解析15大影像技术现状以及未来发展趋势

2014-06-03 admin1 57

  相机这十几年的技术进步其实可以分为几个部分,首先就是传感器以及相关系统的技术进步,这部分直接影响到数码相机的画质,同时也是这些年我们能够看到的最为明显的相机技术进步。除了这些,传统意义上的相机机械性能进步也是非常重要的点,这里边以对焦、连拍系统为主,他会在我们日常拍摄成功率上有效的反应出来。

  此外相机毕竟是一套完整的光学系统,所以光学方面的进步也是非常重要的部分,不过光学发展的历史相对数码相机要长很多,所以在这些年光学发展并没有我们想象中的那样快,但是其发展仍然是明显可见的。最后就是数码相机的后端电子化系统,现在大家对于相机的易用化要求越来越高,所以这方面的进步也是非常重要的,而我们今天的内容,就会从这4个点入手,给大家讲讲这些年的变化。

 

  1、传感器的技术进步画质表现

  1.1、CMOS传感器的出现

  关于CMOS本身是什么已经有相当大量的解释,不过在15年前几乎所有的相机都采用了CCD传感器,CMOS相对CCD的结构更加简单,而且后端可以做的更加复杂和全面,不过信噪比等等方面一直是问题。随着时间的推移,CMOS传感器的信噪比问题也在慢慢解决,而且CMOS传感器天生功耗较低,后端的高度可扩展性也让CMOS拥有了极高的采样效率(连拍速度),可以说现在已经是一个完整的CMOS时代,民用相机再也很少见到CCD传感器了。

  技术现状:在民用市场已经完全普及

  未来发展:相当长的时间内会持续为主流

  1.2、传感器无缝透镜技术

  开口率不仅是影像传感器需要面对的问题 而是所有类似电路都需要面对的问题

 

  2、对焦系统进步决定捕捉能力.

  2.1、多对焦点共用技术

  说完传感器,我们来说说对焦相关的技术,在自动对焦系统刚刚出现的时候,每一个对焦点都是互相独立的,不过从1998年的EOS 3时代开始,对焦系统变得不是那么单一化了。EOS 3带来了一套全新的45点对焦系统,这套对焦系统的对焦点非常非常的密集,很多人会说这种设计毫无意义,不过实际上这套对焦系统最大的价值在于多个对焦点可以一起使用,之后的各个品牌相机也采用了类似的多对焦点复用技术,事实证明只有足够多的对焦点才能保证足够好的对焦效率。

  技术现状:除了注重成本的产品已经全部采用

  未来发展:未来相机对焦系统的主要发展方向

  2.2、测光系统用作物体识别

  不过对焦系统本身无论怎么改进,都无法改变他只是傻瓜式测距的原理,所以后来的相机开始采用一些更加全面的解决方案,比如将比较原始简单的测光系统不断加强,将其升级为快速成像系统,在成像的过程中记录下物体的外观信息,然后将这些外观信息同步到对焦系统的对应位置上。这种物体识别技术将是专业级相机追焦系统的下一个发展点。

  技术现状:逐渐开始进入专业相机领域

  未来发展:10年之内必然全面普及

  2.3、主传感器相位对焦模块集成技术

  当然了现在的相机越做越小,而传统单反相机的对焦系统是采用非常特别的独立设计,这种设计显然无法适应目前微单相机的发展趋势,所以在传感器上集成对焦系统已经成为了必然趋势。目前各大厂商都开始尝试在传感器上集成对焦系统,这里边做的最好的绝对是佳能70D的全像素双核对焦系统,以及索尼A6000的混合对焦系统分别代表了片上对焦系统的2个流派,相信未来片上对焦系统的速度也能赶上过去单反的速度。

  技术现状:大型传感器设备普及率已经超过50%

  未来发展:5年之内一定成为相机必备品

  2.4、镜头内置对焦马达技术

  最后要说的是,其实与对焦相关的不仅是相机,镜头也是重要的一部分,对于镜头来说驱动力是一个绝对重要的东西,而在自动对焦系统刚刚发明的时候镜头无一例外都采用了微型电机作为驱动,这种电机尺寸庞大,扭矩较低,噪音较大,最重要的是无法实现快速启停与精确启停,所以后来各大厂商都以压电马达为基础,研发出了一系列产品,当然这里边最出名的就是各类“超声波马达”了,高速马达为高速对焦系统了强有力的基础,压电马达也成为了目前绝大多数镜头的标配。

