技术科普丨[测试] 64MEG 感光芯片效果对比
发布日期:2021-06-29 11:30:22 浏览次数:3 分类:技术文章

本文共 2952 字,大约阅读时间需要 9 分钟。

感光芯片是摄像头最重要的元器件之一,相当于传统相机中的胶卷,起到接收光线进而成像的作用,感光芯片的效果好坏直接关系到模组的效果。

本文提到的两款芯片,是目前手机摄像头最主流的两款6400万像素的芯片。两款芯片的尺寸规格比较类似,整个感光区域大约排布了9250*6940个像素点,单个像素点尺寸是0.8um,整体芯片尺寸是1/1.7’左右。

两款芯片在CRA,数据接口类型,供电电路,芯片厚度等参数方面都比较类似,同样具有当下比较流行的1x2 OCL PDAF(相位对焦)功能,以及4cell1(4合1)功能。从各参数来看,两款芯片是属于同一量级的芯片。

-----测试条件和硬件配置-----

本文忽略产品价格,仅从技术测评的角度,来解读下两款芯片的效果和性能表现,以下称之为A芯片,B芯片。

为了确保对比的公平性,我们选择了同一款镜头,光圈大小是FNO1.89, 6片组装,并采用同样材质的蓝玻璃。影响光学影像的各器件,除了芯片,其他都器件都保持一样。

实拍效果对比

实拍场景我们选取爱色丽家的SPL标准灯箱,使用TL84光源,通过调节不同的照度来实现环境的明暗变化,分别为10lux,50lux,100lux,500lux从暗到亮的四个照度等级,设置合适的曝光和增益值,并通过高通效果调试工具,将图像效果调试到相同的合适效果(Sat=110,DeltaE<10)。

为了确保调试过程尽量公平,我们全程调用默认的流程,仅完成OB Remove,LSC,WB,CCM,调用相同的GAMMA,没有做Denoise和Sharpness。

实拍场景分为Scene1和Scene2

Scene1,固定曝光,调节增益,确保画面亮度一致,以实现模拟手机端AE的过程

下图是500lux下的效果,两者的差别并不大,在整体的色彩,清晰度,对比度,噪声方面,都没有太大差异。

[上图请关注颜色,纹理等]

[上图请关注纹理细节]

夜景拍摄是手机摄像头拍照非常重要的一项指标,暗态也常常让问题和优劣势暴露得更加明显,以下是10lux的暗态效果。

可以看到B芯片整画面噪声看起来比A芯片要更严重一些,画面上覆盖了更多细而密的噪声点,比如白色陶瓷杯底部的噪声,厨房背景上的噪声,左下角玻璃杯底部的噪声也更多,相对A芯片来说没有那种干净的通透感。

[上图请关注噪声]

[上图请关注色彩]

两者在颜色还原上,B芯片稍稍偏黄偏冷一些,A芯片则稍稍更偏红一些,可能和效果调试也有一定联系,但大体颜色还原都还比较准确。

[上图请关注噪声]

暗态环境下,B芯片的噪声更厚,仪表盘上有厚厚的噪声。

[上图请关注伪色]

针对黑底白色的高频部分,两者的伪像都很明显,根据之前的经验,这是4cell1芯片共有的特性,很大程度上依赖后端平台效果处理上进行去伪色处理。

Scene2,固定曝光,固定增益,对比芯片效果

[上图请关注整体亮度]

本场景通过固定曝光和增益值,来对比图像效果。整体来说A芯片的感光能力看起来更强一些,然而感光能力可能是把双刃剑。

感光能力强,暗态应用时,不用设置太高的增益值。一般来说,更高的数字增益会来带更多的噪声。但噪声是一个整体的概念,不仅仅和增益的设置相关,还和芯片的设计,工艺制作等息息相关,我们需要考虑整体的性能,不单单只关注增益这一项。过分致力于提高芯片感光能力,也可能降低芯片的动态范围,使部分高光场景过曝,或者暗态细节难以保留。所以,我们不将感光能力作为判断图像效果好坏的考量项。

