以数量换质量!为啥智能手机的摄像头越来越多?

智趣狗 电脑爱好者 2018-06-04 11:24产品 标签:摄像头

有消息称,苹果将在2019年发布的新一代iPhone将首次引入三颗(后置)摄像头,带来更高倍数的光学变焦和拍摄质量。可以预见,未来的智能手机将展开新一轮以数量换质量的多摄战役。而今天,智趣狗就和大家聊聊手机摄像头是如何成功“脱单”的。

timg

2000年9月,夏普带来了首款内置11万像素CCD摄像头的手机——J-sh04。至此,手机圈的摄像头开始了从无到有,从单到多的旅程。

时至今日,前置双摄、后置三摄已然成为了不少新品的主打卖点。那么,如何才能衡量一款手机拍照效果的好坏呢?

01(可选)

堆像素已走到尽头

步入智能手机时代后,众多手机厂商曾针对像素值进行过一番“军备竞赛”。比如,第一代iPhone配备了固定焦距的200万像素摄像头、iPhone 3GS带来了320万像素自动对焦摄像头,随后智能手机摄像头还逐渐经历500万、800万、1200万的进化……

直到诺基亚808 PureView和lumia 1020达到了巅峰,4100万像素摄像头傲视群雄,堪称手机中的单反机。

02

随着诺基亚的没落,以Android系统为代表的手机圈却逐渐走向了和堆像素背道而驰的道路

2016年,很多手机都以武装迈过2000万像素门槛的摄像头为荣,比如努比亚Z11 mini S的2300万像素、锤子M1的2300万像素、小米Note 2的2256万像素等等。

然而,进入2017年后,众多旗舰手机却纷纷将主摄像头的像素值控制在1200万像素。

难道手机拍照比拼的不是像素值越大越好吗?

影响拍照的三驾马车

摄像头像素值越高,意味着可以拍出更高分辨率的照片,但也仅此而已。

对智能手机而言,更快的对焦速度、更好的降噪效果、更真实的色彩还原、更少的细节损失才是王道,而这些可不是依靠单纯的堆像素可以实现的。

真正影响手机拍照成像效果的,还是影像传感器、光学镜头和影像处理器这“三驾马车”。

影像传感器:即摄像头传感器(CMOS),比如索尼IMX519、三星ISOCELL Fast 2L3、豪威OV16880等等。传感器将决定摄像头的像素值、是否支持相位对焦和全像素双核对焦、传感器尺寸和单像素面积等核心参数。

传感器越先进,意味着手机将获得越好的拍摄潜力和资质,华为P20和魅族15系列配备的IMX380传感器就号称是卡片机级别的感光元件,拥有高达1.55微米的像素尺寸

需要注意的是,哪怕两款手机采用了相同的传感器型号,但厂商却可在此基础上搭配不同大小的光圈,添加独立的光学防抖模块,所以其实际的成像效果也会存在差距。

03

小知识:光圈的意义

对摄像头而言,光圈大小是个非常关键的指标,它将决定单位时间内摄像头的光线通过量,因此光圈越大在低亮度环境下的拍照效果就越好。

04(可选)

由于光圈是由镜头里面的几片极薄金属片组成,它们的尺寸取决于手机厂商的设计需求,与CMOS传感器关系不大。同样的传感器型号,有些手机的摄像头光圈只有F/2.0,而有些手机则可达到F/1.7,此时自然是后者可以拍出更好照片,还原暗光下的更多细节。

就目前的手机镜头光圈而言,三星Galaxy S9采用的F1.5和F2.4可谓是未来的发展方向,白天切换小光圈防止过曝、夜晚切换大光圈提升暗处细节。

04

光学镜头:由于光线中包含红外线等诸多“杂光”,如果它们直接通过CMOS传感器时会严重影响成像质量。因此,完整的摄像头模块都需要在CMOS传感器的前面需要加入用于滤光的玻璃,也就是所谓的“镜头玻璃”。

低端手机摄像头大都配备5层塑料镜片(5P镜头),而中高端手机则会将其中的某些塑料镜片换成玻璃镜片,更好一些的则会添加额外的蓝玻璃滤光,组成所谓的6P镜头。

镜头的片数越多,光线过滤、成像失真和色彩还原效果越好,而华为之所以和徕卡联姻,为P系列和Mate系列推出徕卡定制的镜头就是这驾马车重要性的真实体现。

05

影像处理器:即ISP,早期高端智能手机多以内置独立的第三方ISP芯片为荣。随着SoC内集成ISP性能越来越强,第三方ISP芯片逐渐淡出市场。

06

比如,联发科Helio P60就内置三核ISP、高通骁龙660内置Spectra 160 ISP、骁龙835内置Spectra 180 ISP和骁龙845内置的Spectra 280 ISP性能就依次增强。

