為什么說「底大一級」壓死人？揭秘大底CMOS如何實現畫質碾壓

　　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(de)“視網膜”。

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　　主要采(cai)用感光(guang)單元陣列和(he)輔助控制電路獲(huo)取對象景物的亮度和(he)色彩信號，并通(tong)過復雜的和(he)圖(tu)像(xiang)處理技術(shu)輸(shu)出數字化的圖(tu)像(xiang)信息，從而(er)還(huan)原(yuan)出真實的影像(xiang)。視網膜的物理尺寸越(yue)大，感光(guang)能力(li)也就(jiu)(jiu)越(yue)敏銳(rui)，相(xiang)應地“看(kan)到”的畫(hua)面就(jiu)(jiu)越(yue)清晰(xi)細膩。

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　　01

　　「底大一級」意味什么

　　在專業影像領(ling)域，傳(chuan)感(gan)器(qi)的物理(li)尺寸(cun)始(shi)終(zhong)是畫質的核心決定因素。

　　一直以(yi)來，人們不斷探索提高圖像傳感器的(de)尺寸(cun)，從(cong)最(zui)初的(de)1/4英寸(cun)，1/3英寸(cun)到1/1.8英寸(cun)，以(yi)及今天(tian)要(yao)講到的(de)4/3英寸(cun)，其初衷(zhong)是更好地適應(ying)高分辨率成像要(yao)求，從(cong)而為觀眾(zhong)帶(dai)來更清晰、逼真的(de)視覺(jue)體(ti)驗。

　　更(geng)大的感(gan)光面積意味著每個像素點能捕獲更(geng)多(duo)光子。

　　例(li)如(ru)，對于一個(ge)4/3 英寸(cun)傳感器(qi)和一個(ge) 1/2.5 英寸(cun)傳感器(qi)，如(ru)果均具有 1200 萬(wan)像(xiang)素(su)，4/3 英寸(cun)傳感器(qi)的(de)像(xiang)素(su)分布(bu)更為寬松，每個(ge)像(xiang)素(su)有更大(da)的(de)空(kong)間來(lai)捕捉光線和記錄信息，攝像(xiang)機(ji)的(de)寬動態(tai)范圍更廣(guang)。

　　當強(qiang)光直射時(shi)候，大(da)CMOS能吸收(shou)更(geng)多(duo)光子而不(bu) “溢(yi)出(chu)”，避免區域(yu)過曝“泛白”;光線不(bu)足(zu)時(shi)，大(da)底傳感器仍能從噪聲中提取有效(xiao)信號，保留(liu)更(geng)多(duo)細(xi)節避免局部“死黑”和噪聲過高(gao)帶來的(de)圖像模糊，從而輸(shu)出(chu) “高(gao)光不(bu)溢(yi)出(chu)，暗部有細(xi)節” 的(de)電影級畫質(zhi)。

　　02

　　大底CMOS拓寬攝像邊界

　　今(jin)天，在許多新聞直(zhi)播、賽事直(zhi)播、影(ying)視制作以及綜藝娛樂節目中(zhong)，均有搭載了(le)大(da)底CMOS傳感器(qi)的PTZ攝(she)像機出鏡，憑(ping)借毫不遜色大(da)型攝(she)影(ying)器(qi)材的成像表現，它們成為各(ge)類(lei)場景中(zhong)不可或缺的“隱形攝(she)影(ying)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

　　在戶外新聞(wen)直播中，復(fu)雜光(guang)線條件(jian)是常態。憑借復(fu)雜光(guang)線環境的全適應能力，大(da)底(di)CMOS攝像機成為業界新寵。

　　在強光(guang)環(huan)境(jing)下，大底傳感器不易(yi)因(yin)像(xiang)素(su) “過載” 而丟失(shi)高光(guang)細節(如天空、光(guang)源邊緣的細節)，畫面中(zhong)亮(liang)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(er)在陰雨天或(huo)黃昏(hun)弱光(guang)環境里，大(da)底CMOS的低(di)噪點(dian)可有(you)效避免畫面模糊，從而(er)減少對(dui)高感光(guang)度(ISO)的依(yi)賴(lai)，畫面細節保留更完整。

弱光條件下不同CMOS畫面細節對比

　　而在(zai)同等光(guang)線(xian)條件下(xia)，2000萬像素、4/3英寸(cun)CMOS的(de)單像素面(mian)積(μm²)對比1/3英寸(cun)CMOS大13倍，這就意味(wei)著1/3英寸(cun)CMOS光(guang)子量收集效率嚴重(zhong)不(bu)足，需依賴(lai)更(geng)高的(de)ISO增益，畫面(mian)噪點更(geng)加密集。4/3英寸(cun)CMOS成像畫面(mian)更(geng)加純(chun)凈，暗部細節保留(liu)完整，彩(cai)色噪點(色度噪聲(sheng))和亮度噪點均較少，后期使用降噪算法也(ye)不(bu)會損(sun)傷畫質。

正常光線下不同CMOS畫面噪聲對比

　　賽事直播·打造臨場體驗

　　在體育賽(sai)事直播(bo)中，大(da)底CMOS PTZ攝(she)像機可以無(wu)懼現(xian)場光線(xian)變化，拍攝(she)更接近真實賽(sai)場的畫面(mian)，打造(zao)沉浸式觀看體驗。