  技术现状:内置对焦马达已经成为了镜头的必备品

  未来发展:对焦马达一定会朝着小型化以及快速启停方向发展

 

  3、光学进步依赖材料与设计

  3.1、多层衍射镜片技术

  然后我们来说说光学方面,随着材料科学的不断进步,我们所使用的各类镜片也拥有越来越高的规格指标,在几十年前想要得到一些高折射率的镜片和一些低色散的镜片都需要强大的矿物资源作为支持,而今天只要不是规格太变态的产品都可以轻松合成。当然我们今天要说的是一个叫做多层衍射镜片的东西,他被佳能率先用于商品,各大厂商都有类似的储备技术。这种镜片可以很大程度缩小镜头的长度,绝对是未来缩小镜头体积的关键技术之一。

  技术现状:仅有佳能实现商品化 其余厂商仍然留在实验室里

  未来发展:大尺寸镜头都会依靠此类镜片缩小体积

  对于感光元件来说,开口率一直是大家非常在意的一个问题,虽然我们表面上看到一块传感器其单个像素面积可能是4.0μm×4.0μm,但是这个面积里边的大多数都不是可以直接感光的部分,为了提升感光能力,厂商需要不断的改进顶部的透镜结构,直到2008年左右各大厂商都成功的做出了自己的无缝透镜结构,这一结构使得像素点再也不会因为顶部透镜的缝隙而损失光线,这也是目前传感器的标配了。

  技术现状:几乎已经全面普及

  未来发展:将会以改善滤镜滤色性为主要进步点

  1.3、背照式传感器技术

  不过哪怕做到了无缝透镜,传感器的感光能力仍然比较有限,所以厂商就会想办法在整体传感器结构上做文章了。传统的传感器电路部分会与成像部分放置在同一层,为了尽可能的提高感光部分的面积,传感器厂商就开始尝试把后端电路部分完全挪至下层,这就是我们所说的背照式传感器。背照式结构可以直接提高基准感光度,等同于直接提高了高感效果,对于日常在室内拍摄的我们来说,是个很大的帮助。

  技术现状:在小于2.0μm的CMOS传感器上已经是主流

  未来发展:将会逐渐用在更大像素尺寸的传感器上

  1.4、积层式传感器技术

  之后传感器继续在进步当中,由于CMOS传感器天生具备高度的可扩展性,所以在后端上内置图像处理器显然是有可能的,这就是后来出现的积层式传感器。积层式传感器最大的优势就让传感器获得了尽可能多的扩展性,诸如ISX014这种内置ISP的型号更是极大程度上节约了设备厂商的研发成本,绝对是未来影像行业发展的重要技术。

  技术现状:各大厂商均已开始尝试类似产品

  未来发展:将会逐步在小型传感器以及集成方案上普及

  3.2、高分子压膜非球面镜

  除了多层衍射镜片,非球面镜也是这段时间快速发展的材料之一,虽然非球面镜很久以前就有出现,但是早先的非球面镜都是使用传统光学玻璃,然后通过多次研磨乃至于手工研磨制成,如果是手工研磨再是双面非球面镜,那么其成本是我们难以想象的高。现在往往是使用特种玻璃压铸,或者直接采用高分子材料进行压膜。目前双面压膜非球面镜已经成为了手机镜头的主要材料,也是很多相机镜头的重要组成部分,随着高分子材料的不断进化,未来非球面镜将会占据更大的市场份额。

  技术现状:绝大多数小型镜头

  未来发展:大尺寸镜头都会依靠此类镜片缩小体积

  3.3、计算机辅助镜头设计

  还有要说的就是计算机辅助设计了,可能很多人觉得这个东西与镜头又有什么关联呢?事实上我们所看到的绝大多数现成的镜头设计,都是使用大量计算机模拟运算得出的结果,或者说是在海量光学设计当中计算出各方面“最好”的产品,而传说中大神的“灵感”已经成为了镜头设计当中微不足道的部分了。目前镜头设计的每一次进步,都是设计师可以提出正确的改进思路,并且在越来越强的运算能力帮助下不断改进得出的,这也是为什么现在哪怕是很便宜的镜头都能拥有绝佳画质的原因之一。