ISP可用于对多颗摄像头协同拍照进行原生优化、实现更好的视频降噪、匹配更多种自动对焦模式等等。

07

实际上,除了上面涉及的“三驾马车”外,影响最终拍照效果的还受制于相机APP的实时调校和后期优化。关于这部分内容,智趣狗未来几天会单独发布和AI相关的内容加以详述。

一颗镜头难以为继

随着消费者对手机拍照性能的要求越来越高,哪怕是再高档的三驾马车也有力不从心的感觉。

比如,很多用户都喜欢拍出媲美单反的背景虚化效果,但在只有一颗摄像头时,想在图片中“扣”出拍摄的主体并淡化背景,对成像算法的要求极为苛刻;再比如,当你想拍出远处风景或人物,通过数码变焦得到照片的细节却糟糕得一塌糊涂;最后,如果传感器规格稍差,就注定无法和采用更高端传感器的对手抗衡。

08

因此,在很早以前手机厂商们就发现只靠一颗镜头打天下迟早将遭遇瓶颈,如果坚持“单身”就注定被对手反超。

三星Galaxy S8和其前辈就曾奉行“单挑”,依靠1200万像素摄像头挑战一众武装双摄的竞品,并曾一度占据上风。但随着iPhone X、华为Mate 10等新品的上市,Galaxy S8的拍照性能就渐渐落于下风,并最终在Galaxy S9+身上“脱单”以双摄示人。

时至今日,如果没能武装至少两颗(后置)摄像头的手机,就都不好意思位列“高端”阵营。

前置镜头逐渐脱单

在智能手机时代,前置摄像头的发展要落后于后置摄像头,苹果是在iPhone 4时才首次引入30万像素前置摄像头,而HTC则是到G11才带来了130万像素前置摄像头。随后,前置摄像头开始了提高像素,以及不断优化美颜自拍的旅行。

如今,智能手机的前置镜头则开始比拼是否支持自动对焦,以及是否武装了第二颗景深镜头,借助双摄模块实现硬件级别的背景虚化效果。

09

比如,金立S10/S11、vivo X9/S9s、华为畅享8 Plus等产品就是前置双摄的代表,从而获得了大光圈(前拍照后对焦)的拍照体验,自拍时也能虚化人物以外的背景,获得类似单反的大片效果。

10

后置镜头成功脱单

智能手机时代,HTC可以算是双摄手机的开拓者。早在2011年,HTC推出的G17就通过2颗500万像素摄像头(又称3D摄像头)获得了直接拍摄3D照片和视频的能力。

随后,在2014年HTC还发布了武装400万像素主摄像头+200万像素景深摄像头的HTC One M8,而这款产品也成为了包括OPPO R15标准版、vivo X21等一众新品的“前辈”

和前面提到的前置双摄一样,这种“一大(主摄像头,像素值较高)一小(景深摄像头,像素值较低)”双摄的最大特色就是支持硬件级的背景虚化效果。

11

问题来了,“一大一小”双摄在拍照时,景深镜头只负责记录远近信息,对画质没有任何增益效果。为了实现“1+1>1”的目标,在智能手机领域又逐渐衍生出了“黑白+彩色”、“广角+长焦”、“智选双摄”这三种概念。

“黑白+彩色”双摄方案最早由奇酷360旗舰版提出,目前新品代表有华为P20、Mate 10系列、荣耀10/V10、索尼XZ2 Premium、坚果3和联想S5等,此类产品的拍摄原理是彩色摄像头负责强化色彩还原,黑白摄像头则负责强化画面细节捕捉,通过ISP和软件算法会对两张彩色和黑白照片进行合成,最终获得一张色彩和细节更加优秀的照片。

12

“智选双摄”方案是OPPO R11s提出,一加5T采用的也是这套技术。其原理是两颗摄像头没有主次之分,只是其中的1600万像素摄像头善于捕捉细节,另一颗2000万像素摄像头暗光下表现更好,它们的光圈都是F/1.7,系统可以在不同的光线环境下来调用其中一个成像质量更好的摄像头来进行成像。

