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象景物的亮度和色彩信號，并通過復(fù)雜的信號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」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，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損傷畫質(zhì)。

正常光線下不同CMOS畫面噪聲對比

　　賽事直播·打造臨場體驗(yàn)

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

　　以維海德自研的廣播級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(如靠近窗臺的黑板)和暗部細(xì)節(jié)(如板書文字、實(shí)驗(yàn)臺操作細(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)仍能清晰辨識關(guān)鍵細(xì)節(jié)，避免信息漏失。上述優(yōu)勢，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。

　　對云臺控制系統(tǒng)要求更嚴(yán)

　　大底CMOS的高解析力對云臺的機(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，需要長期的技術(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 “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。