摄影器材 索尼 WX1-影像传感器革命 索尼Exmor R CMOS传感器

　　对于数码相机来说影像传感器是其技术标准的核心，是数码相机得以日新月异的最根本驱动力，其特性也决定着这个时期数码相机所具有的特性。优秀的影像传感器所具有的独特的物理性质，配合图像处理引擎的自然进化，不断推动数码影像产业向前发展。索尼开发过很多优秀的影像传感器，从SuperHAD CCD到数码摄像机上使用的ClearVid CMOS以及全画幅Exmor CMOS传感器。2009年秋季索尼首次在cyber-shot产品线上推出了使用Exmor R CMOS 影像传感器的数码相机产品——WX1和TX1。自此掀起了影像传感器的新革命。

影像传感器面临的挑战

　　在数码相机发展的过程中，人们的要求变得越来越高。早期，用户单纯的追求高像素，目的是为满足了更大幅面的输出。如今当民用级数码相机的像素已经很轻松的超过1000万的时候，对影像传感器的功能提出了更高的要求，高清摄像以及优良的高感光度拍摄能力，已经成为大势所趋。但是对于影像传感器的研发而言，有时候是“互斥”的，难以同时实现。比如，小巧的卡片式数码相机，只能使用尺寸较小的影像传感器，而这种影像传感器的单个像素面积必然要减小，导致它的感光能力变弱。当然，这只是一个泛泛的理论，在数码相机传感器的发展过程中，人们采用了很多方法去弥补这样的不足。采用采用优化微透镜的效率，提高开口率*1的方法，可以在一定程度上弥补这样的弊端。但是，这样的变化只是量变而非质变，面对人们越来越高的要求，影像传感器迫切需要一次革命性的进步。

Exmor R CMOS的绝对创新

　　索尼Cyber-shot新品——WX1和TX1，首次在数码相机领域采用了一种全新的Exmor R CMOS传感器。这种Exmor R CMOS传感器的感光能力是过去同尺寸传感器的两倍，因此在光线不足的环境下拍摄，能够大幅降低噪点，获得更清晰的图像。而在此后的实际测试中也表明，这两款Cyber-shot数码相机不仅提供了最高ISO 3200的高感光度，并且噪点抑制能力相当优秀。同时，这两款数码相机还提供了手持夜景拍摄、全景扫描等一系列先进功能也是对新一代影像传感器的技术延伸。

　　Exmor R CMOS传感器的秘密究竟在哪里？在揭晓这个秘密之前，我们不妨先来回顾一下传统CMOS传感器的结构。传统的CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路，因此，这部分电路会占用更多的像素面积，直接导致光电二极管实际感光的面积变小，感光能力变弱。CCD的单个像素点不需要A/D转换器和放大电路，光电二极管能获得更大的实际感光面积，开口率更大，因此在小尺寸影像传感器领域，目前CCD仍占据一定优势，而在大尺寸影像传感器领域，由于单个像素点的面积大，A/D转换器和放大电路占用的面积只是整个像素的很小一部分，影响不大，因此CMOS传感器也得到了广泛的应用。

　　而Exmor R CMOS的秘诀是，将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层，把A/D转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”，而不是像传统CMOS传感器一样，A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层，“挡住了”一部分光线。这样一来，通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用，开口率得以大幅度提高，即便是小尺寸的影像传感器，也能获得优良的高感光度能力。

　　相比较之下，传统的表面照射型CMOS传感器的光电二极管位于整个芯片的最下层，而A/D转换器和放大电路位于光电二极管上层，因此光电二极管离透镜的距离更远，光线更容易损失。同时，这些线路连接层还会阻塞从色彩滤镜到达光电二极管的光路，因此直接导致实际能够感光更少。而Exmor R背照式CMOS传感器显然一劳永逸地解决了这样的问题。因为这种技术是从硬件结构层面上做了彻底的解决，而不仅仅是优化微透镜、增大开口率这么简单。

Exmor R CMOS的优秀表现

　　通过以下的一组数据，我们可以大概了解这种革命性的影像传感器的表现有多么惊人。和传统的表面照射型传感器相比，Exmor R CMOS的灵敏度提高到了2倍，也就是说它对光线的利用效率是原来的2倍，这意味着 6dB灵敏度的提升；同时，Exmor R CMOS传感器自身的噪声也很低，即使是在全黑环境下，该传感器的噪声抑制水平也比传统表面照射型更好，其噪声比过去的产品要低2dB。所以总的来看，“背面照射技术”使图像信噪比提升了8dB，绝对是个了不起的成绩。

Exmor R CMOS的实际应用

　　实际上在2009年春季Exmor R CMOS已经首先在索尼的数码摄像机上使用（XR520），但是此次使用在对于画质要求更高的Cyber-shot DSC-WX1/TX1数码相机上还是具有划时代的意义。在新型影像传感器的支撑下，这两款数码相机给我们带来了哪些新奇的特性呢？首先，优秀的高感光度表现自然是必不可少。支持从ISO100~ISO3200的感光度范围，其对光线的灵敏度比传统的CMOS影像传感器提高了约2倍，大幅提升了拍摄画质，得到明亮画面的同时更好地降噪，使得在低照度条件下仍然可以获得细节丰富的照片。

　　得益于Exmor R CMOS传感器的高速数据读取，WX1/TX1还提供了两种实用拍摄模式：手持夜景模式和全景模式。手持夜景模式是较高的快门速度下连续拍摄6张曝光不足的照片，然后凭借Bionz处理器对其进行合成，从而得到一张曝光正常的低噪点夜景照片。从实拍来看，你很难相信两款卡片数码相机能够如此轻易地拍摄到高质量的夜景照片，加上两款产品均具备光学防抖功能，这意味着从此你再也不用练习铁手功或者带上三脚架了。而全景拍摄模式同样受益于Exmor R CMOS传感器的高速数据读取。在这种模式下，你可以按住快门进行相机的平移或者旋转，相机便自动拍摄多张照片，然后在机内合成形成一张超宽的全景照片，带给用户全新的拍摄体验。

　　动态图像的拍摄，Exmor R CMOS一样相当擅长。WX1/TX1两款数码相机已经提供了1280×720像素、每秒30帧的高清视频拍摄。

·结语

　　科技的进步往往来源于优秀的理念Exmor R CMOS的出现，将传统对于像素的追求引深到对于画质和细节的体现。革命性的物理结构，优秀的硬件指标和实拍表现，巨大的升级空间……Exmor R CMOS传感器的出现是影像传感器发展史上一个新的里程碑。它的出现，彻底解决了小尺寸CMOS传感器感光能力弱的 “先天不足”，也给数码影像产业带来一次全新的巨变，也巩固了索尼在影像传感器研发的领导地位。在我们享受Cyber-shot DSC-WX1/TX1两款产品带给我们的快乐和感动的时候，也向那些研发出最新科技的研发人员致敬吧。

*1：通常，数码相机影像传感器的单个像素并不是所有的面积都参与成像。因为，其中还有一部分跟感光不相关的电路（例如CMOS传感器所具备的A/D转换器、放大电路、时钟电路等）会占用一定的面积，剩下的部分才会“留给“用于感光的光电二极管。实际参与感光的光电二极管面积与单个像素的面积之比便称为开口率。显然，开口率越大，影像传感器实际感光的面积就越大，接收光线的能力就越强，各项性能参数也会越优秀。