為什么說(shuō)「底大一級」壓死人？揭秘大底CMOS如何實(shí)現畫(huà)質(zhì)碾壓

　　CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器，顧名思義就是攝像機的“視網(wǎng)膜”。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

　　主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對象景物的亮度和色彩信號，并通過(guò)復雜的信號處理和圖像處理技術(shù)輸出數字化的圖像信息，從而還原出真實(shí)的影像。視網(wǎng)膜的物理尺寸越大，感光能力也就越敏銳，相應地“看到”的畫(huà)面就越清晰細膩。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

　　01

　　「底大一級」意味什么

　　在專(zhuān)業(yè)影像領(lǐng)域，傳感器的物理尺寸始終是畫(huà)質(zhì)的核心決定因素。

　　一直以來(lái)，人們不斷探索提高圖像傳感器的尺寸，從最初的1/4英寸，1/3英寸到1/1.8英寸，以及今天要講到的4/3英寸，其初衷是更好地適應高分辨率成像要求，從而為觀(guān)眾帶來(lái)更清晰、逼真的視覺(jué)體驗。

　　更大的感光面積意味著(zhù)每個(gè)像素點(diǎn)能捕獲更多光子。

　　例如，對于一個(gè)4/3 英寸傳感器和一個(gè) 1/2.5 英寸傳感器，如果均具有 1200 萬(wàn)像素，4/3 英寸傳感器的像素分布更為寬松，每個(gè)像素有更大的空間來(lái)捕捉光線(xiàn)和記錄信息，攝像機的寬動(dòng)態(tài)范圍更廣。

　　當強光直射時(shí)候，大CMOS能吸收更多光子而不 “溢出”，避免區域過(guò)曝“泛白”;光線(xiàn)不足時(shí)，大底傳感器仍能從噪聲中提取有效信號，保留更多細節避免局部“死黑”和噪聲過(guò)高帶來(lái)的圖像模糊，從而輸出 “高光不溢出，暗部有細節” 的電影級畫(huà)質(zhì)。

　　02

　　大底CMOS拓寬攝像邊界

　　今天，在許多新聞直播、賽事直播、影視制作以及綜藝娛樂(lè )節目中，均有搭載了大底CMOS傳感器的PTZ攝像機出鏡，憑借毫不遜色大型攝影器材的成像表現，它們成為各類(lèi)場(chǎng)景中不可或缺的“隱形攝影師”。

某綜藝節目使用了PTZ攝像機輔助拍攝

　　廣電直播·全天候適用

　　在戶(hù)外新聞直播中，復雜光線(xiàn)條件是常態(tài)。憑借復雜光線(xiàn)環(huán)境的全適應能力，大底CMOS攝像機成為業(yè)界新寵。

　　在強光環(huán)境下，大底傳感器不易因像素 “過(guò)載” 而丟失高光細節(如天空、光源邊緣的細節)，畫(huà)面中亮部和暗部的層次更豐富;

強光條件下不同CMOS成像層次對比

　　而在陰雨天或黃昏弱光環(huán)境里，大底CMOS的低噪點(diǎn)可有效避免畫(huà)面模糊，從而減少對高感光度(ISO)的依賴(lài)，畫(huà)面細節保留更完整。

弱光條件下不同CMOS畫(huà)面細節對比

　　而在同等光線(xiàn)條件下，2000萬(wàn)像素、4/3英寸CMOS的單像素面積(μm²)對比1/3英寸CMOS大13倍，這就意味著(zhù)1/3英寸CMOS光子量收集效率嚴重不足，需依賴(lài)更高的ISO增益，畫(huà)面噪點(diǎn)更加密集。4/3英寸CMOS成像畫(huà)面更加純凈，暗部細節保留完整，彩色噪點(diǎn)(色度噪聲)和亮度噪點(diǎn)均較少，后期使用降噪算法也不會(huì )損傷畫(huà)質(zhì)。

正常光線(xiàn)下不同CMOS畫(huà)面噪聲對比

　　賽事直播·打造臨場(chǎng)體驗

　　在體育賽事直播中，大底CMOS PTZ攝像機可以無(wú)懼現場(chǎng)光線(xiàn)變化，拍攝更接近真實(shí)賽場(chǎng)的畫(huà)面，打造沉浸式觀(guān)看體驗。