13

“广角+长焦”双摄方案是由iPhone 7 Plus提出,目前新品代表有OPPO R15梦镜版、三星Galaxy S9+、魅族15系列、小米MIX2S和努比亚Z17S等,此类产品的特色是通过长焦镜头可以进行2倍光学变焦拍照,但能否为长焦镜头准备额外的光学防抖模块,是其能否在暗光环境下正常工作的关键。此外,这颗镜头平时也能扮演景深摄像头的角色,背景虚化效果依旧给力。虽然“黑白+彩色”和“智选双摄”手机也有2倍拍照模式,但其本质上只是2倍无损变焦(类似软件合成),细节表现肯定逊色于原生的长焦镜头。

14

三颗镜头创纪录

纵观时下的高端手机领域,“广角+长焦”和“黑白+彩色”是最受厂商青睐的双摄方案,因为它们都能实现背景虚化,并在暗光细节或记录远处风景方面有着无可争议的优势。但是,用户的追求是无止境的,难道就无法将这两个流派的优点合二为一吗?

好消息是,华为P20 Pro做到了。这款产品通过独特的三摄方案,不仅具备“黑白+彩色”的细节表现力,还实现了“广角+长焦”的光学变焦,同时还让我们看到了一个久违的特征,那就是诺基亚lumia 1020时代的超高像素重出江湖!

15

P20 Pro在有限的空间里一口气塞进了三颗后置徕卡镜头:包括一颗4000万像素的主摄像头、一颗2000万像素的黑白摄像头、一颗800万像素的长焦镜头。此外,P20 Pro还在上方两枚镜头中央嵌入激光接收和发射器,进而实现激光对焦。同时,三枚镜头下方还嵌入闪光灯及色温传感器,这7大组件、3枚镜头携手,最终融合成了最新、最先进摄影设备系统。

16

和其他双摄手机相比,华为P20 Pro在拍照方面占据两大优势。其一是DxOMark拍照子项评分高达114,遥遥领先其余TOP6的P20(107)、三星S9+(104)、谷歌Pixel2(99)、iPhone X(101)和Mate 10 Pro(100)。其二是P20 Pro支持3倍光学变焦,比业内主流的2倍光学变焦照得更远。

17

而成就这两大优势的背后原因,就是华为P20 Pro的主摄是来自与索尼联合研发的IMX600传感器,诠释了“底大一级压死人”的金科玉律。IMX600传感器尺寸达到了1/1.7英寸,比一般手机专用传感器的1/2.3英寸足足大出34%的面积!同时,IMX600还采用了Quad Bayer阵列(同色4像素为一组排列)设计,在低光环境下可将像素4合1,秒变单像素面积2μm的1000万像素传感器,已经非常接近相机CMOS的2.4μm单像素面积了。

曾经用过诺基亚808 PureView和lumia 1020这类超高像素手机的用户,很多都有过被高感画质变差问题所困扰的经历。这一次P20 Pro的4000万像素是否也会降低高感画质呢?

请放心,P20 Pro的默认分辨率只是1000万像素,4000万像素拍照模式需要用户手动开启。同时,华为还为IMX600找来了一个更有实际意义的战场——手持夜景。以往很多手机要想拍出完美的夜景大片,哪怕摄像头支持光学防抖,也需要借助三脚架才能保持绝对稳定的情况下延长快门曝光时间。而P20 Pro主打的夜景手持长曝光模式,只靠双手就能保证6秒的拍摄稳定!

18

华为P20 Pro的800万像素长焦镜头也与市面上其他双摄手机常用的长焦镜头不同,它原生就支持3倍光学变焦,所以可以记录更清晰的远处风景。同时,点击拍照界面的变焦按钮,P20 Pro还能实现5倍混合变焦,通过三摄的巨大总像素和图像优化运算,其效果要比以往通过剪裁实现的数码变焦要好很多,从此手机“打鸟”不再是梦。

总之,华为P20 Pro的徕卡三摄为智能手机打开了一扇新的窗户,借助更多定制镜头实现远超双摄,媲美专业单反相机的拍照体验。可惜,这种豪华三摄模块的成本也是较为高昂的,短期内很难在主流价位手机间普及。所以,智能手机厂商都展开了“曲线救国”之旅,借助新兴的AI来优化最终成像的效果。

可以说,未来,多摄+AI将是智能手机们比拼的重中之重。大家不妨来猜一猜,下一家引入三摄的手机品牌,会是谁呢?