Vom iPhone zu chinesischen Android-Smartphones: Warum werden die CMOS-Bildsensoren in Handys alle „quadratisch“?
Unbewusst wird der quadratische CMOS immer mehr zur Standardauswahl bei konsumorientierten Elektronikprodukten. Vor kurzem hat nicht nur der Thunderbird V4 als AI-Fotobrille einen quadratischen CMOS eingeführt. Mehrere Gerüchte deuten auch darauf hin, dass Huawei, OPPO und Honor kurz davor sind, den quadratischen CMOS einzuführen. Spätestens im zweiten Halbjahr des Jahres könnten wir dies sehen. Andere Hersteller wie vivo und Xiaomi befinden sich noch in der Produktbewertungsstufe.
Die Verbreitungsgeschwindigkeit des quadratischen CMOS beschleunigt deutlich, insbesondere nachdem die Frontkamera der iPhone 17-Serie und des iPhone Air einen quadratischen CMOS erhalten hat. Innerhalb von weniger als einem Jahr folgen alle anderen.
In der Vergangenheit, wenn man über die Smartphone-Bildqualität sprach, war man eher an der Größe des Hauptobjektivs, der Reichweite des Teleobjektivs und der Stärke des Algorithmus interessiert. Die Frontkamera befand sich lange Zeit in einer unangenehmen Situation: Es reichte, wenn man Selbstporträts machen und Videoanrufe führen konnte. Wenig Leute kümmerten sich wirklich darum, ob es ein 4:3-, 16:9- oder 1:1-Format war. Aber Apple hat bei der iPhone 17 direkt die Frontkamera durch einen quadratischen Sensor ersetzt.
Was noch interessanter ist, ist, dass diese Veränderung nicht nur auf Smartphones beschränkt ist. Neben der etwas früheren DJI Osmo 360 Panoramakamera hat auch die DJI Osmo Action 6 Ende des vergangenen Jahres denselben quadratischen CMOS eingesetzt. Zusammen mit dem Thunderbird V4 beginnt etwas, das nur „eine andere Form“ hat, gleichzeitig auf Smartphones, Actionkameras und AI-Brillen zu erscheinen.
Was löst der quadratische CMOS also tatsächlich?
Von der Frontkamera der iPhone 17 ausgehend: Was sind die Vorteile des „Quadratischen“?
Als die Lei Technology letztes Jahr die iPhone 17 Pro Max getestet hat, wurde erwähnt, dass der quadratische CMOS der Frontkamera der gesamten iPhone 17-Serie eine spürbare Verbesserung gebracht hat. Nicht weil die Anzahl der Pixel von 12 Millionen auf 18 Millionen erhöht wurde, sondern der quadratische Sensor hat wirklich die Art und Weise des Gebrauchs verändert.
Außerlich hat sich fast nichts geändert – es ist immer noch die Dynamic Island und an derselben Position. Aber sobald man es benutzt, fällt der Unterschied sofort auf.
iPhone 17 Pro Max, Bildquelle: Lei Technology
Früher musste man das Smartphone quer halten, um Querformat-Inhalte mit der Frontkamera aufzunehmen. Dieser Vorgang war nicht schwierig, aber unangenehm, insbesondere bei einem Smartphone mit großem Bildschirm wie der Pro Max. Es war nicht komfortabel, das Smartphone mit einer Hand quer zu halten und ein Selbstportrait zu machen. Das Gleiche gilt für Videoanrufe. Wenn man das Smartphone senkrecht hält, sieht der Gegenüber oft ein schmales Bild. Wenn man es quer hält, neigt man dazu, den Blick nach einer Seite zu wenden.
Der quadratische CMOS der iPhone 17 löst dieses Problem.
