传感器参数表 干货 带你认识基本的传感器特性参数

干货 带你认识基本的传感器特性参数

传感器的关键性能参数有多种，其中最为基本的特性参数有：量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽，本文将对这些参数进行一一介绍。

量程

每个传感器都有自身的测量范围，被测量处在这个范围内时，传感器的输出信号才是有一定的准确性的。

传感器的量程XFS、满量程输出值YFS、测量上限Xmax、测量下限Xmin的关系见下图。

灵敏度

传感器的灵敏度是指其输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值，可以用k表示。对于一个线性度非常高的传感器来说，也可认为等于其满量程输出值YFS与量程XFS的比值。

灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高，这将会方便信号的传递、调理及计算。

线性度

传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想的传感器输入-输出关系应该是呈线性的，这样使用起来才最为方便。但实际中的传感器都不具备这种特性，只是不同程度的接近这种线性关系。

实际中有些传感器的输入-输出关系非常接近线性，在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有些传感器则有很大的偏离，但通过进行非线性补偿、差动使用等方式，也可以在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。

选取拟合直线的方法很多，上图表示的是用最小二乘法求得的拟合直线，这是拟合精度最高的一种方法。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称之为传感器的非线性误差δ,其最大值与满量程输出值YFS的比值即为线性度γL。

迟滞

当输入量从小变大或从大变小时，所得到的传感器输出曲线通常是不重合的。也就是说，对于同样大小的输入信号，当传感器处于正行程或反行程时，其输出值是不一样大的，会有一个差值ΔH，这种现象称为传感器的迟滞。

产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等，例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等等。

迟滞误差γH的具体数值一般由实验方法得到，用正反行程最大输出差值ΔHmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。

重复性

一个传感器即便是在工作条件不变的情况下，若其输入量连续多次地按同一方向（从小到大或从大到小）做满量程变化，所得到的输出曲线也是会有不同的，可以用重复性误差γR来表示。

重复性误差是一种随机误差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔYmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。

精度

在测试测量过程中，出现误差是不可避免的。误差主要有系统误差和随机误差这两种。

引起系统误差的原因诸如测量原理及算法固有的误差、仪表标定不准确、环境温度影响、材料缺陷等，可以用准确度来反映系统误差的影响程度。

引起随机误差的原因有：传动部件间隙、电子元件老化等，可以用精密度来反映随机误差的影响程度。

精度则是一种反应系统误差和随机误差的综合指标，精度高意味着准确度和精密度都高。

一种较为常用的评定传感器精度方法是用线性度、迟滞和重复性这三项误差值的方根来表示。

分辨率

传感器的分辨率代表它能探测到的输入量变化的最小值。比如一把直尺，它的最小刻度为1mm，那么它是无法分辨出两个长度相差小于1mm的物体的区别的。

有些采用离散计数方式工作的传感器，例如光栅尺、旋转编码器等，它们的工作原理就决定了其分辨率的大小。有些采用模拟量变化原理工作的传感器，例如热电偶、倾角传感器等，它们在内部集成了A/D功能，可以直接输出数字信号，因此其A/D的分辨率也就限制了传感器的分辨率。

有些采用模拟量变化原理工作的传感器，例如电流传感器、电涡流位移传感器等，其输出为模拟信号，从理论上来讲它们的分辨率为无限小。但实际上，当被测量的变化值小到一定程度时，其输出量的变化值和噪声是处于同一水平的，已没有意义了，这也相当于限制了传感器的分辨率。

零点漂移

在传感器的输入量恒为零的情况下，传感器的输出值仍然会有一定程度的小幅变化，这就是零点漂移。引起零点漂移的原因有很多，比如传感器内敏感元件的特性随时间而变化、应力释放、元件老化、电荷泄露、环境温度变化等。其中，环境温度变化引起的零点漂移是最为常见的现象。

带宽

在实际应用中，大量的被测量是时间变化的动态信号，比如电流值的变化、物体位移的变化、加速度的变化等。这就要求传感器的输出量不仅要能够精确地反映被测量的大小，还要能跟得上被测量变化的快慢，这就是指传感器的动态特性。

