今天一则新闻刷爆了所有的科技媒体：索尼已经成功开发了业内首款面向智能手机的三层堆叠的CMOS图像传感器。但是对于CMOS，很多人对于什么“背照式”、“堆栈式”都没搞清楚呢，索尼这回又来一个三层堆叠CMOS，是什么黑科技？

要弄懂这些CMOS的原理，我们必须明白CMOS是如何一步步走到现在这个样子的，在这里我们不去讲什么高深的原理或者是学术名词，就用浅显直白的文字来形容CMOS的发展历程。

CMOS的画质升级之路

CMOS全称为Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体），简单说来就是捕捉我们要拍摄画面光学信息的传感器，其获取光线信息的部分即是像素区域，我们常常说的几千万像素，指的就是CMOS的传感器部分拥有的独立感光单元的数量，众多的感光单元（像素）排列在一起就能够接受一个平面的光学信息，一定面积中数量越多，画面也就越清晰。

第一代CMOS并没有采用什么“背照式”、“堆栈式”等技术，我们通常将其称之为”前照式“，这种CMOS在像素区域和最上方的镜片间还有一层金属排线，这层金属会在每个像素上留出一个孔供光线进入，但是这种结构终究多了一些阻挡，每个像素就像是在井内看天空一样，受到了阻挡，所以成像效果并不能让人满意。

 

为了解决这个问题，自然而然地想法就是去掉像素区域上方的金属排线遮挡，”背照式“CMOS随之而来，其实使用的是一个非常直接的思路：将金属排线从像素区域上方移到了下方，失去了遮挡的像素区域自然像脱了缰的野马，成像实力大大提升。

那么如果还想提升成像，还能怎么办呢？索尼又想到一句至理名言：“底大一级压死人”，现在相同面积的基板上，“背照式”CMOS的像素区域仅占整个传感器一部分的面积，其他一部分都是“处理回路”，也就是管理像素区域的部分。如果能够把整个CMOS的面积都利用成为“像素区域”，那么成像就能进一步提升。所以“背照式”就应运而生了，索尼将“处理回路”部分移到了像素区域下方，用电路板取代了之前的支撑衬底，由此换来了更大的感光面积，带来了更好的画质。

到此为止，在智能手机能够使用的CMOS体积上，索尼已经将画质提升到了结构、体积限制下能够达到的极致，接下来该如何升级呢？索尼给出的答案是用三层堆叠CMOS来提升拍照过程中的处理速度。

画质已达极致，接下来的突破口就是速度

之前的“堆栈式”CMOS其实是双层结构CMOS，三层CMOS在这一基础上又增加了一层DRAM缓存，DRAM作为现在速度最快的数据存储、传输介质，能够极大地提升影像传感器的数据读出，以前手机连拍、视频画质不够、速度不快、视频帧数低等问题都能通过三层CMOS完美解决，有了这层DRAM缓存，手机终于能够将现在CMOS的全部潜力完全榨干，不仅在静态图片上得到极高的画质和拍照体验，视频和连拍同样如此。

我们一起来看看三层CMOS的读出速度究竟有多快，对于一张1930万像素的照片来说，IMX318作为传统堆栈式CMOS，从像素区域传输到ISP中进行数据处理需要1/30s，这种速度会造成轻微的失真，类似于视频拍摄中的果冻效应，而三层CMOS的这一过程仅需要1/120s，速度是IMX318的四倍，两者失真的比较下图很明显。

而在视频拍摄过程中就能够通过数字直观感受到两者的区别了，IMX318支持1080p的视频录制最高仅有120fps，也就是一秒120帧，而三层堆叠CMOS可达1000fps，差距有夸张的八倍，4K视频录制IMX318为30fps，三层堆叠CMOS则为60fps。这意味着采用新CMOS的手机可以拍摄比之前的手机慢8倍的慢动作视频，堪比专业高速摄影机。

 

手机影像体验打开了新世界的大门

综合上面的分析来看，对于单张照片来说，三层堆叠CMOS对于我们平时单张照片的拍照画质可能提升有限，可能在实际使用过程中我们会体验到更快的拍照体验，但是这项新技术真正打开的是手机视频拍摄的新世界大门。

其实在之前，我们已经能够感受到手机视频拍摄在平时使用过程中越来越大的比重，延时摄影、慢动作拍摄和动态照片等功能都深受用户们的喜爱，现在的互联网社交、媒体也都进入了视频时代，文字和静态图片早已无法满足人们的信息获取速度，未来视频必将在我们生活中占据越来越重要的地位。

可惜的是，作为我们最常用的拍摄工具，手机拍摄的各类视频画质似乎都很难满足我们的要求，不过没关系，现在有了这项新技术，不仅可以换来更高的视频拍摄帧数，并且每一帧的画面质量也有望获得突破，未来的视频拍摄可能会在这一基础上有更多新玩法、新突破。

这项技术不禁让我们想起了索尼RX100M4上搭载的1000fps超高速视频功能，索尼宣称其使用的是第三代Exmor RS传感器，想来也是使用了同样的三层堆叠CMOS技术，现在这项技术被下放到了手机上，看来未来普通卡片相机的日子，是越来越难过了，不仅是静态照片，现在连视频拍摄都比不上手机了。

至于搭载这项技术的传感器何时能够问世，很大概率会是索尼下一代CMOS：IMX400，这颗传感器有效物理像素为2120万，单像素尺寸仅有1.22μm，加入的DRAM层容量约为1 Gigabit（1000 进制），换算后约为125MB（1024进制），采用的4通道信号传输架构能够进一步加快软件处理和图像读取速度。

并且和IMX300一样，索尼可能会在很长一段时间里独占IMX400的使用权，第一部搭载IMX400的手机会是哪部呢？会不会在MWC 2017上和我们见面？我们拭目以待。

【本文图片来自网络】