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歷時24個月,300人研發團隊,vivo發布VI ISP芯片!手機攝影進入硬件級算法時代

2021年09月06日 16:55 ? 次閱讀


電子發燒友網報道(文/黃晶晶)9月6日,vivo正式發布自研ISP芯片V1。

vivo在影像技術上耕耘已久,確立了包括夜景,人像,運動防抖,變焦和視頻的影像賽道。在夜景場景上,vivo和合作伙伴一起開發了增強感光能力的全新CFA技術,應用于IMX598X CMOS上;與蔡司聯合研發的影像系統,在有限的空間內實現了超大光圈的光學設計,并首次將蔡司光學鏡頭和T型鍍膜在vivo手機上實現,大幅改善了夜景的眩光等,顯著提升夜景拍攝效果。此外,還有微云臺穩定器,50mm焦段人像鏡頭,在防抖上不斷精進。
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那么,在影像技術不斷提升的情況下,是算法重要還是硬件重要,這個答案主要通過三方面去解讀。分別是影像芯片、光學器件、軟件算法。

vivo重磅發布V1 ISP芯片

vivo影像算法總監杜元甲認為,從消費者需求出發,人們對于復雜場景下的手機影像效果具有越來越多的期待,比如夜景場景不希望有噪點;對視頻拍攝的要求不斷提高,為了給用戶提供更大的創作空間,手機影像將面臨一次全新進化。手機記錄世界將從靜態發展到動態,幫助用戶多維表達,把更多的創造交給客戶。
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以成像速度和實時性來說,在當前的手機算力下,拍照計算成像算法,處理一張照片需要半秒到1秒時間。以30幀視頻來看,每幀處理的算法時間不能超過33毫秒。這里有30倍的速度差異。60幀和12幀的視頻則要求更高。過去,手機用一秒鐘拍一幀的內容,現在要至少計算30幀的畫面。
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能耗是目前影像功能面臨的另一個問題。運算密度的提升和功耗的下降是一對矛盾體。我們必須尋找大運算量,高速處理的方式。我們認為只有采用定制化芯片,與主芯片軟件算法協作,軟硬件結合才能釋放主芯片的功耗負載,大幅改善用戶的使用體驗。
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vivo并非首次推出定制芯片,早在vivo X1\XPlay中就引入了定制的HIFI芯片,2017年將定制的DSP圖像芯片放入X9 PLUS中。
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今天,vivo歷時24個月,投入300人研發團隊,與手機SOC廠商深度合作后,VI發布首顆自主研發的專業影像芯片V1。


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VI是vivo主導開放的服務高速計算成像的專業影像芯片,是一顆全定制的特殊規格集成電路芯片。位于主芯片和顯示面板之間,可以搭配不同主芯片和顯示屏,與主芯片ISP之間采用高速雙向互聯,以極低延時進行數據交互。起到擴充ISP高速成像算力,釋放主芯片ISP負載的作用,同時服務用戶在預覽和錄像的需求。
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區別于GPU與DSP,專業定制芯片在處理特定功能時具有高性能、低延時、低功耗的特點。在能效比上有指數級的提升。打個比方,假設CPU是綜合業務員,GPU和DSP根據業務類型讓一部分預約辦理,復雜業務還是交回給CPU。V1則是給所有人明確業務類型,分成小組和柜臺,同時處理。因此它既可以像CPU那樣高帶處理復雜運算,也可以像GPU和DSP那樣并行處理。
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為了讓同期處理能力最大化,VIVO創新優化了數據在內部的儲存架構,和高速讀寫電路。做到了等效32兆的超大全片上緩存。片上高速緩存雖然貴但可支撐的計算密度和數據量更大。目前旗艦級桌面電腦處理器的緩存是16到24兆。
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比如夜景視頻的拍攝,通過V1進行降噪和插幀,可以用計算量大的算法模塊,即MEMC技術進行運動補償,在V1協助下主芯片在低光錄像時以低功耗運行全高清60幀的MEMC去噪和插幀,提升了夜景影像效果。并且配合主芯片的降噪功能,進行二次提亮二次降噪。
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由此可以得到主芯片ISP與定制ISP V1的1+1大于2的效果。由于將軟件算法轉移至V1專用硬件電路中,在高速處理同等成像計算算法時,V1專用硬件電路的功耗降低50%。
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器件方面的創新

