定制化手機(jī)相機(jī)ISP解決方案 只為那15%的耀人光彩

21ic訊 隨著魅族MX3高調(diào)宣布其手機(jī)相機(jī)配置了獨立的富士通四通道圖像信號處理器(ISP)以來，富士通半導(dǎo)體及其旗下Milbeaut圖像信號處理器產(chǎn)品逐漸從幕后走向前臺，為更多的工程師和手機(jī)用戶所熟悉。事實上，在公開的資料中，魅族MX3、OPPO u like、三星GALAXY Note II、GALAXY Zoom等國內(nèi)和國際領(lǐng)先智能手機(jī)品牌廠商都公開宣稱其手機(jī)相機(jī)采用了富士通半導(dǎo)體公司的系列圖像信號處理器。

近日，在深圳舉辦的“2014產(chǎn)業(yè)與技術(shù)展望媒體研討會”上，富士通半導(dǎo)體公司首次針對中國部分媒體編輯及記者發(fā)表了“圖像信號處理器如何改善相機(jī)圖像質(zhì)量”的主題技術(shù)演講。富士通半導(dǎo)體公司市場部高級經(jīng)理沈弘人向與會業(yè)界媒體人士進(jìn)行了近一個小時的深度分享和交流。

浮出水面的手機(jī)相機(jī)“幕后英雄”

“其實，富士通半導(dǎo)體的Milbeaut 圖像信號處理器在數(shù)碼相機(jī)中的應(yīng)用已經(jīng)有十多年的歷史，在專業(yè)的單反相機(jī)中，超過80%的ISP基于Milbeaut，全球主要的數(shù)碼相機(jī)廠商幾乎都是富士通半導(dǎo)體的客戶。”沈弘人表示。據(jù)他透露，富士通半導(dǎo)體是目前全球唯一一家能同時提供單反相機(jī)、卡片式數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)相機(jī)圖像信號處理器解決方案的公司。

“富士通在過去很少宣傳其相機(jī)ISP產(chǎn)品和技術(shù)，主要是因為全球數(shù)碼相機(jī)的廠商集中度非常高。”沈弘人指出。近年來，隨著智能手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)功能日益強(qiáng)大，特別是當(dāng)分辨率超過5M像素后，手機(jī)相機(jī)替代卡片式相機(jī)的趨勢日益增強(qiáng)，獨立ISP解決方案獲得越來越多的手機(jī)廠商青睞。“富士通半導(dǎo)體的Milbeaut系列數(shù)碼相機(jī)解決方案繼承了豐富的單反相機(jī)、卡片式數(shù)碼相機(jī)上的圖像處理技術(shù)和經(jīng)驗，可以彌補(bǔ)這些眾多的手機(jī)廠商所欠缺的數(shù)碼相機(jī)研發(fā)能力。”沈弘人說道。

沈弘人首次次面向國內(nèi)媒體發(fā)表手機(jī)相機(jī)ISP解決方案主題演講

據(jù)沈弘人介紹，富士通Milbeaut圖像處理器產(chǎn)品線面對的主要市場包括三塊——數(shù)碼單反相機(jī)(DSL-R)、卡片式數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)相機(jī)，而在單反數(shù)碼相機(jī)和卡片式數(shù)碼相機(jī)上十多年的方案研發(fā)和服務(wù)廠商的經(jīng)驗無疑是在手機(jī)相機(jī)ISP市場競爭的利器。據(jù)悉，富士通第三代Milbeaut Mobile ISP就率先采用了多種在數(shù)碼相機(jī)中成功應(yīng)用的功能，如靜態(tài)圖像拍照的連續(xù)自動對焦、人臉識別;第六代Milbeaut Mobile ISP就采用了傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)幾乎所有的功能，而且還具有高清視頻(1920x1080像素)連續(xù)自動對焦，等等。

為10%~15%的圖像改善而努力

世界正在進(jìn)入移動互聯(lián)時代，智能手機(jī)正在承載幾乎所有的移動互聯(lián)夢想，而數(shù)碼相機(jī)功能讓這個夢想的機(jī)器增添了無限的色彩。手機(jī)相機(jī)功能從五百萬像素、八百萬像素，到今天部分高端手機(jī)1300萬像素、1600萬像素甚至2000萬像素以上。“不僅是像素的快速增加，手機(jī)數(shù)碼相機(jī)正在面臨快速的技術(shù)進(jìn)步。”沈弘人指出。就光學(xué)系統(tǒng)模塊而言，他總結(jié)了近年來的幾大現(xiàn)狀與趨勢：

鏡頭傳感器尺寸從1/3’’到½.5” 以及1/1.8”，不斷增大的鏡頭尺寸可以獲得更大光圈;

鏡頭組從以前的4組增加都5組，但是這樣帶來的后果是攝像頭部件加重，影響自動對焦;

像素尺寸越來越小，從1.4um發(fā)展到1.12um，以及0.8um;

自動對焦模塊向VCM閉環(huán)、MEMS或者相位檢測被動型自動調(diào)焦系統(tǒng)發(fā)展;

零延時拍攝(ZSL)要求，傳感器必須以更高的幀率輸出全分辨率的圖像，需要更高的MIPI(移動行業(yè)處理器接口);

