详解索尼最新“拽上天”的CMOS，黑科技果然不是白叫的

1三层堆栈式架构够创新

前几天我写了一篇有关拍照pose的文章，帮大家汇总了一些摆起来不费劲却又非常美的pose，也感谢大家在文章下面的跟帖回复。今天我们把话题转个方向说点比较硬的东西，争取深入浅出。

自从去年2月索尼IMX318发布后，影像巨头索尼公司已经有一年时间没有推出令人眼前一亮的感光元件（CMOS）了。即便去年和国内少数手机厂商合作定制了诸如IMX386和IMX398这样的CMOS，但终究还是原有在售CMOS基础上的小改款而已。

就在前天也就是2月7号，索尼在其日本官网上发布消息称，它们研发出全球首款三层堆栈式CMOS。这款CMOS相比原有的堆栈式CMOS增加了DRAM层，大幅提高CMOS的数据处理能力，令其可以拍摄最高1000fps的超慢速视频。那么下面就跟大家介绍一下这款索尼最新的CMOS吧，虽然索尼现在还没给它起好名字。

首先用一张列表介绍一下这款全新的索尼CMOS基本参数：

索尼全新三层堆栈式CMOS的主要参数（来源索尼日本）

由于这款新感光元件还在开发期没有商用，索尼暂时没有为其正式命名。从规格上看，这款CMOS的像素值为2120万，最高可以拍摄5520*3840分辨率的图像。CMOS对角线长度7.73mm，尺寸1/2.3英寸，单个像素面积为1.22μm。支持1/120秒内读取1930万像素图片并拍摄最高1000fps的超慢速视频，架构为传统的拜耳阵列。

主流索尼Exmor RS堆栈式CMOS的参数对比

从上面的参数来看这款CMOS将主要发力点放在了高速处理和视频拍摄上面。从静态图像参数上讲，2120万像素的数字在索尼自家的Exmor RS CMOS中也属于比较靠前的位次，1/2.3英寸的CMOS面积同样位次靠前，可以提供相对不错的画质输出。单位像素1.22μm不及自家一些1.44μm的产品，与HTC的UltraPixel 2μm相比也有不小差距。拜耳阵列是传统的RGBG结构，与IMX298和IMX398的RGBW架构不同，所以综合来看在进光量上面可能会吃一些亏。

背照式CMOS（左）与堆栈式CMOS（右）（图片来源索尼日本）

早在2012年8月索尼就推出了堆栈式CMOS架构，它使用有信号处理电路的芯片替代了之前常见的背照式CMOS图像传感器中的支持基板，在芯片上重叠形成背照式CMOS元件的像素部分，从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分是独立设计的，因此像素部分可以针对高画质优化，电路部分可以针对高性能优化。

堆栈式CMOS（左）与加入DRAM层的三层堆栈式CMOS（图片来源索尼日本）

这次，索尼将CMOS架构做出了调整，在像素层和电路层之间新加入了DRAM层（动态随机存储单元），这一部分在整个CMOS模组当中充当缓存角色，用于存储像素层获取到的图像信息，因此大幅提升了传感器处理数据的速度。根据索尼方面的数据，新CMOS可以在1/120秒内读取1930万像素的图片，这个速度比自家的旗舰级CMOS IMX318快上4倍。

加入DRAM层的索尼最新三层堆栈式CMOS横断面（图片来源索尼日本）

同时，虽然数据处理速度大幅提升，但DRAM层的加入并没有对整个CMOS模组的能耗造成拖累。加上依旧保持堆栈式CMOS体积小的优势，可以被应用在某些追求超纤薄的智能手机上面，符合智能手机整体纤薄化的发展趋势。

2惊人的960fps如何实现?

在传统的智能手机上使用的感光元件主要有CCD和CMOS两种（当然现在已经罕有手机会用CCD了）。以往的CCD感光元件多数使用的是全局快门，传感器上的所有像素同时进光，再转化成电信号。这种快门设计应对高速抓拍得心应手，可问题是需要提高每个像素的面积，这样CCD的总像素数就不能做得很高。如果大家有印象的话，早年一些搭载CCD感光元件的手机像素普遍低于800万。

卷帘快门和全局快门的区别

而卷帘快门和全局快门不同，它是通过感光元件逐行曝光的方式实现的。曝光开始后感光元件逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。这种有点类似于卷门帘的工作原理让人们给它起了这样的名字。卷帘快门虽然能让感光元件的像素做高，但缺陷在于拍摄高速移动物体时，一旦曝光时间较长或者逐行扫描速度不够，画面就可能产生倾斜和晃动。这在摄影上被称作果冻效应。

右边的索尼三层堆栈式CMOS有效控制了果冻效应（车头部位的倾斜，来源索尼日本）

以往不管是多么高端的感光元件，只要使用卷帘快门拍摄高速运动物体，果冻效应基本都无法避免。但在索尼研发的这款全新CMOS上，虽然快门还是卷帘快门，但由于DRAM层的加入提高了CMOS的数据处理速度，以更凝固的瞬间记录下的画面中，果冻效应的影响被大大减轻。