在這先問大家個問題，過年有拍到好看的照片嗎？

前幾天托尼去拍煙花，看預(yù)覽的時候還在狂喜，感覺今天包出片的。結(jié)果回家打開相冊一看全過曝了。煙花秀硬是被拍成了閃光彈突襲。

再一去社交平臺上翻別人拍的，那是畫面有層次，明暗有對比。

雖然很氣，但托尼的拍照水平那是有口皆碑，包是設(shè)備出了問題。

在仔細(xì)對比了兩臺手機差異之后，我發(fā)現(xiàn)，原來是他的手機 CMOS 多了個“LOFIC”超高動態(tài)技術(shù)。

這技術(shù)最近不少廠家都在提，說是在 CMOS 上裝個小硬件就能解決拍照過曝，這玩意怎么做到的？

其實原理并不復(fù)雜，托尼只用一張圖就能讓大家搞懂。

這個 GIF 圖就是咱們拍照時，傳感器捕捉光的的過程。

就像咱們用瓶子裝水一樣，要是碰見了水太多的情況，小瓶子裝不下來，咱們就只能用大點的“桶”來接這些溢出來的水，不然水就白白流走了。

回到 CMOS 上，在咱們開頭說的拍煙花的場景，就是因為煙花綻放發(fā)出的光信號，超出了像素點能容納的上限（滿阱容量），那多出來的光信號就只能浪費掉，畫面上也就沒有內(nèi)容了，這就是照片出現(xiàn)“過曝”的原因。

而 LOFIC 技術(shù)，就是在像素點原有的光電二極管旁邊，橫向集成一個額外的電容結(jié)構(gòu)，來保存溢出來的光信號。導(dǎo)出時再統(tǒng)一合并轉(zhuǎn)換成電信號，就能在畫面上保留更多有效信息。

像夜晚看煙花這種明暗對比強烈的場景，LOFIC 可以通過單次曝光，讓手機同時記錄下明暗部細(xì)節(jié)，輸出一張高動態(tài)的 HDR 照片。

聽起來是挺牛，但手機幾年前不就能用算法拍 HDR 照片了，這額外裝個 LOFIC 還是為了拍 HDR，到底有啥區(qū)別？

之前的 HDR，是通過“多幀合成”來實現(xiàn)的，手機通過拍攝幾張不同曝光的照片，再把幾張照片疊加，通過算法把亮部的細(xì)節(jié)壓下來、暗部的細(xì)節(jié)提上去，從而得到一張明暗對比強烈的 HDR 照片。

雖然這技術(shù)用了挺久，但多幀合成也有煩人的時候。

首先就是拍的時間長，按一次快門要等好久，中間還不能動，一動就糊。而且算法并不能改變 CMOS 的上限，當(dāng)碰到大光比場景，照片還是會亮部壓不住，暗部沒細(xì)節(jié)。

這時候 LOFIC 的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，它是從硬件層面讓 CMOS 動態(tài)范圍變得更大。

而且 LOFIC 作為單幀 HDR 技術(shù)，手機單次曝光就能記錄更多信息，基本上能做到預(yù)覽框里看到什么，成片就長什么樣，基本解決了出片“慢”和成片“糊”的問題。

不過話又說回來，這 LOFIC 技術(shù)雖然很厲害，但也不是所有機型都能用上的。因為 LOFIC 本質(zhì)上就是用部分CMOS 面積，換一套功能硬件。

在幾年前堆棧式結(jié)構(gòu)（Stacked CMOS）還沒普及時，CMOS 像素結(jié)構(gòu)簡單，幾乎不可能集成 LOFIC 這類復(fù)雜元件。

即便是現(xiàn)在堆棧式成為主流，對于大部分手機來說，本身 CMOS 面積就不大，很難給每個像素騰出空間增加一個電容結(jié)構(gòu)。所以目前只有那些大底傳感器，才會配備 LOFIC。

有空間裝只是第一步，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理才是真正的難點。

在 LOFIC 加入之后，像素里的光電二極管依然要負(fù)責(zé)正常成像，只有當(dāng)畫面亮度逐漸升高、接近像素本身的滿阱容量時，多出來的電子才會“溢出”到 LOFIC 電容里。

也就是說，一個像素在不同亮度區(qū)間，實際上在用兩套完全不同的成像路徑，一個負(fù)責(zé)“高質(zhì)量成像”，一個負(fù)責(zé)“兜住高光”。

最后把兩路信號拼接成輸出一張照片時，就很容易在銜接處出現(xiàn)“畫質(zhì)斷層”和異常的噪點。

如果想把 LOFIC 記錄下來的高光信息也精細(xì)還原，那對手機 ISP 的能力和算力要求可就高了。如果后端處理能力跟不上，那即便 LOFIC 把高光“保”了下來，最終成片里咱們還是看不到這些細(xì)節(jié)。

不光處理難，CMOS 本身作為精密器件，額外集成 LOFIC 電容也會讓結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜。如果設(shè)計和制造工藝不夠成熟，電容在高溫或長曝光下反而可能產(chǎn)生暗電流，干擾光電二極管的正常工作。

再加上 LOFIC 電容本身也會接受光子，如果沒有做好遮光，雜光進(jìn)入后，照片就會看起來不干凈。

想要保證質(zhì)量，廠商們還得額外給這個“桶”加上“濾網(wǎng)”。這些額外的成本支出，也導(dǎo)致了目前 LOFIC 技術(shù)只會出現(xiàn)在少數(shù)主打影像的機型上。

不過在提升 CMOS 動態(tài)范圍這條路上，LOFIC 雖然表現(xiàn)出色，但也不是唯一的解法。

像 Sony、三星幾乎全線在用的“DCG”技術(shù)，就是在 CMOS電路上裝了個智能開關(guān)，根據(jù)光線強弱自動調(diào)整靈敏度。在強光環(huán)境，切換到大電容，避免過曝，保留更多亮度信息。在暗光環(huán)境，就用小電容，讓照片噪點更少。

現(xiàn)在不少廠商還把 DCG 和 LOFIC 搭配使用，中低亮度靠 DCG 智能調(diào)優(yōu)，極端高光交給 LOFIC 兜底，兩者配合，讓動態(tài)范圍又寬又平滑，HDR 效果更自然。

DCG+LOFIC方案示例

除了 DCG 和 LOFIC，還有 2x2 OCL（全像素對焦）就是放棄了像素數(shù)量和微透鏡 1：1的設(shè)計，采用四個像素共用一個大微透鏡的方式，從而獲得更多的進(jìn)光量，還能提升邊緣光線的收集效率，為 HDR 提供更干凈的原始數(shù)據(jù)；更前沿的 In-Pixel Memory（像素內(nèi)存儲）則是集成高速緩存，讓CMOS 有了“記憶”能力，單次曝光可以多次讀出，在硬件層面實現(xiàn)HDR。

之所以會有這么多方案在這跟 HDR 較勁，也是因為這些年咱們對影像的追求，開始轉(zhuǎn)向“真實感”“所見即所得”。廠商們只能靠硬件入手解決，而LOFIC 作為最直接的高光抑制方案，雖然還有諸多難點，但也成了當(dāng)下最主流的趨勢。

托尼只希望廠商們未來能把 LOFIC 技術(shù)調(diào)校好，好讓下次我在拍煙花的時候，能實打?qū)嵉某鰞蓮埰?/p>

責(zé)任編輯：隨心