技术、生产工艺的快速进步,加之3C融合的滔天浪潮,让手机和数码相机在21世纪初叶走到了一起。 1973年4月的一天,一名男子在纽约街头上,旁若无人地掏出一部足有两块砖头大小的无线电话,给一位在贝尔实验室的对手兼朋友打了一个电话,引得过路人纷纷驻足侧目。这个人就是手机的发明者马丁?库珀,当时他是美国摩托罗拉公司的技术人员。
1975年10月7日,在加入柯达公司两年后,斯蒂文?塞尚担负的“手持电子照相机”项目终于功德圆满在纽约的柯达实验室中,一个孩子与小狗的黑白图像被CCD传感器所获取,记录在盒式音频磁带上。这是世界上第一台数码相机获取的第一张数码照片,影像行业的发展就此改变,塞尚也因此被誉为“数码相机之父”。
问世早期,手机和数码相机同是体形庞大,并且价格惊人。然而在30多年后,技术、生产工艺的快速进步,加之3C融合的滔天浪潮,终于让手机和数码相机成功地走到了一起。
照相手机的新挑战
作为一种移动通信设备,在21世纪初期,手机终于走出通信需求的一方天地,逐渐迈向多媒体与数字影像的整合。早在2004年之前,就有一些嗅觉敏锐的厂商开始在手机中内置数码相机。不过当时产品的画质水平大多仅停留在30万像素左右,内部的感光元件的颜色解析能力也明显不足,与当时的主流数码相机相差甚远,而且缺乏外部扩充存储设备的支持,令手机上的数码相机充其量只能算是玩具。
其实,即便是照相手机达到300万甚至1000万像素水平的现在,也有90%的照相手机用户从来不把他们用手机拍摄的照片打印出来。这一数据,也直接表明了用户对于照相手机成像质量的极大不满。
理论上,单纯依靠高分辨率的传感器显然不能确保照片具有更好的质量。如果镜头很差或是原始数据处理不好,即便拥有高性能的传感器,图像质量仍旧难以得到保障。对于照相手机而言,像素技术、可以弥补光学器件不足的图像传感器处理算法,以及最优的光学器件规格仍是当前必不可少的三大基本要素。
不仅于此,照相手机所面临的技术挑战还包括使照相手机能够在低亮度环境下拍摄更佳质量的照片,并增加高性能的功能,如自动对焦和光学变焦;同时又不牺牲手机的超薄外形,并且不增加或尽可能少地增加手机的成本。
毋庸讳言,数码相机的功能已然成为目前手机主攻的方向之一。不同的是,两三年前厂商们的注意力主要是放在像素架构上,以便克服随着像素尺寸的缩减而出现的感光度下降现象;而现在和今后一段时间内,对变焦技术、镜头设计等将成为研究的焦点。
感光部件两大阵营
与传统数码相机一样,照相手机的感光部件核心也分为CMOS和CCD两大阵营。二者都是利用感光二极管进行光电转换的技术,简而言之,就是将影像表现从模拟转换成数字形式,它们的主要差异在于数据传送方式的不同。在画质上,CMOS与CCD也存在着不同,造成差异的主要原因在于CCD的特殊架构可确保影像数据在传送时不会失真,各个像素的资料可汇聚
至边缘再进行放大处理;而在CMOS架构下,数据在传送距离较长时会产生噪声,也就是我们常说的噪点,因此必须预先做放大的动作,然后再整合各个像素的数据。
不过就目前而言,虽然CCD在成像质量上全面领先于CMOS,但是在功耗、部件成本与尺寸大小上,却远远不如CMOS。由于照相手机通常需要的是低耗电、小尺寸、高整合、低成本的影像传感器,因此CMOS往往成为照相手机的首选方案。也有一些厂商在少数手机中采用了CCD的架构,成像质量确实得到了保证,但是其价格往往非常昂贵,令多数消费者望而却步。同时这类产品的体积和功耗也较大,对于成本控制以及手机使用和待机时间均有负面影响。需要指出的是,虽然在关键部件的选择上,CCD目前处于劣势,但并不代表CCD技术在照相手机上就毫无未来可言。
目前,市场上主流的300万像素等级照相手机所使用的照相模块尺寸,规格大多是像素大小为25微米、镜头直径为1/3英寸,而美光、三星电子等公司已经研发出更新的产品模块,可以将手机的照相模块尺寸缩减30%以上,从而有利于高像素照相手机体型的缩小以及制造成本的减少。据悉,三星有望在2007年第一季度抢先量产像素大小仅为75微米、镜头直径为1/4英寸的CMOS影像传感器。更重要的是,该部件将采用90纳米工艺生产,工艺的微缩可以减少微镜片与感光二极管之间的距离,有助于大幅改善聚光效率,防止出现因像素变小而使得噪点增加的情形。基于此,业内人士认为,三星有望在高像素照相手机市场中占得先机。
光学处理与变焦
为了获取太远或太近景物的清晰影像,自动变焦已经成为一些较为先进的照相手机必备的辅助功能。不过由于自动变焦技术采用的部件相当脆弱,应用在相对不安定的手机上就必须有相当程度的抗震能力,以免手机在意外掉落时损坏自动变焦部件。一些厂商从光学部件(如镜片、镜头等)方面做了一些技术和工艺改进,譬如采用塑料镜片。然而由于塑料镜片的光学特性较差,同时采光性能也较弱,因此采用塑料镜片的做法在消费者中难以引起共鸣。为此,厂商们开始找寻其他替代方案,而一些针对性技术也得以浮出水面在2006年的3GSM世界大会上,TransChip公司就展示了一种用于照相手机的自动变焦技术。这种自动变焦技术的模型采用一个语音线圈,并且已经顺利完成了苛刻的跌落测试,有望近期面世。
除了传统机械变焦以外,目前也有多家厂商正在进行液体镜头技术的研究,该技术的核心在于利用不同液体的电场差异性进行变形动作。无需借助其他可动部件,液体镜头就能够模仿传统机械部件改变镜头之间的焦距,从而达到变焦的目的。
Dblur技术公司是一家光学和图像处理解决方案开发商,该公司计划用一个“软镜头系统”来替代物理镜头,该系统将一个Dblur设计的定制物理镜头与一个特有的图像处理IP核结合在一起。据悉,该技术不仅可以用来拍摄出画质超群的图像,而且还能简化光学变焦系统或大大减小照相手机的厚度。
对于照相手机而言,虽然光学变焦会在相当程度上增加成本,但是缺乏了光学变焦能力,照相手机的照相功能就永远只能是产品中的“噱头”,无法与传统数码相机相提并论。现实的情况是,只有极个别的公司在某些高端照相手机中加入了光学变焦功能。至于数字变焦,虽然它普遍存在于数码相机和照相手机领域中,但由于只是改变影像取样的大小(通常就等同
于劣化影像质量),因此厂商们也缺乏耐心对之加以技术改造。
编辑点评
至少在当前,相机的功能在手机中仍然只能起到“点缀”的作用,不过它的迅猛发展已经引起了数码相机厂商的警惕。300万、500万、800万、1000万,照相手机的像素攀升速度已经超过了数码相机曾经历的漫长发展道路。虽然高像素照相手机的成像质量距离同时期的消费级数码相机仍有一定差距,而且价格也要高出许多,但还是有不少消费者出于方便易用、整合性以及时尚等目的下手购买。我们不难想像,传统数码相机所具备的广角、长焦、高感光度、防抖等特性和相关技术也会在不远的将来被融入到照相手机中,而那时照相手机的大致轮廓,我们已不难揣摩。(康翔)