  技术现状:已经开始40年时间 现在镜头完全依赖计算机进行设计

  未来发展:随着运算能力的不断提升 越来越多复杂的结构会被研发出来

 

  3.4、今天的技术与未来的猜想

  好了,关于这方面的技术还有很多很多,笔者只是挑选出个人认为最重要的15个技术点,实际上影像行业的技术进步比我们想象中的大的多,比如测距一直是影像行业中非常重要的一部分,他给很多行业应用带来了莫大的帮助,但是在我们的相机当中很难体现出来。

  而且影像行业也是个很大的行业,我们平时只能看到相机这种最为具体的存在形式,其实影像产品一直是一个基础行业,影像产品的第一大用途还是作为工业用品的感应部件存在。这些速度越来越快,精度越来越高的传感器直接让我们的生活更加美好,比如距离传感器的进步可以给地铁系统带来更高的自动化程度,进而带来更好的运营效率,让我们路上的时间更短。

  3.4、机内镜头校正技术

  最后要说的就是机内镜头校正技术了,其实这个技术并没有经过太久的时间,不过却成为了目前提高镜头画质的重要部分。对于镜头来说,相差的种类繁多,而且让某一类相差变小,往往会让其他某个类型的相差扩大。有些相差很容易被后期矫正(比如暗角、畸变),而如果使用光学技术矫正则会带来更大的体积和更高的成本。所以现代镜头设计都是与机身一体化的,将一些后期好修正的相差全部放弃,而将必须使用光学修正的部分在镜头内部强化,这样的设计才能带来尽可能好的画质表现。

  技术现状:各大厂商都已经开始使用这一技术

  未来发展:镜头的设计将逐渐变为光学设计与后期矫正一体的东西

 

  4、网络功能依赖信息产业.

  4.1、WiFi与NFC互联技术

  最后要说的就是一些这段时间非常流行的一些智能化功能,这里边首当其冲的就是WiFi了,虽然各大厂商都尝试过多钟无线互联标准,但是事实证明WiFi 这一大家都在使用的公共连接方式是相机与其他设备无线沟通的最好办法。为了解决WiFi连接步骤颇为复杂的问题,NFC承担了快速连接的中间媒介。未来 WiFi肯定会是绝大多数相机的标配,也是相机智能化的最重要技术。

  技术现状:各大厂商都已经开始尝试WiFi传输以及控制相机的技术

  未来发展:WiFi将会成为所有相机的标配 成为不可或缺的一部分

  4.2、GPS与各类定位系统

  除了WiFi,GPS也是目前诸多相机都在尝试引入的东西,虽然世界上很多国家对于GPS设备的引入都有着非常严格的限制,但是GPS(以及类似定位系统)的意义非常重大,这个意义就在于如果我们的每一张照片都存有GPS信息,那么照片的拍摄信息就多了一个非常重要的点,也就是位置。如果我们手里存有相当量的照片,这些GPS信息可以作为照片管理与筛选的重要依据,想要翻一张照片就再也不那么难了。

  技术现状:GPS已经成为了少数摄影师的标配配件 而内置GPS的相机仍然很少

  未来发展:GPS将会成为一个公共标准配件 而相机厂商也会考虑读取手机的GPS数据作为信息

  4.3、相机程序接口与底层开源

  不过智能化是一个任重而道远的工作,目前的相机全部使用的是自己的封闭式操作系统,而且本身不具备太多的扩展接口,所以想要让相机自身具备更多的智能化功能,在一定程度上开放式必然的选择。目前各大厂商的思路,尼康使用ARM的处理器,并且尝试与安卓融合;索尼准备了一个特殊接口,并且开放了一个市场;三星则直接开放了底层代码,并且尝试直接介入DSP。总之开放是各大厂商的必经之路,未来的相机一定会给合作伙伴更多的空间。

  技术现状:各大厂商都开始考虑相机在软件方面的扩展性 其中索尼、三星已经做出了现成方案

  未来发展:今后每个厂商都会拥有自己的一套软件接口标准以供增加功能

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