…………

富士通半導(dǎo)體ISP解決方案瞄準(zhǔn)中、高端手機(jī)相機(jī)應(yīng)用需求

“這些發(fā)展趨勢給圖像信號處理器解決方案的設(shè)計以及最終的手機(jī)相機(jī)功能的調(diào)校帶來越來越高的挑戰(zhàn)。”沈弘人指出，“很明顯，像素尺寸的縮小必然會降低單位像素捕獲的光子數(shù)量，這會影響獲得的圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量，必然會對后續(xù)的圖像處理帶來挑戰(zhàn)。”據(jù)他透露，通常手機(jī)圖像信號處理器能帶來的圖像質(zhì)量改善空間大概是10%~15%，而圖像傳感器光學(xué)模塊的這些發(fā)展趨勢對原有的圖像處理技術(shù)和方法帶來新的難題，必須改進(jìn)原來的圖像處理算法，甚至尋找新的圖像處理解決方案。

沈弘人向大家分享了富士通半導(dǎo)體當(dāng)前針對高端手機(jī)相機(jī)的ISP解決方案之一——M-10MO產(chǎn)品線的一些領(lǐng)先特性：可實現(xiàn)13Mpix@30fps零延時拍攝;低功耗——在13Mpix@30fps零延時拍照模式下約280mW;可實現(xiàn)每秒120幀的全高清(Full HD)視頻拍攝;可支持每秒30幀的全高清視頻拍攝的同時，實現(xiàn)每秒3幀1300萬像素的照片拍攝……據(jù)沈弘人透露，該方案已經(jīng)在部分一線高端手機(jī)中獲得成功應(yīng)用。

手機(jī)相機(jī)ISP，定制化設(shè)計是王道

如何實現(xiàn)最佳的手機(jī)相機(jī)拍攝效果?沈弘人在演講中給出了幾組對比照片。下圖是相同場景手機(jī)相機(jī)拍攝的照片對比圖，左面最下面是富士通半導(dǎo)體ISP出來的標(biāo)準(zhǔn)圖像，但是經(jīng)過不同手機(jī)廠商處理后，產(chǎn)生了不同的效果——如VIVO手機(jī)提升了對比度，Sugar手機(jī)則偏冷色一些，而蘋果iPhone則追求自然的效果。

不同手機(jī)廠商對圖像品質(zhì)有不同的傾向性，定制化的設(shè)計結(jié)果實現(xiàn)產(chǎn)品性能差異化

“對相機(jī)的圖像效果要求很多時候是因人而異的，不同的手機(jī)廠商在對圖像信號處理解決方案的要求上會有不同的側(cè)重甚至傾向性，因此圖像信號處理器解決方案并不是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，而是需要根據(jù)廠商的差異化需求進(jìn)行定制化設(shè)計和復(fù)雜的調(diào)校工作。”沈弘人表示。事實上，用戶對相機(jī)功能的要求本身就非常復(fù)雜，因此定制化的設(shè)計適合廠商滿足不同市場定位的需求。

認(rèn)真研究市場在售的智能手機(jī)在宣傳其手機(jī)相機(jī)賣點的時候，都可以看到各自強(qiáng)調(diào)其產(chǎn)品差異化特性。例如，您可以看到魅族MX3強(qiáng)調(diào)其每秒20張快速拍照能力以及零延時拍照技術(shù)，美圖手機(jī)前置相機(jī)超強(qiáng)降噪功能，OPPO U2S強(qiáng)調(diào)其弱光下的拍照畫質(zhì)……“這都不是廣告語，背后是實實在在的技術(shù)干貨，他們的研發(fā)人員與我們的技術(shù)團(tuán)隊就圖像質(zhì)量調(diào)校方面進(jìn)行了非常深入細(xì)致的合作，里面有我們雙方的Knowhow。”沈弘人笑著指出。

沈弘人強(qiáng)調(diào)了富士通半導(dǎo)體相機(jī)圖像處理器解決方案的高度可定制化——硬件和固件可根據(jù)客戶需求配置，解決方案可以根據(jù)客戶的傳感器模塊充分調(diào)校。“這種定制化的設(shè)計需求也是富士通半導(dǎo)體公司圖像信號處理解決方案獲得眾多手機(jī)廠商青睞的原因吧。”沈弘人說道，“定制化設(shè)計需要強(qiáng)大的設(shè)計服務(wù)能力，需要非常專業(yè)的Knowhow支持以及強(qiáng)大的設(shè)計支持團(tuán)隊，而這是我們的獨特優(yōu)勢。”

針對與會媒體人士提出的應(yīng)用處理器集成ISP功能的對富士通半導(dǎo)體傳統(tǒng)獨立ISP提供商的挑戰(zhàn)，沈弘人也以同樣的理由并不看好。“手機(jī)廠商需要的是能實現(xiàn)獨特賣點的、實現(xiàn)定制化的差異化解決方案，而不是一個me too的設(shè)計，而這對于傳統(tǒng)AP廠商來說很難做到。攝像頭是一個十分個性化的產(chǎn)品，絕不是一個標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。”他強(qiáng)調(diào)。

事實上，從另一方面來看，目前手機(jī)相機(jī)的圖像處理需求已經(jīng)達(dá)到很高的水平，采用應(yīng)用處理器來處理數(shù)量龐大的圖像數(shù)據(jù)，對處理器的功耗水平具有很大的挑戰(zhàn)，而獨立、專業(yè)的硬件圖像處理器在更高的處理能力下，功耗水平可以更低，這也迎合了用戶要求手機(jī)具有更長待機(jī)時間的低功耗需求。“未來我們還可能利用40nm、20nm及更先進(jìn)的工藝技術(shù)實現(xiàn)更低的功耗。目前我們的M10MO圖像信號處理器在1080P@30FPS下的平均功耗約280mW，這已經(jīng)是業(yè)界很低的水平。”沈弘人表示。