Der Grundsatz ist eigentlich sehr einfach: Man verwendet einen größeren quadratischen Sensor, um ein „größeres quadratisches Negativ“ aufzunehmen. Das System schneidet dann in Echtzeit aus diesem Negativ das benötigte Format aus. Wenn man das Smartphone senkrecht hält, kann man Hochformat-Fotos aufnehmen. Mit einem Klick kann man auf das Querformat umschalten. Mit demselben Sensor und denselben Pixeln erhält man direkt ein Querformat-Bild.
Man muss das Smartphone nicht drehen und die Bildqualität nicht opfern. Dies ist auch eine der wichtigsten Veränderungen, die der quadratische CMOS bringt.
Bei WeChat-Videoanrufen sieht der Gegenüber immer ein Querformat-Bild. Man muss das Smartphone nicht extra quer auf den Tisch legen oder den Arm hochhalten, um den richtigen Winkel zu finden. Früher bei Querformat-Videos sah man den Bildschirm, der Kamerasensor war an der Seite, und der Gegenüber hatte das Gefühl, man würde ihn nicht ansehen. Jetzt hält man das Smartphone senkrecht, die Kamera ist oben in der Mitte, und der Blickwinkelunterschied ist viel kleiner.
Beim Gruppenfoto wird der Unterschied noch deutlicher. Früher musste man den Arm weit ausstrecken, wenn man mit drei Personen ein Selbstportrait machte, und man musste sich auch Sorgen um die Verzerrung der Gesichter an den Rändern machen. Jetzt hat der quadratische Sensor einen breiteren Blickwinkel, und das System kann automatisch die Anzahl der Personen erkennen. Bei vielen Personen wird der Weitwinkel aktiviert, bei wenigen Personen wird der Blickwinkel etwas eingeschränkt, um sicherzustellen, dass alle Personen im Bild sind und die Gesichter nicht verzerrt werden.
Ehrlich gesagt, ist keines dieser Funktionen für sich genommen eine „Blackbox-Technologie“. Aber zusammen bringen sie die Benutzererfahrung der Frontkamera auf ein neues Niveau.
Das ist so typisch für Apple. Man denke an die Dynamic Island. Während andere Hersteller darüber nachdenken, wie man die Lochung verstecken oder die Notch kleiner machen kann, hat Apple daraus eine Interaktionszone gemacht. Anstatt die Hardware-Einschränkungen zu verbergen, hat Apple sie in ein Träger für die Software-Erfahrung umgewandelt.
Frontkamera der iPhone 17-Serie, Bildquelle: Apple
Die physikalische Position der Frontkamera ist festgelegt, und die belegte Fläche ist begrenzt. Unter diesen Einschränkungen, wie kann man die Benutzererfahrung verbessern? Apples Antwort ist nicht, die Anzahl der Pixel zu erhöhen oder eine Zusatzbeleuchtung hinzuzufügen, sondern an der Grundstruktur des Sensors, nämlich seiner Form, zu ändern. Denn sie haben festgestellt, dass das größte Problem der Benutzer bei der Frontkamera nicht die schlechte Bildqualität, sondern die unangenehme Komposition ist.
Diese Probleme können nicht durch die Erhöhung der Pixelanzahl gelöst werden.
Es ist also nicht verwunderlich, dass die chinesischen Hersteller folgen. Dies ist nicht einfach nur „Apples Hausaufgaben kopieren“. Das Wichtige ist, dass die Benutzererfahrung tatsächlich verbessert wird, und diese Verbesserungen sind für alle spürbar – WeChat-Videoanrufe, Selbstporträts, Vlog-Aufnahmen, all dies sind häufige Szenarien. Wenn die Richtung richtig ist, ist es nur logisch, dass man folgt.
Nicht nur bei Smartphones: Der quadratische CMOS hat große Vorteile bei Bildaufnahmegeräten
An dieser Stelle fragt man sich vielleicht, ob es nur darum geht, dass die Komposition im Hoch- und Querformat einfacher ist. Ist das wirklich so wichtig? Wenn es nur um die einfache Umschaltung zwischen Hoch- und Querformat geht, wäre es tatsächlich nur eine „kleine Verbesserung“. Aber der wahre Wert des quadratischen CMOS ist viel tiefer.
