手机相机ISP：定制化设计是王道

随着魅族MX3高调宣布其手机相机配置了独立的富士通四通道图像信号处理器（ISP）以来，富士通半导体及其旗下Milbeaut图像信号处理器产品逐渐从幕后走向前台，为更多的工程师和手机用户所熟悉。事实上，在公开的资料中，魅族MX3、OPPO u like、三星GALAXY Note II、GALAXY Zoom等国内和国际领先智能手机品牌厂商都公开宣称其手机相机采用了富士通半导体公司的系列图像信号处理器。

近日，在深圳举办的“2014产业与技术展望媒体研讨会”上，富士通半导体公司首次针对中国部分媒体编辑及记者发表了“图像信号处理器如何改善相机图像质量”的主题技术演讲。

浮出水面的手机相机“幕后英雄”

“其实，富士通半导体的Milbeaut 图像信号处理器在数码相机中的应用已经有十多年的历史，在专业的单反相机中，超过80%%的ISP基于Milbeaut，全球主要的数码相机厂商几乎都是富士通半导体的客户。”沈弘人表示。据他透露，富士通半导体是目前全球唯一一家能同时提供单反相机、卡片式数码相机和手机相机图像信号处理器解决方案的公司。

“富士通在过去很少宣传其相机ISP产品和技术，主要是因为全球数码相机的厂商集中度非常高。”沈弘人指出。近年来，随着智能手机的数码相机功能日益强大，特别是当分辨率超过5M像素后，手机相机替代卡片式相机的趋势日益增强，独立ISP解决方案获得越来越多的手机厂商青睐。“富士通半导体的Milbeaut系列数码相机解决方案继承了丰富的单反相机、卡片式数码相机上的图像处理技术和经验，可以弥补这些众多的手机厂商所欠缺的数码相机研发能力。”沈弘人说道。

据沈弘人介绍，富士通Milbeaut图像处理器产品线面对的主要市场包括三块——数码单反相机（DSL-R）、卡片式数码相机和手机相机，而在单反数码相机和卡片式数码相机上十多年的方案研发和服务厂商的经验无疑是在手机相机ISP市场竞争的利器。据悉，富士通第三代Milbeaut Mobile ISP就率先采用了多种在数码相机中成功应用的功能，如静态图像拍照的连续自动对焦、人脸识别；第六代Milbeaut Mobile ISP就采用了传统数码相机几乎所有的功能，而且还具有高清视频（1920x1080像素）连续自动对焦，等等。

为10%%~15%%的图像改善而努力

世界正在进入移动互联时代，智能手机正在承载几乎所有的移动互联梦想，而数码相机功能让这个梦想的机器增添了无限的色彩。手机相机功能从五百万像素、八百万像素，到今天部分高端手机1300万像素、1600万像素甚至2000万像素以上。“不仅是像素的快速增加，手机数码相机正在面临快速的技术进步。”沈弘人指出。就光学系统模块而言，他总结了近年来的几大现状与趋势：

镜头传感器尺寸从1/3’’到½.5” 以及1/1.8”，不断增大的镜头尺寸可以获得更大光圈；

镜头组从以前的4组增加都5组，但是这样带来的后果是摄像头部件加重，影响自动对焦；

像素尺寸越来越小，从1.4um发展到1.12um，以及0.8um；

自动对焦模块向VCM闭环、MEMS或者相位检测被动型自动调焦系统发展；

零延时拍摄（ZSL）要求，传感器必须以更高的帧率输出全分辨率的图像，需要更高的MIPI（移动行业处理器接口）；

“这些发展趋势给图像信号处理器解决方案的设计以及最终的手机相机功能的调校带来越来越高的挑战。”沈弘人指出，“很明显，像素尺寸的缩小必然会降低单位像素捕获的光子数量，这会影响获得的图像数据质量，必然会对后续的图像处理带来挑战。”据他透露，通常手机图像信号处理器能带来的图像质量改善空间大概是10%%~15%%，而图像传感器光学模块的这些发展趋势对原有的图像处理技术和方法带来新的难题，必须改进原来的图像处理算法，甚至寻找新的图像处理解决方案。

沈弘人向大家分享了富士通半导体当前针对高端手机相机的ISP解决方案之一——M-10MO产品线的一些领先特性：可实现13Mpix@30fps零延时拍摄；低功耗——在13Mpix@30fps零延时拍照模式下约280mW；可实现每秒120帧的全高清（Full HD）视频拍摄；可支持每秒30帧的全高清视频拍摄的同时，实现每秒3帧1300万像素的照片拍摄……据沈弘人透露，该方案已经在部分一线高端手机中获得成功应用。

手机相机ISP，定制化设计是王道

如何实现最佳的手机相机拍摄效果？沈弘人在演讲中给出了几组对比照片。下图是相同场景手机相机拍摄的照片对比图，左面最下面是富士通半导体ISP出来的标准图像，但是经过不同手机厂商处理后，产生了不同的效果——如VIVO手机提升了对比度，Sugar手机则偏冷色一些，而苹果iPhone则追求自然的效果。

“对相机的图像效果要求很多时候是因人而异的，不同的手机厂商在对图像信号处理解决方案的要求上会有不同的侧重甚至倾向性，因此图像信号处理器解决方案并不是标准化的产品，而是需要根据厂商的差异化需求进行定制化设计和复杂的调校工作。”沈弘人表示。事实上，用户对相机功能的要求本身就非常复杂，因此定制化的设计适合厂商满足不同市场定位的需求。

认真研究市场在售的智能手机在宣传其手机相机卖点的时候，都可以看到各自强调其产品差异化特性。例如，您可以看到魅族MX3强调其每秒20张快速拍照能力以及零延时拍照技术，美图手机前置相机超强降噪功能，OPPO U2S强调其弱光下的拍照画质……“这都不是广告语，背后是实实在在的技术干货，他们的研发人员与我们的技术团队就图像质量调校方面进行了非常深入细致的合作，里面有我们双方的Knowhow。”沈弘人笑着指出。

沈弘人强调了富士通半导体相机图像处理器解决方案的高度可定制化——硬件和固件可根据客户需求配置，解决方案可以根据客户的传感器模块充分调校。“这种定制化的设计需求也是富士通半导体公司图像信号处理解决方案获得众多手机厂商青睐的原因吧。”沈弘人说道，“定制化设计需要强大的设计服务能力，需要非常专业的Knowhow支持以及强大的设计支持团队，而这是我们的独特优势。”

针对与会媒体人士提出的应用处理器集成ISP功能的对富士通半导体传统独立ISP提供商的挑战，沈弘人也以同样的理由并不看好。“手机厂商需要的是能实现独特卖点的、实现定制化的差异化解决方案，而不是一个me too的设计，而这对于传统AP厂商来说很难做到。摄像头是一个十分个性化的产品，绝不是一个标准化的产品。”他强调。

事实上，从另一方面来看，目前手机相机的图像处理需求已经达到很高的水平，采用应用处理器来处理数量庞大的图像数据，对处理器的功耗水平具有很大的挑战，而独立、专业的硬件图像处理器在更高的处理能力下，功耗水平可以更低，这也迎合了用户要求手机具有更长待机时间的低功耗需求。“未来我们还可能利用40nm、20nm及更先进的工艺技术实现更低的功耗。目前我们的M10MO图像信号处理器在1080P@30FPS下的平均功耗约280mW，这已经是业界很低的水平。”沈弘人表示。