我們距離“國產數位相機”究竟還有多遠？

“先問有沒有，再問為什麽？”看到這個標題可能你會想說這句話，從品牌來看，早就有國產數位相機了：愛國者、明基、愛普泰克、錫恩帝、小蟻……如果跨越到手機領域，所有國產手機品牌都有在做相機部件，大多也都有獨立的相機部門……

但我今天想說的顯然不是靠ODM或OEM代工組裝層面的東西，而是真正從傳感器到鏡頭的國產，按廣義的角度來看，相機應該包含所有成像應用領域：民用（手機、數位相機）、工業（機器視覺）、安防監控、醫療（顯微成像）、汽車（輔助自動駕駛）、科研等等，以此為範疇來看，國產影像傳感器其實早已走上了“不與頂級廠商拚規模，專注行業領域的”特色路線。

影像傳感器也是從晶圓上切割製成，相機使用的模擬電路對晶圓工藝要求不高，但數字電路則需要新製程來提速，並降低功耗與發熱，國內晶圓廠已經可以做到28nm製程，200/300mm晶圓產線均有落成，已經可以滿足影像傳感器的需求（雖然跟A9採用的台積電16nm還有點距離），所以最基本的國產化前提是達到了的，而且現有政策對芯片領域的激勵機制很強，發展速度比較快。

具體到影像傳感器就以長光辰芯光電為例吧，3年多以前就做出了1.5億像素的大靶面CMOS（尺寸為165mm X 27.5mm，是全畫幅的5倍），針對LCD面板和PCB檢測，全像素輸出可以在16bit模數轉換下實現10fps；還有針對近紅外增強的邊海防、森林防火特化CMOS（尺寸為66mm X 27.5mm，是全畫幅的2倍）。除此之外還有專用於工業檢測的線掃CMOS（尺寸為163.84mm X 0.04mm）……在技術細節方面，諸如片上模數轉換、背照、全局快門、雙增益等設計也都能做，在科學應用領域，國產廠商甚至率先於歐美日廠商用上了這些技術。而在背照加持下，部分CMOS可以針對275nm（藍光）、420nm（綠光）和560nm（紅光）量子效率按需獨立優化，使其各自達到77%、86%和95%，而且在製冷狀態下暗電流非常低，適合天文、光譜、法醫、高壓電線電暈檢測等科學應用。

如果從數位相機的角度來看，很容易就能找到近似符合需求的傳感器型號，比如這塊：38mm X 28.1mm，1950萬像素（5144 X 3800），支持卷簾/全局快門、全分辨率連拍16/25fps、12/10bit片上模數轉換，且有HDR模式，並支持雙增益。雖然是前照式，但微透鏡優化後450nm~650nm波長量子效率也能達到50%~60%，像素低增益（阱容增大）+程控低增益的情況下，信噪比可以接近48dB，動態範圍超77dB，性能其實一點兒也不弱。

那麽問題來了，既然傳感器能做到還能一戰的水準，為什麽不做國產數位相機呢？這是因為民用與行業用的產品系統需求完全不同，行業領域是按需定製，需求各不相同，所以才有那麽多不同規格的傳感器，但各個需求都十分簡潔明了，按要求做好量化數據就基本會有好結果。但數位相機完全不同，從用戶認知到硬體結構都非常成熟且穩定，而且應用需求變化速度快、幅度大，對單規格傳感器製造經驗和市場把控能力要求非常高。再加上傳感器只是數位相機的核心組成部分之一，而成像功能也只是傳感器的主要功能之一，在目前的大趨勢下還得做片上相位差對焦、測光等等功能設計，還需要研發多數據流的輸入輸出電路和影像處理器，同時還要從裡到外做一套甚至幾套機身設計，而且這些都是在不能侵犯專利的前提下……所以即便單論機身，就需要一個製造商從芯片、數字算法和機械加工等數方面徹頭徹尾的進行設計和把控，這對於當下的國內廠商來說是不現實的。

除此之外，做相機起碼還要有與畫幅相對應的鏡頭體系吧，而且鏡頭設計直接跟傳感器設計掛鉤，這兩者的契合度可以說是牽一發動全身，稍有差池就會非常明顯而忠實地呈現在最終成像上。

舉個例子好了，我們知道眼下的相機鏡頭出射光線並不是平行的，越靠近邊緣就越是斜射到傳感器上（如上圖），而我們也知道單個像素的基本結構設計是微透鏡+光電管（當然也有不配微透鏡的設計，但不在本文討論範圍內），斜射入就意味著通過微透鏡抵達光電管的光子數降低，換句話說就是越靠近邊緣的像素，接收到的曝光量就越低，所以，在設計傳感器時，就需要針對鏡頭非遠心設計的這個特點來改良像素結構。