从传递函数的角度来看，大多数传感器都可以简化为一个一阶或二阶环节，因此，通常可以用带宽来大概反映出其动态特性。

如下图所示，在传感器的带宽范围内，其输出量的幅值在一定范围内有个小幅变化（最大衰减为0.707）。因此，当输入值做正弦变化时，通常认为输出值是可以正确反映输入值的，但是当输入值变化的频率更高时，输出值将会产生明显的衰减，导致较大的测量失真。

哪款手机用哪个？相机传感器型号及参数作用解析

手机相机系统由镜头、传感器、光圈和ISP（图像信号处理器，一般集成在SoC中）等部件构成，结合软件算法，这几点的优劣基本决定一部手机的拍照性能。硬件方面，由于体积和成本限制，手机的镜头和光圈并玩不出什么花样，所以传感器的重要性就更加突出。出于成本、产品定位和外形设计（摄像头突起）的考虑，手机厂商会在不同机型上使用不同的图像传感器。本文将会给大家介绍一下主流传感器的参数，参数对成像的影响，以及都被哪些手机采用。

■传感器参数的意义

有效像素、传感器尺寸和（等效）单位像素尺寸是手机相机传感器的核心参数。

传感器尺寸影响什么?

忽略软件算法和其它因素，传感器尺寸越大越好。 因为传感器大小决定了有多少光被捕捉。拍照时，传感器上每一个像素都纪录“光信息”，传感器尺寸大意味着更丰富的信息。这也就意味着“大底”传感器能带来更高的动态范围、更广的ISO范围和更少的噪点。直接表现就是明暗条件复杂场景下更好的曝光和细节还原，以及暗光环境下更好的曝光和噪点控制。 能在暗光和明暗条件复杂场景下表现优秀的话，手机在其它场景下的表现也不会差。

相机传感器（图源：网络）

此外，在其它参数和拍摄条件（距离）一致的情况下，传感器尺寸越大，越能实现物理背景虚化。 不管算法抠出的虚化照片有多好，都不如物理虚化来的自然。大多数手机传感器尺寸都不大，所以只能在很近的距离拍出物理背景虚化照片。松下DMC-CM1是传感器尺寸最大的手机，1英寸的传感器能在不是很近的距离拍出漂亮的物理背景虚化照片。

非虚化模式下的物理背景虚化，效果自然

然后，在其它参数（镜头焦距）和拍摄条件（距离）一致的情况下，传感器尺寸越大，成像的视角就越大。 对于小尺寸传感器设备来说，需要视角更广（焦距更短）的镜头，才能实现合适的视角。

Lumia 1020摄像头突起显著，1/1.5英寸传感器大于99%的手机

大尺寸传感器的缺点是占用空间大。因为不仅传感器本身大，大尺寸传感器也需要大尺寸镜头来覆盖。 镜头和传感器都大的话，手机的厚度和摄像头突起的体积就会不可避免地变高，也会占用手机其它部件的空间。选用什么尺寸的传感器一直是手机厂商需要权衡的。

单位像素尺寸影响什么?

单位像素尺大小决定了传感器的感光能力，越大意味着更好的暗光拍摄能力，最直观的表现是噪点水平。

单位像素尺寸=传感器宽度/照片分辨率宽度

从公式可看出，有效像素、传感器尺寸和单位像素尺寸是互相影响的。如果一个传感器的单位像素尺寸大，那一般情况下它的传感器尺寸就不会小。但有些传感器像素太高，这时传感器体积再大也避免不了单位像素尺寸的渺小。这时就会用到素四合一，用四个小像素合成一个大像素，把像素数量降到原来的四分之一。尽量用够大的等效单位像素尺寸来弥补小像素感光能力不足的劣势。

有效像素影响什么?

有效像素越大，解析度越高，照片细节更清晰。

IMX586 4800万像素放大更清晰（图源：SONY）

但由于大像素会造成单位像素尺寸低下，所以在非光线充足的场景下，高像素拍出的照片噪点会相对明显。目前解决高像素传感器暗光噪点的方法是刚刚提到的像素四合一 ，下文也会介绍到采用该技术的传感器。

■主流型号参数一览

索尼和三星统治了智能手机的图像传感器市场，其中索尼市场份额最大，几乎所有主流手机都搭载了索尼的传感器。下图就是2015年之后（不包括2015年）发布的主流手机搭载过的相机传感器主要参数。

■采用各型号传感器的手机都有哪些?