Dafür muss man von den grundlegenden optischen Prinzipien ausgehen.
Haben Sie sich jemals gefragt, warum die Linse rund ist, aber die aufgenommenen Fotos quadratisch sind?
Die Antwort ist: Der Sensor CMOS ist quadratisch. Die Linse projiziert das Licht auf ein rundes Bildfeld, und der Sensor nimmt nur den mittleren rechteckigen Teil auf und wandelt ihn in digitale Signale um. Aber in dem runden Bildfeld kann der rechteckige Sensor nur den mittleren Bereich nutzen, und die Lichtsignale außerhalb der vier Ecken werden verschwendet. Bei einem 4:3- oder 16:9-Sensor wird etwa 20 % der Fläche verschwendet.
Der quadratische Sensor ist anders. Bei demselben runden Bildfeld ist das Quadrat näher an der Kreisform als das Rechteck und kann eine größere Fläche nutzen. Wenn man die Zahlen zusammenrechnet, kann der quadratische CMOS bei derselben Linse und derselben Sensorgröße etwa 20 % mehr Photonen erfassen.
Was bedeutet 20 %? In dunklen Umgebungen bedeutet dies weniger Rauschen und ein saubereres Bild. Bei demselben Bildqualitätsanspruch bedeutet dies, dass der Sensor kleiner sein kann oder dass bei demselben Sensor die Bildqualität besser sein kann.
Durch die Verbesserung der effektiven Nutzungseffizienz des Sensors in der Konstruktion liegt der grundlegende Vorteil des quadratischen CMOS, und das ist auch der Grund, warum Actionkameras und Panoramakameras schon lange quadratische Sensoren verwenden.
Action 6, Bildquelle: Lei Technology
Die DJI Osmo 360 Panoramakamera, die im Juli des vergangenen Jahres veröffentlicht wurde, und die DJI Osmo Action 6 Actionkamera, die im November veröffentlicht wurde, verwenden einen 1-Zoll-quadratischen CMOS. Laut der offiziellen Information ist die Sensor-Nutzungseffizienz um 25 % höher als bei herkömmlichen 1-Zoll-Produkten – denn das Bildfeld einer Panoramakamera ist von Natur aus rund, und die Verwendung eines rechteckigen Sensors wäre zu verschwenderisch. Wenn man ihn quadratisch macht, kann man die effektive Fläche vollständig nutzen.
Die Einsatzszenarien von Actionkameras sind komplexer. Manchmal nimmt man Querformat-Aufnahmen, manchmal Hochformat-Aufnahmen, und manchmal auch schräge Aufnahmen. Der Vorteil des quadratischen Sensors besteht darin, dass man unabhängig von der Komposition aus demselben Negativ schneiden kann und der Bildqualitätsverlust gering ist.
Zugleich breitet sich der Einfluss der iPhone 17 von der Lieferkette bis zur Markterziehung noch immer aus. Die im Ende Mai dieses Jahres veröffentlichte V4 AI-Fotobrille hat erstmals einen 1:1-quadratischen Großformat-Sensor eingesetzt. Die Lichtempfindungsfläche pro Pixel ist um 109 % höher als bei dem üblichen IMX 681-Sensor von AI-Brillen.
Thunderbird V4, Bildquelle: Lei Technology
AI-Brillen brauchen dringend einen quadratischen CMOS. Denn AI-Brillen werden auf dem Gesicht getragen, und man kann nicht wie bei einem Smartphone das Gerät jederzeit drehen. Aber die aufgenommenen Inhalte sollen manchmal auf Douyin (Hochformat) gepostet werden, manchmal auf Video-Channel (Querformat), und manchmal sind alle Formate für die eigene Aufzeichnung in Ordnung.
Der herkömmliche rechteckige Sensor ist horizontal fest montiert. Wenn man Hochformat-Videos aufnehmen möchte, muss das System aus dem horizontalen Bild einen Hochformat-Streifen schneiden. Dabei wird eine große Fläche des Sensors verschwendet, und der Bildqualitätsverlust ist erheblich.