　　以維海德自研的廣播級PTZ攝像機GB-VX90為例，在搭載了20倍光學(xué)變焦與AI智能追焦技術(shù)后，攝像機可自動(dòng)鎖定球員動(dòng)作，呈現清晰流暢的肢體動(dòng)作細節。大底傳感器的高解析力還能捕捉到足球表面的紋理，增強畫(huà)面的臨場(chǎng)感。

　　遠程教學(xué)·教學(xué)互動(dòng)零距離

　　搭載了大底CMOS的云臺攝像機，一般擁有更高的動(dòng)態(tài)范圍，可同時(shí)保留高光區域(如靠近窗臺的黑板)和暗部細節(如板書(shū)文字、實(shí)驗臺操作細節)。遠端觀(guān)看的師生能清晰捕捉到教學(xué)的畫(huà)面，干凈、低噪點(diǎn)的畫(huà)面確?；胤艜r(shí)仍能清晰辨識關(guān)鍵細節，避免信息漏失。上述優(yōu)勢，同樣適用于遠程實(shí)驗、工程實(shí)訓、教育錄播、遠程醫療、模擬手術(shù)、遠程指揮等領(lǐng)域。

維海德GB-VX90在多個(gè)場(chǎng)景中的應用

　　03

　　大底CMOS應用面臨多重挑戰

　　既然大底尺寸傳感器更好，為什么在實(shí)際應用中比較少見(jiàn)呢?

　　要求更大口徑的鏡頭

　　大底傳感器需要匹配更大口徑的鏡頭，以充分利用傳感器的感光能力。但大光圈鏡頭的光學(xué)設計復雜度高、制造成本昂貴，且需與傳感器的微透鏡陣列精準配合，否則可能導致邊緣畫(huà)質(zhì)下降或光學(xué)畸變。

　　對云臺控制系統要求更嚴

　　大底CMOS的高解析力對云臺的機械穩定性提出了嚴苛挑戰。

　　即使微小的抖動(dòng)也會(huì )被放大為畫(huà)面模糊，因此需采用更高精度的三軸電機、低摩擦軸承及高靈敏度陀螺儀。此外，云臺的轉動(dòng)慣量與控制算法需優(yōu)化，以實(shí)現高速移動(dòng)時(shí)的精準追焦。

　　綜合研發(fā)成本更高昂

　　要想充分釋放大底CMOS傳感器的潛能，需要攝像機搭載一系列的硬件(如PCB主板、散熱模塊、接口電路)和功能配套(圖像處理、防抖、AI跟蹤等)，研發(fā)周期長(cháng)，需要長(cháng)期的技術(shù)積累。

　　以GB-VX90為例，圍繞4/3英寸CMOS傳感器，還搭載了新一代ISP圖像處理算法和超高解析度的4K鏡頭，2000萬(wàn)有效像素和20倍光學(xué)變焦鏡頭，確保了攝像機無(wú)論是拍攝全景還是特寫(xiě)畫(huà)面，拍攝靜止還是移動(dòng)目標皆有出色的表現。

　　硬件設計、供應鏈、成本控制等難題，要求廠(chǎng)商在技術(shù)突破與市場(chǎng)適配間尋找平衡點(diǎn)。也因此，能夠推出一款搭載大底CMOS傳感器的PTZ攝像機廠(chǎng)商，無(wú)疑皆是行業(yè)內的佼佼者。

　　04

　　大底時(shí)代：讓世界真實(shí)可見(jiàn)

　　大底CMOS傳感器的加速普及，本質(zhì)是影像行業(yè)對 “真實(shí)畫(huà)質(zhì)” 的回歸——拒絕算法矯飾，從物理層面提升光線(xiàn)捕捉能力，讓畫(huà)面還原眼睛所見(jiàn)的細膩與生動(dòng)的同時(shí)，也為行業(yè)開(kāi)拓更多的發(fā)展空間。

　　未來(lái)，隨著(zhù)傳感器工藝的成熟與算法優(yōu)化的深化，大底CMOS或將逐步打破行業(yè)壁壘，推動(dòng)專(zhuān)業(yè)影像設備向更高標準邁進(jìn)，探索更多的應用領(lǐng)域。