iPhone超越電影機？Apple感光元件新專利將「堆疊」玩出新高度

懶人包重點：

・Apple 感光元件專利在動態範圍表現取得長足進步，達到近 20 格動態範圍（1,048,576:1、120dB，約 19.9 Stops）。接近人眼動態範圍下限，並一舉超越多款現有專業電影攝影機。

・相對於現行流行的 4T 像素結構，Apple 的專利以 3T 結構再加上類似 Sony Exmor T 感光元件的堆疊架構，在透過 LOFIC 技術提升動態範圍的前提下，再加入邏輯處理層，藉此在感光元件上針對單一畫素處理雜訊抑制。來達到專利名稱所描述的「具有高動態範圍和低雜訊的堆疊像素感光元件」的表現。

・雖說從專利到真正商用可能還有很長的路（應該）。但這個堆疊感光元件技術的新應用方式，有望將蘋果 iPhone 的計算式攝影概念，從新世代 iPhone 16 攝影風格的影像處理管線的處理，再更近一步超前到感光元件讀取階段的「計算」。


▲圖片來源：Apple

自 iPhone 攝影系統開始導入 Apple Log 與 ProRes 規格開始，蘋果想要更進一步透過計算式攝影來進軍專業影視領域的企圖心也越來越強。

不僅自己的發表會幾乎都以 iPhone 進行拍攝。最近的《F1 電影》應用 iPhone 進行部分鏡頭拍攝的實例，甚至還跳脫了過往由影視創作者直接使用 iPhone 創作的概念，反過來由拍攝團隊協助 Apple 對應專業拍攝需求打造軟硬體，進而將成果運用在新世代的 iPhone 功能之中。

（看更多：GoPro 版 iPhone 長這樣？《F1 電影》與蘋果合作打造的相機曝光）

現在，透過 Apple 被外媒挖到的最新曝光的專利資料。可以發現他們似乎也想要在感光元件技術上，將這種超前的概念更延伸用在計算式攝影的感光元件科技的範疇。

所得到的結果，目前預估則是可以達到超越許多專業電影機，來到很類似過往監視系統所用的感光元件比較能達到的 120 dB 等級，也就是接近人眼的動態範圍的驚人表現 - 這裡指的是下限（據報，經視網膜與瞳孔調整後的上限是 30 格左右）。


▲圖片來源：Apple

過往 Apple 可說是相當善於將 iPhone 所搭載的 A 系列晶片的算力，透過 Smart HDR 等形式在影像產生的最後階段進行動態範圍與降噪甚至是加強畫質方面的處理；來到 iPhone 16 系列，我們則是看到更往前推移到影像處理管線階段的全新攝影風格的改變。

在最新的《具有高動態範圍和低雜訊的堆疊像素感光元件（Image sensor with stacked pixels having high dynamic range and low noise）》的專利文件之中，Apple 則是拿出了有別於現有 3T 與 4T 感光元件的新設計（可以說是 3T + 1？）。某種程度來說，可說是再次用計算式攝影的概念嘗試著改變專業攝影的一種新的進展。


▲圖片來源：Apple

根據這份專利文件的描述。Apple 在 3T 的基礎，導入類似 Sony Exmor T 的雙層堆疊技術。

在感光元件下層的部分，加入了可針對單一畫素預先處理雜訊的邏輯晶片層（logic die）- 這就是上面所說的「計算」部分。同一時間也在感光元件層（sensor die）加入可以充分擴展動態範圍表現的橫向溢位積分電容器（LOFIC）電路。

基本上，就是一個充分利用相對簡單的 3T 架構並透過堆疊技術來為感光元件爭取更多空間餘裕，在有效擴展動態範圍的前提下，還能直接針對每個像素進行降噪的更高運算機能的技術實現方式 - 這也是相對於 4T 架構的 CDS 機制的主要差異。

從網路上的討論來看，是說這有點類似於針對單一畫素都提供了單獨快門控制的概念（雖然原理上應該不太正確啦...）。不過更精準一點的說法是，相對於偏向於制式套用的 4T 架構。Apple 的專利可以透過邏輯層的 Current Memory Circuit，對應靜態的畫素固定噪訊與偏差表現，還有動態收到的感測資訊進行補償。


▲圖片來源：Apple

坦白講，筆者也不是真的完全讀過且理解這次的專利文件。而且這其中的很多技術面的資訊也都尚未揭露。

所以一開始個人會偏向猜測 Apple 的這個專利，很可能瞄準的是 Vision Pro 這類產品的應用方向 - 在 MR 環境下，還是會受限於攝影機的動態範圍導致無法達到接近於人眼的視覺體驗。如果這技術真能達到接近人眼的動態範圍，那麼應該會讓這類產品的「現實感」更為加強。


▲圖片來源：Apple

但在後續更深入解讀這個技術之後，會覺得它給我的感覺好像也蠻接近於 Sony Exmor T 感光元件當初在「雙層畫素結構」公布時的鋪陳。雖說這樣種十分專注於擴張動態範圍的技術確實更適合監控、MR / XR 的應用範疇。

但這樣的技術概念，個人認為未來也很有機會能加強 iPhone 的感光元件基礎動態範圍表現，並且透過蘋果過往的計算式攝影技術基礎來達到更放大效果的表現 - 也許不見得會達到碾壓專業電影攝影機的表現，但應該還是可以期待蘋果特製版感光元件的進化表現囉。

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引用來源： JUSTIA via Y.M.CINEMA MAGAZINE

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