500lux下两款芯片的对比效果,A芯片整体画面的亮度比B芯片高很多。

500lux,设置相同的曝光和增益,对比两款芯片效果。

[上图请关注花朵细节]

A芯片在拍摄裸色花朵时,出现过曝的现象;而B芯片各个部分的细节保留得比较好。

[上图请关注茄子和辣椒细节]

A芯片在紫色茄子和黄色辣椒表面出现过曝。

[上图请关注玻璃反光]

值得一提的是,在全程的拍摄过程中,B芯片在拍摄玻璃反光的部分出现了非常明显的伪色现象,而A芯片没有这一问题。这部分内容,B芯片可能需要依赖后端平台进行更好的去伪色优化。

下图是50lux下两者固定曝光和增益值的效果对比。可以看到在50lux下,B芯片已经很明显地出现了更多的噪声点。平台也需要花更大的力气为B芯片去噪,更高的去噪可能也会带来清晰度和纹理细节上的损失,平台效果调试需要加以权衡,难度更高。

[上图请关注刻度盘表面噪声]

接下来看看10lux暗态下,固定曝光和增益对比图像效果。

[上图请关注噪声]

A芯片的整体画面还是更亮一些,B芯片噪声更多一些,红色罐子表面聚集了稍微更多的细点点,但是和A芯片的差距并不不如Scene1那么明显。

[上图请关注玻璃反光]

B芯片在拍摄玻璃反光部分还是出现了伪像效果,看起来像是有部分数据的丢失。

[上图请关注整体色调]

颜色效果上,B芯片看起来整体偏冷色调,A芯片更加红润些,也可能和效果调试有一定的关系。紫色瓶子上的树莓,A芯片看起来更真实让人有食欲。

客观数据指标

我们还测试了部分的客观数据,作为实拍效果的补充和参考。

FWC(Full Well Capacity,满电荷容量)

FWC的表现上,B芯片的数值相对更高。

FWC主要考量的动态范围的效果,数值越大,动态范围更大。

Dark Noise

我们针对两款芯片,设置相同的高曝光和高增益去拍摄全黑图片,并计算暗噪声数据。

看起来两者在数值上的差异并没有拉开很大的量级。芯片A四路(R,Gr,Gb,B)信号的数值各自之间的差别并不大,看起来芯片更像未经任何处理;B芯片中,两路G信号的随机噪声相对较小。

我们将全黑的图片的整体像素信号,进行一个统计,A芯片的所有信号,看起来更像以Black level=64信号附近的一个接近正态分布的显示,而B芯片整体更加尖锐,没有太多全黑或者全亮的信号分布,不太确定是芯片本身硬件工艺上的优化,还是Remosaic软件上有加上Denoise滤波等优化,是否和前面玻璃反光上的伪色效果是否存在一定的联系。

功耗

芯片的功耗,直接影响到摄像头预览和拍照消耗的功耗。整体来看,两款芯片的功耗大致在同一个量级。A芯片的模拟电路功耗更高一些,保持在140mA左右,相同帧率情况下,B芯片的数字电路功耗更高一些。B芯片的接口电路功耗也相对更高。

以上是两款64meg芯片的对比测试,两款芯片的差异并不算非常大,主要有以下几点:

1. 当画面亮度调成一样时,B芯片需要设定更高的增益,噪声表现明显更差,需要后端平台调试进行更多去噪的处理。

2. 在固定曝光和增益对比时,A芯片整体亮度更高,但是白色物体过曝明显,动态范围看起来稍差。B芯片噪声稍差,但差距明显比Scene1减小。

3. B芯片拍摄玻璃反光的地方,存在明显的伪像问题,更依赖平台去伪色处理上的优化。

4. 暗态直方图分布中,A芯片的像素点分布更接近常规直方图效果,而B芯片常暗和常亮信号基本都没有,不确定信号是否做过滤波。

5. B芯片的FWC数值更高,动态范围效果表现好。

6. 光谱响应数据中,A芯片红色分量占比高,而B芯片蓝色分量占比高,可能影响最终的图像效果。

实拍效果结果评分

客观测试结果评分

 

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