根据产品定位、主打功能、产品设计和供应链情况，手机厂商会决定产品所选用的传感器型号，并与之匹配相应的软件算法。看完主要参数后，我们来看一看有哪些机型采用了参数表中的相机传感器，以及传感器们的大致表现。

IMX362

IMX362是一款高端传感器，主要被应用于2017年的旗舰机上，比如谷歌Pixel 2系列、努比亚Z17S、vivo Xplay6和HTC U11等。但由于竞争的激烈，不少中端机也搭载了IMX362，比如魅族M15、魅蓝E3、华硕Zenfone 3 Zoom和Moto Z2 Play等。

努比亚Z17S

谷歌Pixel 2系列称雄了2018前三个季度手机的拍照。虽然谷歌的算法功不可没，但这也从侧面证明了IMX362过硬的素质和大量的潜力。

IMX363

IMX363是IMX362的升级版，主要参数一样。同时IMX363也是2018年最被人熟知的传感器，因为目前大部分旗舰机或以拍照见长的手机都搭载了IMX363，比如谷歌Pixel 3系列、小米8、vivo NEX、坚果Pro 2S和诺基亚X7等。其中最后两款机型都是主打拍照的中端机，这进一步体现了厂商对于高端传感器下放中端机策略的肯定。

坚果Pro 2S

刚提到的这几款机型都在相应的价位提供了最顶级的拍照能力，IMX363的素质值得肯定。

IMX333

三星一直都有找索尼为自家旗舰定制相机传感器的传统，IMX333就是为三星Galaxy S8系列定制的传感器，之后也被Galaxy Note8所采用。在三星算法的加持下，IMX333也是表现出了极强的实力，尤其是夜视仪般的夜拍。

三星Galaxy Note8

从主要参数上看，IMX333和IMX362、IMX363一样。索尼给三星Galaxy S7系列定制的IMX260就和IMX362、IMX363有着千丝万缕的联系。虽然一般情况下新的传感器都有更好的表现，但是这几款不同时间面世的传感器还是共享了很多基因。

IMX345

IMX345是三星找索尼为Galaxy S9系列定制的三层堆栈式传感器，之后也照例给了下半年旗舰Galaxy Note9。IMX345这个传感器本身素质就很优秀，但它最大的亮点是内置了DRAM。 DRAM是动态随机存储器，和电脑上的内存、显卡的显存类似。在相机传感器上，加入DRAM的目的是实现帧数更高的视频录制。

三星W2019采用了和Galaxy Note9同样的相机

在DRAM的帮助下，IMX345能让三星Galaxy S9系列和Galaxy Note9实现720P分辨率的960fps超级慢动作视频。

IMX400

在三星Galaxy S9系列和Galaxy Note9之前，索尼就已经有两代手机具备960fps超级慢动作视频的拍摄能力。索尼Xperia XZ2系列和XZ3更是可以实现1080P分辨率的960fps超级慢动作视频录制。这都要归功于世界首款内置DRAM的手机三层堆栈式传感器IMX400。

传统背照式传感器有两层：照射像素和信号回路处理，IMX400在这两层之中加入了DRAM层。

从2017年2月开始，索尼发布了Xperia XZs、Xperia XZ Premium、Xperia XZ1、Xperia XZ1 Compact、Xperia XZ2、Xperia XZ2 Compact、Xperia XZ2 Premium和Xperia XZ3八款手机，它们都使用了IMX400作为主摄像头传感器。

索尼Xperia XZ2

从参数上看，IMX400的传感器尺寸比上文提到的一众高端传感器都大，但由于像素较高，IMX400的单位像素尺寸并不占优。可综合来看IMX400性能依然强悍，算是索尼给自家机型开的小灶。

IMX378

IMX378是2016年规格最好的传感器，采用它的手机有在当年称雄DxOMark排行榜的谷歌Pixel系列和性价比旗舰小米5S。和2015年的IMX377一样，IMX378也被应用到了手机外的其它设备，比如卡片机。

IMX380

IIMX380可以被看成是IMX378的升级版，两者参数一致。和索尼特供IMX400比的话，IMX380有着和IMX400一样的大底，有着比IMX400还高的单位像素尺寸，性能非常给力。从搭载IMX380手机的成像能力来看，IMX380确实是目前综合性能最强的、开放使用的高端传感器。

