对于智能手机相机来说，越大越好。更大的图像传感器和镜头能够处理更多光线，因此能够解析更多细节。这一点尤为重要，因为创建彩色图像的滤镜也会阻挡大约 70% 的入射光线。
这些彩色滤光片——以红、绿、蓝三色网格的形式覆盖在图像传感器的像素上——已经存在了几十年。但新的方法有望利用光的物理特性来创建彩色图像，而不会阻挡太多光子。在2023年IEEE国际电子设备会议（IEDM）上，提出了三种实现更清晰图像的方法。现在，这些方法正开始走出实验室阶段。
例如，三星将为中国小米的新款手机提供前置摄像头，该手机采用三星的纳米棱镜技术，以提高低光性能。该技术并非取代彩色滤光片，而是利用衍射原理，在每个特定颜色的像素中收集更多光线。据该公司称，这可将感光度提高25% 。
与此同时，两家新创公司开发出了无需滤镜即可捕捉彩色图像的方法。Imec 的衍生公司Eyeo本月宣布已获得 1500 万欧元的种子轮融资。PxE Holographic Imaging在今年 1 月的消费电子展(CES) 上展示了结合深度感知和彩色成像的技术。
PxE 和 Eyeo 均兼容 CMOS 传感器，这是当今相机中最常用的数字图像传感器。“CMOS 传感器是一个非常成熟且强大的平台，值得在此基础上进行开发。如今，每台设备都配备了它，”PxE 创始人兼首席执行官Yoav Berlatzky说道。但“每个人都希望有更多的光子到达他们的 CMOS 传感器。”
Eyeo的无滤光彩色相机
Eyeo 的目标是将 Imec 在 2023 年 IEDM 上展示的研究成果商业化，应用于消费电子、安防等领域。通过移除彩色滤光片，这家初创公司的图像传感器灵敏度将达到传统 CMOS 传感器的三倍。“这就像我们终于打开了图像传感器的眼睛，”Eyeo 首席执行官Jereon Hoet说道。
Eyeo图像传感器中的分色器将不同波长的光引导至适当的像素。Eyeo
它的工作原理是将光线送入垂直波导，波导根据波长将光线分束，然后将光子引导至合适的像素。波导的作用类似于漏斗，因此这些像素的宽度可以缩小到小于0.5微米，约为典型智能手机像素尺寸的一半。根据Imec的研究，该技术也比目前基于滤光片的成像仪更符合人眼的色彩敏感度。
这项分色技术旨在利用CMOS代工厂现有的工具和工艺来实现。挑战在于软件方面。据Hoet介绍，Eyeo目前正在努力确保该传感器与其潜在客户的系统兼容。
在应用方面，Hoet 表示，Eyeo 更小巧、更灵敏的图像传感器的优势在智能手机领域尤为明显。不过，他预计这项技术将首先应用于其他领域，例如低光照条件下的安全系统，或需要超紧凑传感器的增强现实设备。
PxE 将 3D 技术引入 CMOS
PxE 方法背后的基本思想相似。两家公司都致力于在不损失光子的情况下模拟彩色滤光片，并通过弯曲光波“以某种方式将颜色放置在正确的像素上的正确位置”，Bertlatzky 总结道。
在上面这张照片中，红线表示物体较近，而蓝线表示物体较远。PxE
PxE 的技术利用一层被称为“全息编码器”的衍射材料，不仅可以创建彩色图像，还可以充当深度传感器（因此公司名称中出现了“全息”一词）。当白光穿过全息编码器时，会产生干涉图样，并被传感器记录下来。PxE 的算法随后利用该干涉图样重建虚拟的 3D 图像——全息图。干涉图样还编码了光的波长信息，因此可以同时重建彩色（和红外）图像。
Berlatzky 表示，PxE 的硬件比分色器和其他使用特殊设计的超表面的方法“更简洁”。它的大部分功能来自软件。“该算法的基础是光的物理特性，”Berlatzky 解释道。“你可以把它想象成我们反向运行，从 CMOS 传感器回到现实世界，重建相机实际看到的景深和图像。”
与 Eyeo 一样，PxE 的图像传感器可用于多种应用，特别是那些已经具有独立深度和图像传感器的应用，例如汽车和智能手机。