尼只拥有这样一款产品，但是很显然索尼的野心不止如此，从索尼独立的将此类产品单独列为一个ISX系列就能明白索尼的决心不只如此。今后相信我们会看到更多尺寸的此类产品用在手机、平板、工业设备乃至于更高档次的成像设备上，索尼也会顺应这个势头通过整合ISP的方式吞噬影像处理器市场。

全线普及在未来 同质发展在眼前

    好了，关于堆栈式传感器，笔者能够想到的就是这么多了，毕竟这款传感器露面的时间实际上只有这么长，所以笔者能够分析的东西也就到这了，不过按照惯例还是给大家一点点的把堆栈式传感器的技术点给大家总结一下。

堆栈式传感器相比传统的背照式传感器 只会拥有更好的高感效果

    首先，堆栈式传感器毫无疑问是目前技术水平最高的CMOS传感器，他是在背照式传感器基础上二次衍生出的产品（也就是说堆栈式传感器一定是背照式），堆栈式传感器具备目前最高的开口率，高感效果为同规格类型的东西之最，市面上的几款堆栈式1300万像素手机可以说是目前成像效果最好的产品（除去808这种特殊型号）。

    然后，堆栈式传感器由于逻辑层与感光层完全分离，可以集成更多的东西，目前已经有1款内置影像处理器的堆栈式传感器出现，今后还会更多。而且更高的集成度加上镜头模组配套策略会让下游手机（设备）厂商更加轻松的使用，进而达到节约开发成本的目的。

CMOS传感器的基本原理 今后CMOS一定会有越来越多的变种 保证画质提升的速度

    最后，虽然现在堆栈式传感器仅有3款，不过很快我们就会见到更多采用类似设计的传感器，而诸如OmniVision、Aptina、Toshiba等厂商也会在2013年底—2014年中推出类似设计的产品，届时传感器市场又会又一轮新的腥风血雨，不过在2013年相信1300万堆栈式传感器仍然是手机、平板画质最好的保证，就让我们期待更多堆栈式传感器的产品给我们带来更美好的画质吧！

在笔者看来，堆栈式传感器是CMOS传感器发展历史上非常重要的一款产品，分离式设计给日后传感器的发展留下了相当大的伏笔。