通常的方法就是從中心開始，讓像素上部的微透鏡面積稍小於光電管的面積，這樣一來越往邊緣，微透鏡和光電管的錯位越大，而這個位移偏差的目的就是校正入射光線的角度，使其盡量垂直入射到光電管上，顯然，這個設計的幅度和量就需要與鏡頭入射光線的方向相匹配。這還只是很多例子的其中之一，所以沒有傳感器和鏡頭設計的通力合作甚至一把抓，就很難做出能真正形成影響力的產品。

縱觀目前主流的相機品牌，哪個不是從膠片時代就入行？哪個在進入數位時代之前沒有豐富、成熟的鏡頭體系？索尼也是通過收購美能達來填補了這個區域的不足。而國內主要的半導體企業基本都有國家扶持的背景，出發點就並不是為了做消費級的相機器材，所以國內基本找不到針對數位相機系統的集成製造商，從專利、成本、市場等多個角度都存在限制。

不過，我們的玻璃廠還是很厲害的，比如成都光明光電就與不少日系、德系品牌有合作關係，而且國內也有好些個有乾勁的年輕鏡頭品牌，比如長庚、中一、七工匠等等，以二八定律為基礎，用明顯更低的價格獲取了原廠七八成的性能，有時候甚至是原廠都沒有的規格，漸漸也在開始在嘗試加入自動對焦功能。單獨看國產鏡頭的發展速度其實很快，長庚的老蛙在國外口碑相當不錯，最近打算入一個它們正在kickstart上眾籌的內窺鏡型防水廣角微距鏡頭FF 24mm F14 2X Macro Probe就很有意思，敢於在規格上大膽突破是咱們目前的優勢，比起大廠來說，小作坊有小作坊起步快、應變快的優勢，在相機鏡頭市場分一杯羹是沒問題的。

而在鏡頭模擬信號經過傳感器輸出原始數字信號之後，還需要機內處理器來實現影像處理、數據傳輸、緩存、操控功能集成等等功能，這方面同樣需要與傳感器匹配甚至定製設計，國內比較有前景的代表是海思，新的高端SoC方案已經可以做7690 X 4320分辨率的8K 30p H.265編碼處理。因為是針對監控行業的，所以2路4K 60p、4路4K 30p、8路全高清30p的多數據流輸入和並行影像處理都可以搞定，甚至可以直接輸出4K 30p RAW，存儲通道也支持到了PCI-E X2，速度上並沒有問題。不過因為是ARM A73/A53（2+2+1）方案，功耗不算低，單看處理器的全速輸出就有3W，整機功耗會相當高，與數位相機級的專項定製化還是有些區別。不過真要定製，我覺得也還是有機會的。

所以，實現數位相機國產化最急迫的核心需求是打造生態，雖然國產影像傳感器、影像處理器和鏡頭在各自領域都做得還不錯，但至少目前還看不到它們組合的可能，基本都是各自為陣，而且即便組合，也依然會有大量的元器件和模具設計需要磨合，再加上目前數位相機領域基本算是紅透了的紅海，能趕上日系方案的步伐就已經相當不錯，這時候一個沒有什麽技術優勢，也無法靠出貨量攤銷成本的新品牌扎進去，能靠愛國情懷存活多久也是未知，做低端？歷史也早已證明在數字產品走低價路線不會有什麽好前景，再加上研發和利潤周期都明顯會很長，這對於商業化運作而言都是致命問題，或許真正從內到外都國產的數位相機真的要有生之年了……

當然，隨著手機攝影的興起，在手機攝影頭模組+算法端實現國產化是有希望的——傳感器方面，小畫幅傳感器良品率高，適合邊做邊看，也有很強的市場需求做支撐，相對而言更有機會打破索尼三星的壟斷地位；鏡頭模組方面，2017年全球出貨領域中傳統相機隻佔1%出頭，手機佔了75%，在這方面國產品牌幾乎佔了半壁江山，前三強：寶島台灣的大立光電、玉晶光電，以及浙江的舜宇光學出貨量加起來就已接近54%。至於多攝算法，美國虹軟走在最前面，但台灣的華晶，以及今年二季度已經超越蘋果實現全球出貨量第二的華為，在這方面的研發都不可小覷。

所以在手機端，未來的華為、小米甚至OV都有機會出現完全可以依賴國產化的攝影頭模組，當然，在這個全球製造的時代，追求完全國產並不一定是好事，掌握核心科技才是最關鍵的。如果你對這個話題有什麽想法，歡迎移步評論區。