畫素競爭下的真相 ( 1/3 吋 CCD CMOS 作成 400萬畫素 是否是正確選擇)
Source: Mobile 01
手機相機畫素要除以四才是真正的畫素。一:
HTC 在歷史上曾有許多東西沒做好。讓我們失望。
但這次大膽嘗試新像機概念，將面積升為 1/3吋，畫素降為 400萬。
大膽卻正確， 令我讚嘆。
網上討論一知半解者多，敵營攻城部隊與護衛隊一陣亂打，言之無物，越來越失焦。
茲將所知提供大家參考，數字部分只是大約抓來，以方便閱讀為原則，如有錯誤尚請專家指正。
以現在的IC 製程水準，
將1/3 吋 CCD CMOS 畫素做成 100萬畫素 (pixel) 也就是 400萬畫元 (element) 應是正確的。
由於 CCD CMOS 只能分辨光的強弱(黑白)，不能辨別顏色，
所以每個畫素 (pixel) 至少需要至少3~4個畫元 (element) ， (Jonah's note: one pixel = R+ G+B element， sometimes will have 2 G element)
上面貼上 R紅、B藍、G綠濾光片，如此才能經由 DSP CPU 算出顏色向量，
以組成正確亮度與顏色之照片。
400萬顆 CCD CMOS 畫元 (element) 以 2688X1520 擠在 1/3 吋 面積上，
每顆只分到 3微米寬，面積約9平方微米。
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1/3吋 CCD =8.46mm 對角線。 等於 8mm X4.5mm 長方形 長寬比 16:9 時
也就是2688*3um X 1520*3um = 8mm X 4.5mm (感謝pda 兄提供的第一手資料)
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3X3=9微米平方所能收到的光子已經很少。在月光下時有時一秒鐘才被一兩顆光子 (Photon)撞到。
所以他的畫面動態已達人眼舒服感覺之下限 100:1。
如果再增加總畫素量至1300萬，每個畫元 (element)面積將更小.
推算約為 1.7X1.7=3微米平方，
如此小的受光面積，將使動態變更差，(例如 50:1 > 30:1) 畫質感覺變更壞。
訊噪比更差，也就是暗部雜訊更大。
所以1/3 吋 CCD CMOS 做成100萬畫素 (pixel) 也就是 400萬畫元 (element)，是個天險。
進年來廠商廣告都錯將畫元 (element)稱為畫素 (pixel) ，積非成是的將 400萬畫元稱為 400萬畫素。
專家已經不敵眾人，懶得爭辯，只好隨波逐流，將錯就錯。
況且在輸出全黑白影像時，也真的有 400萬個點。
二
由於 CCD 逐漸被 CMOS 光感應器取代。
製程由 21道光罩降為12道光罩。
縮小畫素後產生的良率瓶頸消失。
因此各照相機及手機大廠都被迫捲入無盡的畫素戰爭中。
此間很少有大公司願本著良知告訴消費者，畫素與畫質的真正關系。
因為推出高畫素新產品很容易，人家推 8M=800萬畫素，我就推 13M=1300萬畫素。
反正消費者很少會真正去詳細比較畫質，但如果輸在畫素戰爭，則連被考慮購買的機會都沒有。
這就好像一個美女如果身高不夠 170CM 再漂亮也不能當模特兒一樣。
其實製造 CCD 或CMOS 的廠商最清楚，高畫素是畫質的毒藥，但是迫於大眾多年來已被教育成只懂追求畫素，不懂追求畫質，所以只好隨波逐流。靜待聖人出現。
三
在底片時代由於鏡頭解析度與底片差不多，要改善畫質只有增大底片一途。
35mm 底片被廣泛接受後。底片的 100萬畫素解析極限，曾被公認為是鏡頭設計的極限。
也只有很少數德國公司完成挑戰。
然而隨著 IC 製造進入奈米時代 CCD CMOS 感應器已經很容易做到100萬畫素以上。
這時鏡頭也因超級電腦發達，原先需經一年計算才能設計出來的鏡頭，只需2小時即可算出。
加上非球面及螢石玻璃也使幾何失真，色散失真，彗星型失真等問題一併被解決。
100萬畫素已經輕易可得。
但由於廣告惡性競爭，
大家都把100萬畫素 (pixel)，400萬畫元 (element)的東西，謊稱是 400萬畫素 (pixel)
謊話說久了竟變成業界術語。也就沒人去追究了。
反正誠實說 100萬畫素的就會賣不出去。謊稱 400萬畫素的就賣很好。
誰要去冒天下大不韙，花很多錢去教育消費者。費錢說實話，讓別人享受成果。
隨著電腦的進步，鏡頭計算軟體已由兩兩小時減到3分鐘。
工程師就可大膽的嘗試新玻璃，新鏡頭形狀及組合。
解析度高達300萬畫素 pixel的鏡頭出現。
也就是 CCD CMOS 必須做到 1300萬畫元 (element)來配合
於是宣稱 1300萬畫素(pixel)的謊言廣告就又到處宣揚了。
四
當初 RCA 發明 CCD 時
因為美國半導體廠的工人，常常夾帶三明治及飲料到無塵室工作。
加上 CCD 必須在正常 12~14 道 IC 光罩製程後再加 9道光罩製程才能完成。
如果潔淨室內太髒，即使到第 12道製程時良率有80%，再加9道製程後良率常常是 0
RCA 只好放棄生產。
改授權由去取經的 Hitachi 工程師帶回日本生產。
因此Hitachi 是當時全世界唯一生產 CCD 的公司。
當時的解析度是 NTSC PAL 電視規格。 約 30萬畫素。 尺寸為 2/3吋。
只能用來做電視監視器之用。 也就是盛極一時的 CCTV攝影機。
直到現在商家、街頭之監視器仍然是 30~40萬畫素。
當時等於35mm 底片相機用的 CCD 面積 24X36mm 約 3/2 吋= 1/1/2 吋一直做不出來。
因為需要用到一台一億元的昂貴的離子濺射機 (ion implentar) 才能提高良率。
否則良率常常為 "0"
Hitachi 工程團隊向公司申請買 10台離子濺射機 ，公司以財務困難為由只批准買3台。
工程小組憤而拒絕繼續研發。
此事被SONY 公司得知，就以數倍高薪將 Hitachi 工程團隊挖角過去。
從此要錢有錢，要設備有設備。使SONY 成為 CCD 界之龍頭
當時CMOS 還是在玩具等級。
不料 CMOS 在 Omnivision SONY Sharp Panasonic 等公司及 台積電、聯電之加持下，力爭上游
居然變成主流。