手机厂商新技术：彻底解决照片过曝的实用技巧
在这先问大家个问题，过年有拍到好看的照片吗？
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前几天托尼去拍烟花，看预览的时候还在狂喜，感觉今天包出片的。结果回家打开相册一看全过曝了。烟花秀硬是被拍成了闪光弹突袭。
再一去社交平台上翻别人拍的，那是画面有层次，明暗有对比。
虽然很气，但托尼的拍照水平那是有口皆碑，包是设备出了问题。
在仔细对比了两台手机差异之后，我发现，原来是他的手机 CMOS 多了个“LOFIC”超高动态技术。
这技术最近不少厂家都在提，说是在 CMOS 上装个小硬件就能解决拍照过曝，这玩意怎么做到的？
其实原理并不复杂，托尼只用一张图就能让大家搞懂。
这个 GIF 图就是咱们拍照时，传感器捕捉光的的过程。
就像咱们用瓶子装水一样，要是碰见了水太多的情况，小瓶子装不下来，咱们就只能用大点的“桶”来接这些溢出来的水，不然水就白白流走了。
回到 CMOS 上，在咱们开头说的拍烟花的场景，就是因为烟花绽放发出的光信号，超出了像素点能容纳的上限（满阱容量），那多出来的光信号就只能浪费掉，画面上也就没有内容了，这就是照片出现“过曝”的原因。
而 LOFIC 技术，就是在像素点原有的光电二极管旁边，横向集成一个额外的电容结构，来保存溢出来的光信号。导出时再统一合并转换成电信号，就能在画面上保留更多有效信息。
像夜晚看烟花这种明暗对比强烈的场景，LOFIC 可以通过单次曝光，让手机同时记录下明暗部细节，输出一张高动态的 HDR 照片。
听起来是挺牛，但手机几年前不就能用算法拍 HDR 照片了，这额外装个 LOFIC 还是为了拍 HDR，到底有啥区别？
之前的 HDR，是通过“多帧合成”来实现的，手机通过拍摄几张不同曝光的照片，再把几张照片叠加，通过算法把亮部的细节压下来、暗部的细节提上去，从而得到一张明暗对比强烈的 HDR 照片。
虽然这技术用了挺久，但多帧合成也有烦人的时候。
首先就是拍的时间长，按一次快门要等好久，中间还不能动，一动就糊。而且算法并不能改变 CMOS 的上限，当碰到大光比场景，照片还是会亮部压不住，暗部没细节。
这时候 LOFIC 的优势就体现出来了，它是从硬件层面让 CMOS 动态范围变得更大。
而且 LOFIC 作为单帧 HDR 技术，手机单次曝光就能记录更多信息，基本上能做到预览框里看到什么，成片就长什么样，基本解决了出片“慢”和成片“糊”的问题。
不过话又说回来，这 LOFIC 技术虽然很厉害，但也不是所有机型都能用上的。因为 LOFIC 本质上就是用部分CMOS 面积，换一套功能硬件。
在几年前堆栈式结构（Stacked CMOS）还没普及时，CMOS 像素结构简单，几乎不可能集成 LOFIC 这类复杂元件。
即便是现在堆栈式成为主流，对于大部分手机来说，本身 CMOS 面积就不大，很难给每个像素腾出空间增加一个电容结构。所以目前只有那些大底传感器，才会配备 LOFIC。
有空间装只是第一步，后续的数据处理才是真正的难点。
在 LOFIC 加入之后，像素里的光电二极管依然要负责正常成像，只有当画面亮度逐渐升高、接近像素本身的满阱容量时，多出来的电子才会“溢出”到 LOFIC 电容里。
也就是说，一个像素在不同亮度区间，实际上在用两套完全不同的成像路径，一个负责“高质量成像”，一个负责“兜住高光”。
最后把两路信号拼接成输出一张照片时，就很容易在衔接处出现“画质断层”和异常的噪点。
如果想把 LOFIC 记录下来的高光信息也精细还原，那对手机 ISP 的能力和算力要求可就高了。如果后端处理能力跟不上，那即便 LOFIC 把高光“保”了下来，最终成片里咱们还是看不到这些细节。
不光处理难，CMOS 本身作为精密器件，额外集成 LOFIC 电容也会让结构变得更复杂。如果设计和制造工艺不够成熟，电容在高温或长曝光下反而可能产生暗电流，干扰光电二极管的正常工作。
再加上 LOFIC 电容本身也会接受光子，如果没有做好遮光，杂光进入后，照片就会看起来不干净。
想要保证质量，厂商们还得额外给这个“桶”加上“滤网”。这些额外的成本支出，也导致了目前 LOFIC 技术只会出现在少数主打影像的机型上。
不过在提升 CMOS 动态范围这条路上，LOFIC 虽然表现出色，但也不是唯一的解法。
像 Sony、三星几乎全线在用的“DCG”技术，就是在 CMOS电路上装了个智能开关，根据光线强弱自动调整灵敏度。在强光环境，切换到大电容，避免过曝，保留更多亮度信息。在暗光环境，就用小电容，让照片噪点更少。
现在不少厂商还把 DCG 和 LOFIC 搭配使用，中低亮度靠 DCG 智能调优，极端高光交给 LOFIC 兜底，两者配合，让动态范围又宽又平滑，HDR 效果更自然。
DCG+LOFIC方案示例
除了 DCG 和 LOFIC，还有2x2 OCL（全像素对焦）就是放弃了像素数量和微透镜 1：1的设计，采用四个像素共用一个大微透镜的方式，从而获得更多的进光量，还能提升边缘光线的收集效率，为 HDR 提供更干净的原始数据；更前沿的In-Pixel Memory（像素内存储）则是集成高速缓存，让CMOS 有了“记忆”能力，单次曝光可以多次读出，在硬件层面实现HDR。
之所以会有这么多方案在这跟 HDR 较劲，也是因为这些年咱们对影像的追求，开始转向“真实感”“所见即所得”。厂商们只能靠硬件入手解决，而LOFIC 作为最直接的高光抑制方案，虽然还有诸多难点，但也成了当下最主流的趋势。
托尼只希望厂商们未来能把 LOFIC 技术调校好，好让下次我在拍烟花的时候，能实打实的出两张片。
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