CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器，顧名思義就是攝像機(jī)的“視網(wǎng)膜”。

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

　　主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對(duì)象景物的亮度和色彩信號(hào)，并通過復(fù)雜的信號(hào)處理和圖像處理技術(shù)輸出數(shù)字化的圖像信息，從而還原出真實(shí)的影像。視網(wǎng)膜的物理尺寸越大，感光能力也就越敏銳，相應(yīng)地“看到”的畫面就越清晰細(xì)膩。

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

　　01

　　「底大一級(jí)」意味什么

　　在專業(yè)影像領(lǐng)域，傳感器的物理尺寸始終是畫質(zhì)的核心決定因素。

　　一直以來，人們不斷探索提高圖像傳感器的尺寸，從最初的1/4英寸，1/3英寸到1/1.8英寸，以及今天要講到的4/3英寸，其初衷是更好地適應(yīng)高分辨率成像要求，從而為觀眾帶來更清晰、逼真的視覺體驗(yàn)。

　　更大的感光面積意味著每個(gè)像素點(diǎn)能捕獲更多光子。

　　例如，對(duì)于一個(gè)4/3 英寸傳感器和一個(gè) 1/2.5 英寸傳感器，如果均具有 1200 萬像素，4/3 英寸傳感器的像素分布更為寬松，每個(gè)像素有更大的空間來捕捉光線和記錄信息，攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍更廣。

　　當(dāng)強(qiáng)光直射時(shí)候，大CMOS能吸收更多光子而不 “溢出”，避免區(qū)域過曝“泛白”;光線不足時(shí)，大底傳感器仍能從噪聲中提取有效信號(hào)，保留更多細(xì)節(jié)避免局部“死黑”和噪聲過高帶來的圖像模糊，從而輸出 “高光不溢出，暗部有細(xì)節(jié)” 的電影級(jí)畫質(zhì)。

　　02

　　大底CMOS拓寬攝像邊界

　　今天，在許多新聞直播、賽事直播、影視制作以及綜藝娛樂節(jié)目中，均有搭載了大底CMOS傳感器的PTZ攝像機(jī)出鏡，憑借毫不遜色大型攝影器材的成像表現(xiàn)，它們成為各類場(chǎng)景中不可或缺的“隱形攝影師”。

某綜藝節(jié)目使用了PTZ攝像機(jī)輔助拍攝

　　廣電直播·全天候適用

　　在戶外新聞直播中，復(fù)雜光線條件是常態(tài)。憑借復(fù)雜光線環(huán)境的全適應(yīng)能力，大底CMOS攝像機(jī)成為業(yè)界新寵。

　　在強(qiáng)光環(huán)境下，大底傳感器不易因像素 “過載” 而丟失高光細(xì)節(jié)(如天空、光源邊緣的細(xì)節(jié))，畫面中亮部和暗部的層次更豐富;

強(qiáng)光條件下不同CMOS成像層次對(duì)比

　　而在陰雨天或黃昏弱光環(huán)境里，大底CMOS的低噪點(diǎn)可有效避免畫面模糊，從而減少對(duì)高感光度(ISO)的依賴，畫面細(xì)節(jié)保留更完整。

弱光條件下不同CMOS畫面細(xì)節(jié)對(duì)比

　　而在同等光線條件下，2000萬像素、4/3英寸CMOS的單像素面積(μm²)對(duì)比1/3英寸CMOS大13倍，這就意味著1/3英寸CMOS光子量收集效率嚴(yán)重不足，需依賴更高的ISO增益，畫面噪點(diǎn)更加密集。4/3英寸CMOS成像畫面更加純凈，暗部細(xì)節(jié)保留完整，彩色噪點(diǎn)(色度噪聲)和亮度噪點(diǎn)均較少，后期使用降噪算法也不會(huì)損傷畫質(zhì)。

正常光線下不同CMOS畫面噪聲對(duì)比

　　賽事直播·打造臨場(chǎng)體驗(yàn)

　　在體育賽事直播中，大底CMOS PTZ攝像機(jī)可以無懼現(xiàn)場(chǎng)光線變化，拍攝更接近真實(shí)賽場(chǎng)的畫面，打造沉浸式觀看體驗(yàn)。