魅族15

搭载IMX380的代表性手机有魅族15系列、魅族16th系列、魅族16X和华为P20。这几款手机都在相应价位提供了顶级的拍照体验。

IMX600

IMX600是华为为了奠定手机拍照领军地位和索尼联合打造的。1/1.7英寸的传感器尺寸 只比“上古时代”的诺基亚808 PureView、Lumia 1020和松下DMC-CM1小，是当代主流手机之最。

P20 Pro和Mate 20 Pro能够直出4000万像素的照片（分辨率7296 x 6472），但由于此时的单位像素尺寸只有1微米，所以4000万模式只适合光线充足的拍摄环境。

好在这两款手机还有1000万像素模式（默认开启），拍摄1000万像素（分辨率3648 x 2736）照片时，像素四合一技术会带来2微米等效单位像素尺寸，在光线条件不理想时带来了顶级表现。

华为P20 Pro

实际表现来看，华为P20 Pro和Mate 20 Pro都是毫无疑问的顶级。可惜IMX600被华为独占 ，否则我们也许能看到其它厂家的算法给IMX600带来的不同效果。

IMX586

IMX586是现在最火的传感器，延续了被华为独占的IMX600的思路，给其它厂商开放了大底、高像素、具备像素四合一技术。

荣耀V20

IMX586的1/2英寸传感器尺寸只比IMX600小 ，像素四合一带来的1.6微米等效单位像素尺寸也很给力。如果调教得当，手机端有史以来最高的4800万像素能带来很高的解析度（光线充足条件下）。

目前搭载IMX586的手机有华为nova 4、荣耀V20。

IMX519

IMX519是OPPO和索尼定制的传感器，首发在OPPO R15上，之后也出现在了OPPO Find X、OPPO R17、一加6和一加6T上。传感器参数平平，但经过不错的优化，IMX519还是在这些机型上呈现了符合产品定位的成像素质。

一加6

IMX350

IMX350是一款被许多机型采用的传感器，由于性能较差，被不少机型当成了后置相机的副摄，比如魅族15系列和魅族16系列。

IMX350也被当成过主摄，但这不意味着就IMX350主摄的手机拍不出好照片。从市场表现来看，在两、三年前刚被采用时，结合优秀的算法，IMX350可以拍出符合当时旗舰拍照手机水准的照片。

IMX386

IMX386是魅族找索尼定制的，首发在了2016年的魅族MX6上，后期也开放给了其它厂家。搭载IMX386的机型有魅族Pro 7系列、魅族MX6、小米MIX 2、小米6、小米Note 3和坚果Pro 2等，多为中、高端机型。和不起眼的参数一样，IMX386的表现不是很出彩，但也不算差。

魅族MX6

IMX486

IMX486和IMX386是近亲，性能基本差不多。搭载IMX486机型有小米6X和华硕Zenfone Max Pro M2等，这两款机型都是2018年优质千元机。

小米6X

IMX376

虽然参数平庸，但是IMX3767是文中三款采用像素四合一技术的传感器之一，但合完之后像素就变成了500万。所以IMX376基本都被作为后置相机的第二摄像头或前置摄像头，比如小米6X（后置第二摄像头）和魅族15系列（前置）。

IMX351

IMX351是文中参数最差的传感器，但也是最有意思的。因为最著名的采用IMX351传感器的手机是旗舰机——和三星Galaxy S/Galaxy Note系列对标的LG V30和LG G7 ThinQ。但出乎意料的是，LG G7 ThinQ的拍照能力竟然还相当不错，可见算法有多么重要。

左：LG V30，右：LG G7ThinQ（图源：andoridpit）

其它搭载IMX351传感器的手机有HTC U Play和华硕ZenFone 4 Pro（副摄）。

■传感器只是拍照性能的一环

虽然前面说了那么多传感器规格对成像的影响，但大家依然要明白，决定手机成像效果的因素还有很多。比如ISP、防抖、光圈、镜头和软件算法等，其中软件算法影响很大（算法的力量：如何让3年老机胜今年旗舰 ）。假设一部手机的传感器顶级，但软件算法很差。那么这部手机就不能充分挖掘传感器性能，最终成像效果只能算是不错。反过来，在顶级拍照算法的加持下，传感器性能稍微不错的手机能也拍出顶级的照片。所以传感器只能决定手机拍照性能的上、下限，最终拍照能力具体落在什么高度还要看算法。

本文编辑：张哲

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