苹果专利暗示相机传感器技术将实现重大突破，接近人类眼的动态范围

苹果正在研究一种新型图像传感器技术，该技术承诺实现高达20个光 stop的动态范围。这一水平超越了ARRI ALEXA 35，并接近普通人类眼睛所具有的动态范围。这里解释一下这意味着什么。

1,048,576:1

刚刚发布的一份专利，“具有高动态范围和低噪声的堆叠像素图像传感器”，首先由
Y.M.Cinema Magazine发现，揭示了苹果对下一代传感器的设计，这种设计与当前专业电影摄影机的动态范围不相上下。

该专利描述了一种堆叠式传感器设计，承诺高达20个光 stop的动态范围。动态范围是指在同一幅图中能同时捕捉到的最小和最大光线量的比例。“停止”是衡量光强的标准单位，每个停止代表光强的两倍或一半。

因此，20个光 stop的动态范围基本上意味着在同一幅图中实现了1,048,576:1的对比度，没有丢失任何细节。

测量起来复杂

作为参考，在没有官方的iPhone 16 Pro Max传感器动态范围 specifications发布的情况下，这里引用了CineD对iPhone 15 Pro Max 24mm相机的综合估算。他们使用了三种不同的方法进行测量：波形测试（“可以识别出多少个光 stop”）、IMATEST（“每个光 stop的信噪比”）和纬度测试（“在过曝或欠曝时，相机保留颜色和细节的能力”）。

测量结果：

“波形显示出约11个信道高于噪声基准。Speaking of which, 几乎没有任何东西可以与之相比——一切都是如此干净，这表明内部发生了巨大的降噪处理（而且无法关闭这种‘开关’）”

并且

在ISO55设置下：“iPhone 15 Pro (Max)提供了12个动态范围信噪比（SNR），并且在SNR为1和2的情况下都获得了相同的12个动态范围。这也适用于‘基于斜率的动态范围’。这是IMATEST显式计算有意义的结果的一个明显迹象，因为它也体现在最低的图表中，其中显示了‘噪声（以最大像素的百分比表示）’。阴影停止处的噪声值非常低。”

（…）

在ISO1200设置下：“IMATEST计算出（更高）13.4个动态范围，当SNR为2和1时都是如此。”

并且

在ISO55设置下：

“我们获得5个曝光 latitude（其中3个在当前的消费级APS-C或全画面对比相机的上方，2个在下方）。这实际上是相对于ARRI Alexa Mini LF降低了5个停止的曝光 latitude。与Alexa 35相比，差异甚至达到7个停止。

同时，大多数估计表明，人眼瞬时动态范围平均约为10-14个停止，经过瞳孔和视网膜调整后可达到20-30个停止。

一个可能催生新类产品的产品架构

虽然苹果长期以来一直依赖索尼为其相机传感器提供支持，但这项专利表明，该公司可能在内部开发出比之前更先进的技术，从芯片层面开始。

根据专利描述，苹果的架构包含两层：

一个传感器晶圆

，其中光通过光敏元件和自定义模拟电路捕获
一个逻辑晶圆

，其中处理发生，包括内置的降噪处理

如《Y.M.Cinema Magazine》所指出的，这种叠放布局并非业内首创。据报道，索尼也采用类似方案。但苹果的方法带来了两个独特的变体：

第一，它引入了LOFIC（横向溢出整合电容器）机制，使每个像素可存储三种不同的亮度场景下的电荷状态。
第二，每个像素内置独立的当前记忆电路，实时测量并抵消热噪声，无需依赖后期处理去噪技巧。值得注意的是，苹果采用的是三晶体（3T）像素结构，而非更复杂且去噪效果更佳的四晶体（4T）方案。

如Reddit讨论区所解释的那样，通过将传感器叠加在芯片上，苹果基本上对每个像素添加了一个独立的快门装置，并在图像降噪处理前就进行处理，从而实现了降噪功能。

这一切对产品又意味着什么？

如果这款传感器最终能进入 shipments，那么苹果将超越其智能手机竞争对手，在关键指标上超越索尼、佳能和RED等专业相机制造商。

抛却Neural Engine等借助苹果tight 硬件-软件整合带来的其它功能，混合进去后，想象苹果在iPhone之外开发真正相机（而非仅仅依赖为“F1 The Movie”而打造的黑客设备）也不算太过。

《Y.M.Cinema Magazine》认为这一技术可能带来以下效果：

如果该技术得以实现——也许是在未来的iPhone 17 Pro或Apple Vision Pro 2上——可能会导致：

cinematic HDR在移动设备上

实时无噪声视频捕获

专业级成像于超薄形式下，具备极高的DR（20档动态范围）

并且

数字成像的两大限制因素是动态范围和噪声。一款面向移动设备或紧凑式传感器，提供20档动态范围和先进内部芯片去噪技术，不仅是一种改进，更是一种具有破坏性的革新。

这将影响：

移动影视拍摄

HDR流媒体内容

AR/VR视觉 fidelity

即使是专业电影制作套件，其中需要在紧凑性与高质量之间取得平衡

如常所述，别对专利抱有过高的期望

这 stuff真是让人兴奋不已，但是一个专利不过是纸面上的东西。我们已经看到无数次了，苹果注册的那些专利都是些技术与产品都不会有什么好结果的，所以你还是不要寄望于会有类似的东西在短期内出现。

并且从原始

Y.M.Cinema Magazine

文章和

Reddit

的评论来看，很多技术问题仍然没有得到解答。其中有些问题似乎已经接近科学上是否可能的边界了。相机爱好者是全世界最投入、最细致的一个群体之一，所以这些质疑并不令人意外，反而让人感到高兴，因为这样可以帮助我们获得一些额外的视角。

不过，苹果还在研究它内部的芯片制造技术，并寻找可以应用到其他地方的可能性。