　　以維海德自研的廣播級(jí)PTZ攝像機(jī)GB-VX90為例，在搭載了20倍光學(xué)變焦與AI智能追焦技術(shù)后，攝像機(jī)可自動(dòng)鎖定球員動(dòng)作，呈現(xiàn)清晰流暢的肢體動(dòng)作細(xì)節(jié)。大底傳感器的高解析力還能捕捉到足球表面的紋理，增強(qiáng)畫面的臨場(chǎng)感。

　　遠(yuǎn)程教學(xué)·教學(xué)互動(dòng)零距離

　　搭載了大底CMOS的云臺(tái)攝像機(jī)，一般擁有更高的動(dòng)態(tài)范圍，可同時(shí)保留高光區(qū)域(如靠近窗臺(tái)的黑板)和暗部細(xì)節(jié)(如板書文字、實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作細(xì)節(jié))。遠(yuǎn)端觀看的師生能清晰捕捉到教學(xué)的畫面，干凈、低噪點(diǎn)的畫面確保回放時(shí)仍能清晰辨識(shí)關(guān)鍵細(xì)節(jié)，避免信息漏失。上述優(yōu)勢(shì)，同樣適用于遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)訓(xùn)、教育錄播、遠(yuǎn)程醫(yī)療、模擬手術(shù)、遠(yuǎn)程指揮等領(lǐng)域。

維海德GB-VX90在多個(gè)場(chǎng)景中的應(yīng)用

　　03

　　大底CMOS應(yīng)用面臨多重挑戰(zhàn)

　　既然大底尺寸傳感器更好，為什么在實(shí)際應(yīng)用中比較少見呢?

　　要求更大口徑的鏡頭

　　大底傳感器需要匹配更大口徑的鏡頭，以充分利用傳感器的感光能力。但大光圈鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜度高、制造成本昂貴，且需與傳感器的微透鏡陣列精準(zhǔn)配合，否則可能導(dǎo)致邊緣畫質(zhì)下降或光學(xué)畸變。

　　對(duì)云臺(tái)控制系統(tǒng)要求更嚴(yán)

　　大底CMOS的高解析力對(duì)云臺(tái)的機(jī)械穩(wěn)定性提出了嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。

　　即使微小的抖動(dòng)也會(huì)被放大為畫面模糊，因此需采用更高精度的三軸電機(jī)、低摩擦軸承及高靈敏度陀螺儀。此外，云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與控制算法需優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)時(shí)的精準(zhǔn)追焦。

　　綜合研發(fā)成本更高昂

　　要想充分釋放大底CMOS傳感器的潛能，需要攝像機(jī)搭載一系列的硬件(如PCB主板、散熱模塊、接口電路)和功能配套(圖像處理、防抖、AI跟蹤等)，研發(fā)周期長(zhǎng)，需要長(zhǎng)期的技術(shù)積累。

　　以GB-VX90為例，圍繞4/3英寸CMOS傳感器，還搭載了新一代ISP圖像處理算法和超高解析度的4K鏡頭，2000萬有效像素和20倍光學(xué)變焦鏡頭，確保了攝像機(jī)無論是拍攝全景還是特寫畫面，拍攝靜止還是移動(dòng)目標(biāo)皆有出色的表現(xiàn)。

　　硬件設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、成本控制等難題，要求廠商在技術(shù)突破與市場(chǎng)適配間尋找平衡點(diǎn)。也因此，能夠推出一款搭載大底CMOS傳感器的PTZ攝像機(jī)廠商，無疑皆是行業(yè)內(nèi)的佼佼者。

　　04

　　大底時(shí)代：讓世界真實(shí)可見

　　大底CMOS傳感器的加速普及，本質(zhì)是影像行業(yè)對(duì) “真實(shí)畫質(zhì)” 的回歸——拒絕算法矯飾，從物理層面提升光線捕捉能力，讓畫面還原眼睛所見的細(xì)膩與生動(dòng)的同時(shí)，也為行業(yè)開拓更多的發(fā)展空間。

　　未來，隨著傳感器工藝的成熟與算法優(yōu)化的深化，大底CMOS或?qū)⒅鸩酱蚱菩袠I(yè)壁壘，推動(dòng)專業(yè)影像設(shè)備向更高標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)，探索更多的應(yīng)用領(lǐng)域。