Der quadratische Sensor hat dieses Problem nicht. Er deckt nativ das Aufnahmegebiet im 4:3-Querformat und 3:4-Hochformat ab. Sowohl bei Hoch- als auch bei Querformat-Aufnahmen wird ein vollständiges Format ohne Qualitätsverlust ausgegeben. Darüber hinaus sind die Volumeneinschränkungen von AI-Brillen viel strenger als bei Smartphones – die Brillenarme sind nur so dick, und der Sensor und die Linse dürfen nicht zu groß sein. In dem begrenzten Volumen kann der quadratische Sensor die Lichtempfindungsfläche optimal nutzen, was sehr wichtig ist.
Die Doppelwelle von Kurzvideos und AI: Die Hardware wird weiterhin „quadratisch“ bleiben
Der quadratische CMOS ist kein neues Konzept, aber in den letzten Monaten wird er immer mehr gefordert, und dahinter stecken Gründe.
Zunächst einmal ist es natürlich die Verbreitung von Kurzvideos und Inhaltserstellung. Früher nahm man Videos standardmäßig im Querformat auf, einschließlich Filmen, Fernsehen und YouTube-Videos. Aber jetzt ist es anders. Auf Douyin, Xiaohongshu und Video-Channel sind viele der Hauptinhalte im Hochformat. Die Aufnahmeegewohnheiten der Benutzer haben sich natürlich auch geändert. Früher dachte man zuerst daran, das Smartphone quer zu halten, um etwas klar aufzunehmen. Jetzt nimmt man direkt im Hochformat auf.
Aber die Hardware hat nicht mitgehalten. Der Sensor ist immer noch horizontal, und die Linse ist auf das Querformat optimiert. Wenn man Hochformat-Videos aufnimmt, muss man schneiden und Pixel verschwenden. Der quadratische CMOS löst genau dieses Problem. Es funktioniert sowohl im Hoch- als auch im Querformat, ohne Kompromisse eingehen zu müssen.
Darüber hinaus nahm man früher nur mit Smartphones und Tablets Videos auf. Jetzt gibt es Actionkameras, Panoramakameras, AI-Brillen, Fahrzeug-Dashcams, Heimautomationskameras … Die Bildaufnahmegeräte werden immer vielfältiger.
Die Einsatzszenarien dieser Geräte sind unterschiedlich, die Montagearten sind unterschiedlich, und die Anforderungen an das Format sind auch unterschiedlich. Manche benötigen das Querformat, manche das Hochformat, und manche benötigen 360-Grad-Panoramen. Aber sie haben einen gemeinsamen Punkt: Sie alle möchten in einem begrenzten Volumen möglichst viel effektive Lichtempfindungsfläche erhalten.
Der quadratische CMOS hat in dieser Hinsicht eine natürliche Überlegenheit.
Ein weiterer sehr wichtiger Grund ist die Entwicklung von AI und computergestützter Fotografie. Früher war das, was der Sensor aufnahm, auch das Endprodukt. Jetzt ist es anders. AI kann Ihnen helfen, die Komposition zu gestalten, Personen zu verfolgen und das Bild anzupassen.
Aber egal wie stark die AI ist, sie braucht genügend ursprüngliche Informationen, um damit arbeiten zu können. Und der quadratische Sensor bietet ein größeres „Negativ“, das der AI mehr Spielraum gibt.
Letztendlich handelt es sich um eine Optimierung der Hardware-Logik, die genau zur Zeit der Veränderung der Inhaltserstellungsegewohnheiten, der Vielfalt der Geräteformen und der zunehmenden Bedeutung von AI und computergestützter Fotografie kommt. Dies wird dazu führen, dass der quadratische CMOS sich weiter verbreitet.
Dieser Artikel stammt von „Lei Technology“ und wurde von 36Kr mit Genehmigung veröffentlicht.