“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

最近这段时间整个手机行业中的热门话题,毫无疑问就是小米12S Ultra(下文简称为米12SU)了。作为小米与徕卡达成战略合作后推出的首款顶级旗舰影像机型,这款机型身上可以说是围绕了太多的光环。

无论是行业首发的1英寸索尼IMX989主摄CMOS,还是两枚主摄级的IMX586超广角和潜望式长焦副摄,又或者是小米手机史上首次全镀膜、通过徕卡认证的镜头用料,这些在当下都无疑是顶级的影像配置。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

从米12SU发布后,大量媒体、摄影达人、评测机构的反馈来看,小米这次在手机影像方面明显是“找对了方向”。在徕卡的联合调校下,米12SU无论是拍照模式、还是成像风格,相比以往都有了极大的改变,不再单纯强调参数上的领先,而是明显更照顾用户的“观感”。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

当然,被米12SU热度所吸引而来的,不只有手机和摄影的爱好者,也会有更加较真的硬核玩家。几天前,就有网友通过拆机发现,米12SU的主板上还有一颗标注着“C2”的芯片,疑似是目前还未启用的“澎湃C2”独立ISP。

又比如说,最近还有用户通过拆机、测量发现,米12SU配备的这颗IMX989主摄CMOS,其对角线长度似乎并没有达到我们通常所认知的“1英寸”。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

很显然,这一发现很快就引发了网络中的讨论。甚至就连GSMARENA这样的媒体都亲自下场,称“在相机领域,1英寸有时可以指代一种尺寸范围,而不是一个精确的测量结果”,并表示“这样的情况在每个相机和手机制造商那都是一样的。”

那么,GSMARENA的这番说法对吗?

相机行业有自己的“英寸”,但这并不是一个“范围”

在进行技术解析前,我们首先要解释一下什么是“英寸”。

简单来说,英寸(inch)是英制长度单位的一种。而在公开资料当中可以很轻松地查到两条关键信息,其一,是“1英寸”等同于公制单位的2.54cm;其二则是在英制长度度量方式中,1英寸以下的长度用分数而非小数表示。

例如,1.27cm转换成英寸就只能写成1/2英寸,而不能写成0.5英寸。要问为什么,那就是“历史沿袭”、是“约定俗成”。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

明白了这些,我们再回过头来看米12SU后摄模组中那颗IMX989主摄CMOS的对角线尺寸,究竟是多长呢?答案是约1.6cm。

看到这,可能有的朋友会说,差这么多不算虚标吗?

别急,这其实同样是个“约定俗成”的问题,甚至可以追溯到上世纪30年代。当时,第一代“电子摄像机”被发明出来,而其核心部件是一种被称为“摄像管(Camera Tube)”的、最初的光电信号转换装置。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

这就是摄像管

从原理上来说,“摄像管”其实与后来的CCD、CMOS其实大同小异。这也就意味着,它当然也有着各种不同尺寸、不同感光面积的规格之分。

然而正如大家所见,“摄像管”是一个长长的、由厚玻璃包裹的管状物体,其“感光面积”只有顶部中心的一小块区域。那么问题就来了,在当时标定“摄像管”的尺寸规格时,所指的是哪一种尺寸呢?

A. 包括玻璃外壳在内,整个摄像管的整体直径;

B. 中心感光区域的直径。

答案是A。没错,这其实就是整个影像行业“传感器尺寸”衡量方式的源头。并且“1英寸CMOS”从来都不是指CMOS感光区域的对角线长度为1英寸,而是指“等同于1英寸直径摄像管所具备的感光区域尺寸”。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

请注意,这个规格并不是仅限于手机上,而是适用于所有的数码成像设备。也就是说,只要我们以“英寸(或者说吋)”这个单位去形容影像传感器的尺寸,指的都是“等效于多少英寸的摄像管”,从来都不是指CMOS本身的对角线长度。

也就是说,判断米12SU的主摄CMOS“是不是真的1英寸”,不应去测量其CMOS对角线长度是不是2.54cm,而应该去测量它的CMOS是不是与其他的“1英寸相机”CMOS一样大,这样才更严谨。

CMOS尺寸其实还有两套不同的标准

现在大家已经知道,“1英寸CMOS”的对角线尺寸不可能是2.54cm(1英寸),那么“真正的”尺寸应该是多大呢?

答案是1.6cm,确实也就是米12SU此次采用的IMX989对角线长度。那么以此类推,1/2英寸的IMX598,“真正的”CMOS对角线尺寸就应该是0.8cm了吗?

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

是的,但这里其实就会引出第二个问题,如果一款CMOS的“尺寸”大于等于1/2英寸,那么实际尺寸基本上可以视为1英寸=1.6cm对角线长度;但如果一款CMOS的尺寸小于1/2英寸,则计算方式就需要再进行一次改动,换为1英寸=1.8cm对角线长度。

为什么会这样?其实问题还是出在前文中所提及的“摄像管”上。道理也很简单,当摄像管越做越小后,并不是所有元器件都会“等比缩小”。或许是因为技术的进步,总之小于1/2英寸半径的摄像管中心部分的实际感光区域占比,反而会比大尺寸半径的型号更高一些。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

于是乎,同样是因为长年累月下来的“预定俗成”,CMOS尺寸的真正计算方式,就这么被硬生生地“切”为了以下两个公式。

大于等于1/2英寸的CMOS,按照“1英寸等于1.6cm”来换算对角线长度。

小于1/2英寸的CMOS,按照“1英寸等于1.8cm”来换算对角线长度。

接下来,让我们做一个简单的数学题。四颗CMOS的尺寸,分别为1/1.7英寸、1/2英寸、1/2.3英寸和1/2.55英寸,请问它们的实际传感器对角线长度分别是多少?

答案很简单,分别为1.6/1.7=0.94cm,1.6/2=0.8cm,1.8/2.3=0.78cm,以及1.8/2.55=0.7cm。

发现问题所在了吗?没错,正因传感器尺寸实际上有着两套换算公式,所以这就导致1/2英寸的“大底”传感器,本质上与1/2.3英寸的“小底”其实是几乎一样大的。

虽然手机CMOS在进步,但速度或许没那么快

此前我们三易生活在测试米12SU变焦能力时曾提及,在使用10倍焦段成像时,2022年的米12SU使用1/2英寸(IMX586)传感器+5倍光学镜头+2倍放大算法得到的画面清晰度,与2014年老机型用1/2.3英寸传感器+10倍光学变焦镜头拍出的画面,几乎在一个水平。

“1英寸”不等于1英寸,关于CMOS尺寸的那点事

2014年老机型配备的1/2.3英寸CMOS,其实与如今1/2英寸是几无差别的“大底”

现在看来,这不仅仅是因为“原生10倍光学变焦镜头”的解析力,足以抵消8年间数码放大算法进步的问题。同时还因为1/2英寸的CMOS,实际上与1/2.3英寸CMOS本质上几乎就是一样大,只不过因为两者的计算方式不同,才让我们产生了两者尺寸好像有较大区别的错觉。

同时,这也解释了另外一个问题,为什么手机行业在2018年还是以1/2.55英寸作为旗舰主摄的主流标准,到了2019年就“突飞猛进”到1/2英寸?因为实际上,新老两代CMOS的对角线长度就仅仅只增加了1mm而已,与大家所想象的突如其来的巨大技术进步,其实压根就没有发生过。

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