成像系統與光學器件密不可分,每一個器件的能力共同影響成像效果,因此無論拍攝效果提升如何,依然無法完全解決眩光,鬼影,邊緣畫質差等問題,有待手機提升整個光學系統質量來改善。
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光學器件總監朱盼盼介紹,vivo選擇高規格的玻璃鏡片取代塑膠鏡片,實現超低色散、高透光率、熱穩定強等特性。視場色差方面相比于上一線設計值降低約70%。阿貝數是衡量色彩能力的指標,數值越高色彩越純凈。vivo使用的玻璃鏡片阿貝數高達81.6,專業攝影機的阿貝數在80-90之間。
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通過引入SWC鍍膜技術,在鏡頭表面抑制反射光,這是一項基于仿生學原理的技術,應用SWC鍍膜后反射率最低降至0.1%,顯著提升影像,改善眩光和鬼影。
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ALD鍍膜原子層沉積工藝,通過特殊化學反應讓原子一層層沉積,形成每層約0.4納米的膜層,讓反射均值降至0.25%,幾乎無角度偏移,中心邊緣一致性更好,進一步有效改善鬼影問題。ALD技術是VIVO獨家,行業首發,并已成熟用于量產階段。
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此外,對于花瓣鬼影,在濾光片和傳感器之間吸收紅光波長,VIVO采用色素旋涂工藝,它也是國內第一家運用色素旋涂工藝的廠家。

算法部分的提升——忠實還原人眼所見的自然色彩

vivo的色彩體系是基于對用戶色彩需求的理解,定位于鮮活、明快、有質感,同時專業創作者會更加忠實還原人眼所見的自然色彩。
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vivo影像產品經理王兆豐表示,由于每個人對色彩的理解不盡相同,vivo選取色塊更豐富的140色卡進行精細化的標準定義,選取了80個實拍場景進行實景效果驗收。借助更精細的色彩調試算法支撐效果實現,經過粗調試和精細調整,最終使照片的色相準確度ΔE收斂了約15.5%,為業內領先,在較小的ΔE和仍然良好的飽和度中找到平衡。
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vivo選擇以蔡司Biotar 58/2.0和Biotar75/1.5為代表的Biotar鏡頭,將旋轉焦外成像特點為人像拍攝賦予絕佳的“氛圍感”,配合vivo在人像領域的軟硬件加持,在手機上重現蔡司經典人像風格。
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為了實現多維度影像體驗,vivo還加強了AI人臉增強算法、延時攝影功能、Log模式、超級夜景RAWHDR3.0算法、SuperRAW等。
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手機攝影進入硬件級算法時代

回答最開始的問題,手機攝影是硬件還是算法決定未來?vivo認為影像技術研發,是系統性技術工程。就像人眼,每個人看到的畫面,都是通過眼球的感光細胞將信號傳輸給視神經,經視神經最終傳送到大腦視覺中心,經由大腦處理加工后的結果。手機也是如此,通過平臺、器件、算法等各方面的共同協作,決定最后的成像品質,算法與硬件,缺一不可。通過V1芯片,vivo認為引領手機影像行業下一個趨勢的將是“硬件級算法時代”。
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由博聞創意(深圳)主辦的ELEXCON電子展暨嵌入式系統展將于2021年9月1-3日在深圳國際會展中心開幕。屆時將充分...
發表于 2021-07-29 06:28? 0次閱讀
TWS耳機市場規模繼續擴大,或將成繼智能手機后下一個10億級產品  精選資料分享

ISP的主要內部構成

目錄ISP的主要內部構成:ISP內部包含 CPU、SUP IP(各種功能模塊的通稱)、IF 等設備ISP的控制結構...
發表于 2021-07-26 06:42? 0次閱讀
ISP的主要內部構成

STM32系列單片機USB下載程序(ISP編程)精選資料分享

一. 準備  1. FlyMcu 軟件,選擇DTR高電平復位,RTS低電平進入BootLoader  2. 原理圖增...
發表于 2021-07-19 07:15? 0次閱讀
STM32系列單片機USB下載程序(ISP編程)精選資料分享

單片機ISP、IAP和ICP幾種燒錄方式的區別 精選資料推薦

玩單片機的都應該聽說過這幾個詞。一直搞不太清楚他們之間的區別。今天查了資料后總結整理如下。ISP:In System ...
發表于 2021-07-19 06:58? 0次閱讀
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ISP燒錄教程

史上最全新唐 ISP燒錄教程目錄史上最全新唐 ISP燒錄教程1、打開軟件2、連接串口連線3、選擇串口連接方式4、選擇...
發表于 2021-07-14 07:35? 0次閱讀
ISP燒錄教程

ISP口的定義是什么

本文參考自:打開arduino IDE 軟件,菜單欄 文件-->示例-->ArduinoISP,這個就是官方的isp下載器代碼。我們直接...
發表于 2021-07-13 08:03? 0次閱讀
ISP口的定義是什么
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