　　以維海德自研的(de)廣播級PTZ攝像(xiang)(xiang)機(ji)GB-VX90為例，在搭載了20倍(bei)光學變(bian)焦與AI智能追焦技(ji)術后，攝像(xiang)(xiang)機(ji)可自動(dong)鎖定球員動(dong)作，呈(cheng)現清晰流暢的(de)肢體動(dong)作細(xi)節。大底(di)傳感器的(de)高解析力還能捕捉(zhuo)到足(zu)球表面的(de)紋理，增強畫面的(de)臨場感。

　　遠程教學·教學互動零距離

　　搭載了(le)大(da)底CMOS的(de)(de)(de)云臺攝像機(ji)，一般擁有(you)更(geng)高的(de)(de)(de)動態范圍，可同(tong)時(shi)保留高光區域(如(ru)靠近窗臺的(de)(de)(de)黑板)和暗部細節(jie)(jie)(如(ru)板書文(wen)字、實(shi)(shi)(shi)驗臺操作細節(jie)(jie))。遠端觀看的(de)(de)(de)師生能(neng)清晰(xi)捕捉到教學的(de)(de)(de)畫(hua)面，干凈、低噪點(dian)的(de)(de)(de)畫(hua)面確保回放時(shi)仍能(neng)清晰(xi)辨識關鍵細節(jie)(jie)，避免(mian)信息漏失。上(shang)述優勢，同(tong)樣(yang)適用于遠程(cheng)(cheng)(cheng)實(shi)(shi)(shi)驗、工程(cheng)(cheng)(cheng)實(shi)(shi)(shi)訓(xun)、教育錄播(bo)、遠程(cheng)(cheng)(cheng)醫(yi)療、模擬手術、遠程(cheng)(cheng)(cheng)指揮等領域。

維海德GB-VX90在多個場景中的應用

　　03

　　大底CMOS應用面臨多重挑戰

　　既然大底尺(chi)寸傳感器更好，為什么在實際應用中比較少見呢?

　　要求更大口徑的鏡頭

　　大(da)底傳(chuan)感(gan)器(qi)需要(yao)匹配更(geng)大(da)口徑的(de)鏡頭(tou)，以(yi)充分利(li)用傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)感(gan)光(guang)(guang)能(neng)力。但大(da)光(guang)(guang)圈鏡頭(tou)的(de)光(guang)(guang)學設計(ji)復雜度高(gao)、制造成本昂貴，且需與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)微透(tou)鏡陣列精準(zhun)配合，否則可(ke)能(neng)導致邊(bian)緣畫質下降(jiang)或光(guang)(guang)學畸(ji)變。

　　對云臺控制系統要求更嚴

　　大底(di)CMOS的(de)高解析力(li)對云臺的(de)機械穩(wen)定(ding)性提(ti)出了(le)嚴(yan)苛挑(tiao)戰(zhan)。

　　即使微小的抖(dou)動也會被放大為(wei)畫面(mian)模糊，因此需采用更高精度的三軸電(dian)機、低摩(mo)擦軸承及高靈敏度陀螺儀。此外，云臺的轉動慣量與控制算法需優化，以實現高速移(yi)動時的精準追焦。

　　綜合研發成本更高昂

　　要(yao)想充分釋放(fang)大(da)底CMOS傳感器的潛能，需要(yao)攝像(xiang)機搭載一系列的硬(ying)件(如(ru)PCB主板(ban)、散熱(re)模(mo)塊、接口(kou)電路)和功(gong)能配套(圖像(xiang)處(chu)理、防抖、AI跟蹤等)，研發周期長(chang)(chang)，需要(yao)長(chang)(chang)期的技術積累。

　　以(yi)GB-VX90為例，圍繞4/3英寸CMOS傳(chuan)感器(qi)，還搭載了(le)(le)新一代ISP圖像處理(li)算法和超高(gao)解析(xi)度(du)的4K鏡(jing)頭(tou)，2000萬有(you)效像素和20倍光學變焦鏡(jing)頭(tou)，確保了(le)(le)攝像機(ji)無論是(shi)(shi)拍攝全(quan)景還是(shi)(shi)特寫畫面，拍攝靜(jing)止還是(shi)(shi)移動目標皆有(you)出色的表(biao)現。

　　硬件(jian)設計(ji)、供應鏈、成本控制等難題(ti)，要求廠(chang)商在(zai)技術(shu)突破(po)與市場適配間尋找(zhao)平衡點。也因此(ci)，能夠(gou)推出一款搭載大底CMOS傳感器(qi)的PTZ攝像(xiang)機廠(chang)商，無疑皆是行業(ye)內的佼佼者。

　　04

　　大底時代：讓世界真實可見

　　大底CMOS傳感器的(de)加速普及，本(ben)質是影像行業(ye)(ye)對 “真實畫質” 的(de)回歸——拒絕算(suan)法(fa)矯飾(shi)，從物理層面(mian)提升光線捕捉能力，讓畫面(mian)還原眼睛(jing)所見(jian)的(de)細(xi)膩(ni)與生動(dong)的(de)同時(shi)，也為行業(ye)(ye)開(kai)拓更多的(de)發展(zhan)空間。

　　未來(lai)，隨(sui)著傳感器工藝(yi)的成熟與算(suan)法優化的深化，大底CMOS或將(jiang)逐步打破行業(ye)壁壘，推動專業(ye)影像設備向更(geng)高標準邁進(jin)，探索更(geng)多的應(ying)用(yong)領域。