在這先問大家個問題，過年有拍到好看的照片嗎？
前幾天託尼去拍煙花，看預覽的時候還在狂喜，感覺今天包出片的。結果回家打開相冊一看全過曝了。煙花秀硬是被拍成了閃光彈突襲。
再一去社交平臺上翻別人拍的，那是畫面有層次，明暗有對比。
雖然很氣，但託尼的拍照水平那是有口皆碑，包是設備出了問題。
在仔細對比了兩臺手機差異之後，我發現，原來是他的手機 CMOS 多了個“LOFIC”超高動態技術。
這技術最近不少廠家都在提，說是在 CMOS 上裝個小硬件就能解決拍照過曝，這玩意怎麼做到的？
其實原理並不複雜，託尼只用一張圖就能讓大家搞懂。
這個 GIF 圖就是咱們拍照時，傳感器捕捉光的的過程。
就像咱們用瓶子裝水一樣，要是碰見了水太多的情況，小瓶子裝不下來，咱們就只能用大點的“桶”來接這些溢出來的水，不然水就白白流走了。
回到 CMOS 上，在咱們開頭說的拍煙花的場景，就是因爲煙花綻放發出的光信號，超出了像素點能容納的上限（滿阱容量），那多出來的光信號就只能浪費掉，畫面上也就沒有內容了，這就是照片出現“過曝”的原因。
而 LOFIC 技術，就是在像素點原有的光電二極管旁邊，橫向集成一個額外的電容結構，來保存溢出來的光信號。導出時再統一合併轉換成電信號，就能在畫面上保留更多有效信息。
像夜晚看煙花這種明暗對比強烈的場景，LOFIC 可以通過單次曝光，讓手機同時記錄下明暗部細節，輸出一張高動態的 HDR 照片。
聽起來是挺牛，但手機幾年前不就能用算法拍 HDR 照片了，這額外裝個 LOFIC 還是爲了拍 HDR，到底有啥區別？
之前的 HDR，是通過“多幀合成”來實現的，手機通過拍攝幾張不同曝光的照片，再把幾張照片疊加，通過算法把亮部的細節壓下來、暗部的細節提上去，從而得到一張明暗對比強烈的 HDR 照片。
雖然這技術用了挺久，但多幀合成也有煩人的時候。
首先就是拍的時間長，按一次快門要等好久，中間還不能動，一動就糊。而且算法並不能改變 CMOS 的上限，當碰到大光比場景，照片還是會亮部壓不住，暗部沒細節。
這時候 LOFIC 的優勢就體現出來了，它是從硬件層面讓 CMOS 動態範圍變得更大。
而且 LOFIC 作爲單幀 HDR 技術，手機單次曝光就能記錄更多信息，基本上能做到預覽框裏看到什麼，成片就長什麼樣，基本解決了出片“慢”和成片“糊”的問題。
不過話又說回來，這 LOFIC 技術雖然很厲害，但也不是所有機型都能用上的。因爲 LOFIC 本質上就是用部分CMOS 面積，換一套功能硬件。
在幾年前堆棧式結構（Stacked CMOS）還沒普及時，CMOS 像素結構簡單，幾乎不可能集成 LOFIC 這類複雜元件。
即便是現在堆棧式成爲主流，對於大部分手機來說，本身 CMOS 面積就不大，很難給每個像素騰出空間增加一個電容結構。所以目前只有那些大底傳感器，纔會配備 LOFIC。
有空間裝只是第一步，後續的數據處理纔是真正的難點。
在 LOFIC 加入之後，像素裏的光電二極管依然要負責正常成像，只有當畫面亮度逐漸升高、接近像素本身的滿阱容量時，多出來的電子纔會“溢出”到 LOFIC 電容裏。
也就是說，一個像素在不同亮度區間，實際上在用兩套完全不同的成像路徑，一個負責“高質量成像”，一個負責“兜住高光”。
最後把兩路信號拼接成輸出一張照片時，就很容易在銜接處出現“畫質斷層”和異常的噪點。
如果想把 LOFIC 記錄下來的高光信息也精細還原，那對手機 ISP 的能力和算力要求可就高了。如果後端處理能力跟不上，那即便 LOFIC 把高光“保”了下來，最終成片裏咱們還是看不到這些細節。
不光處理難，CMOS 本身作爲精密器件，額外集成 LOFIC 電容也會讓結構變得更復雜。如果設計和製造工藝不夠成熟，電容在高溫或長曝光下反而可能產生暗電流，干擾光電二極管的正常工作。
再加上 LOFIC 電容本身也會接受光子，如果沒有做好遮光，雜光進入後，照片就會看起來不乾淨。
想要保證質量，廠商們還得額外給這個“桶”加上“濾網”。這些額外的成本支出，也導致了目前 LOFIC 技術只會出現在少數主打影像的機型上。
不過在提升 CMOS 動態範圍這條路上，LOFIC 雖然表現出色，但也不是唯一的解法。
像 Sony、三星幾乎全線在用的“DCG”技術，就是在 CMOS電路上裝了個智能開關，根據光線強弱自動調整靈敏度。在強光環境，切換到大電容，避免過曝，保留更多亮度信息。在暗光環境，就用小電容，讓照片噪點更少。
現在不少廠商還把 DCG 和 LOFIC 搭配使用，中低亮度靠 DCG 智能調優，極端高光交給 LOFIC 兜底，兩者配合，讓動態範圍又寬又平滑，HDR 效果更自然。
DCG+LOFIC方案示例
除了 DCG 和 LOFIC，還有 2x2 OCL（全像素對焦）就是放棄了像素數量和微透鏡 1：1的設計，採用四個像素共用一個大微透鏡的方式，從而獲得更多的進光量，還能提升邊緣光線的收集效率，爲 HDR 提供更乾淨的原始數據；更前沿的 In-Pixel Memory（像素內存儲）則是集成高速緩存，讓CMOS 有了“記憶”能力，單次曝光可以多次讀出，在硬件層面實現HDR。
之所以會有這麼多方案在這跟 HDR 較勁，也是因爲這些年咱們對影像的追求，開始轉向“真實感”“所見即所得”。廠商們只能靠硬件入手解決，而LOFIC 作爲最直接的高光抑制方案，雖然還有諸多難點，但也成了當下最主流的趨勢。
託尼只希望廠商們未來能把 LOFIC 技術調校好，好讓下次我在拍煙花的時候，能實打實的出兩張片。
來源：快科技-手機頻道
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