被骗了,厂商们说的「1 英寸」Sensor 是假的?

WHYLAB

2021-11-30 19:28优质数码领域创作者
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Sony 最近发布了一款跨界摄影手机 Xperia PRO-I,其中主摄采用了与自家黑卡 RX100 系列相机同款的图像传感器 Exmor RS CMOS,直接将一英寸的底塞到手机里。

不过受手机尺寸(厚度)所限,Xperia PRO-I 主摄这枚 1 底实际被利用的区域只有大概 60%,剩余的区域并没有被直接用上,而是作为防抖等冗余设计。

我们都知道,图像传感器一直以来都是以「英寸 / inch」这个英制单位来衡量大小,但我们日常使用的基本都是国际通用的公制单位,若以 1 英寸来算,换算成为我们熟悉的公制单位,也就是 25.4mm。

如果你一直认为图像传感器上的「1 英寸」指的是传感器的对角线长度,那么很遗憾,这里要给你泼一盆冷水了。

▲ Sony RX100 M6 相机

这里继续以索尼 RX100 系列的 1 英寸图像传感器为例,传感器长宽比例为 3:2,实际尺寸是 13.2mm × 8.8mm(折算为 0.52inch × 0.35inch),根据我们初中学过的勾股定理,计算出它的对角长度约为 15.86mm,再折算成为英制单位,约为 0.62 英寸 —— 这跟 1 英寸差得有点多啊。

▲ Sony Xperia PRO-I 主摄 1 英寸 CMOS 渲染图

不可否认,在我们的认知里,屏幕的尺寸是以对角线来衡量的,图像传感器理应类似,而实际上并非如此简单,「1 英寸」的 Sensor 不仅是横、竖,甚至连对角线也达不到 1 英寸 —— 其实不止是 1 英寸的底,市面上但凡是用「英寸」来衡量尺寸的图像传感器基本都存在这样「夸大事实」方式 —— 可问题是它们这个「英寸」代表着什么呢?

这其实跟我们之前聊过的三星、台积电等晶片厂商在制程工艺命名的「水分」不同,图像传感器的「英寸」其实是有一定历史遗留原因的。

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▲ 光导摄像管

我们知道,今天我们接触的大部分图像传感器都是 CMOS,以及少部分的 CCD 传感器,而在上世纪 50 年代前后(甚至更早前)的电视摄影机是采用「摄像管」来作为图像传感器的。

▲ 光导摄像管成像区域横截示意图

所谓的「管」的横截面就是圆形,但实际用得上的成像平面只有圆内的矩形,可用成像面积大概占整个圆面积的 2/3,或许是为了让数值显得更大,各大摄像厂商直接选择摄像管的外直径作为产品尺寸标准,后 CMOS、CCD 按比例 1 英寸代表 16mm(1/2 英寸以上;1/2 英寸以下为 18mm)。

还有说法,如今 CCD、CMOS 图像传感器也从历史中学到了当中的精髓,即使早就没有了摄像管外圈玻璃的结构,用「英寸」为单位衡量尺寸大小时,也继续以传感器所形成矩形的外接圆为标准,取其半周长来表示。

听起来很绕?没关系,这里继续以 RX100 系列的 1 英寸 CMOS 来举例子。

▲ Sony Xperia PRO-I 主摄 1 英寸 CMOS 渲染图

前面说到,这枚 CMOS 的长宽分别为 13.2mm、8.8mm,对角长度为 15.86mm,在这个矩形作一个外接圆,那么这个圆的直径就是这个矩形的对角长度,也就是 15.86mm,那么稍微用一下小学里学到的周长公式「C=πd(圆周率 × 直径)」,算出这个圆的周长约为 49.8mm,周长的一半则为 24.9mm,约等于 0.98 英寸 —— 这,就是所谓 1 英寸图像传感器的真实含义。

再以隔壁三星家的移动 CMOS 举个例子,HM1 是三星量产的第二代 1.08 亿像素传感器, 1/1.33 英寸(约合 0.75 英寸),长宽 9.6mm × 7.2mm,其对角线 12mm(约合 0.47 英寸),其外接圆半周长 18.84mm(约合 0.74 英寸) —— 与前面 1 英寸的尺寸命名规则吻合。

▲ 三星 HM1 渲染图

是不是很「离谱」?其实这方面的水分还不止这些,从上面能看到各家实际的半周长与标准尺寸是有细微差距的,这也算得上是当中的水分,所以说如今传感器厂商们并不是严谨以外接圆为标准作计算的,而是比外接圆更大一点点的圆(一定程度学习了摄像管的玻璃管外径周长的计算方式)—— 更有趣的是各个厂商的「水分」可大可小,即使是同一厂商的不同产品可能遵循着不同的尺寸标准,这里就不作多赘述了。

▲ Sony 的全画幅 CMOS(RX1)

所以说 1 英寸的「大底」实质上并没有我们想象中那么大 —— 至少它的对角线完全没有 1 英寸长。若以近似的方法炮制 3:2 比例的全画幅 CMOS,那么这块 36mm × 24mm 的传感器尺寸应该为 2.67 英寸,而它实际长度只有 1.7 英寸。

这就是我们(有一定摄影知识储备的人除外)自作多情的传感器尺寸「骗局」,从今天起,不要再天真以为图像传感器上的各种 1 英寸、1/2 英寸、1/1.33 英寸、1/1.4 英寸,甚至是 4/3 英寸指的是对角线的长度啦。

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