像素破亿之后 手机摄像头还能有啥追求?

CFan 电脑爱好者 2019-12-25 14:26产品 标签:像素 摄像头 手机

CFan曾在《小米CC9 Pro首发 一亿像素传感器是个什么鬼?》和《RYYB传感器是个什么鬼?手机镜头能否靠它逆袭单反?》等文章中对手机传感器进行过解读,更高像素虽然可以提升画质,但还达不到决定画质的程度。今天,我们再来聊聊当像素值突破一亿大关后,对手机成像的新影响。

影响成像质量的因素

影响手机拍照性能的“核心参数”是CMOS传感器(涉及像素值、传感器尺寸、单个像素感光面积和对焦技术)、镜头玻璃、ISP性能、光圈大小和软硬结合的后期成像算法优化。可见,像素值仅仅是影响成像的因素之一。

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手机相机中每个模块单元都可能影响最终的画质

以DxOMark手机相机排行榜单为例,TOP10中最抢眼的手机分别来自华为、小米和三星。

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其中,华为入榜的几款手机都是配备索尼IMX600/IMX650传感器的机型,也就是高像素的代表;小米CC9 Pro则通过一亿像素传感器位列第三的成绩;三星入榜的手机(S10和Note 10系列)配备的都是自家的S5K2L4传感器,属于低像素但依旧有着好成像的代表。

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Galaxy Note 10+ 5G摄像头模组特写

小底低像素也有好画质

问题来了,三星S5K2L4是一颗只有1200万像素的传感器,传感器尺寸也只有1/1.55英寸,属于“小底”+“低像素”的典型代表。

然而,就是这么一颗看似不起眼的CMOS,却可以带来媲美4000万像素IMX650传感器的实力。

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究其原因,是三星为S5K2L4额外搭配了F1.5/F2.4双光圈,可以根据环境光线强弱切换到不同的光圈模式,比如夜晚就以F1.5超大光圈运行来获取更多光线。

同时,S5K2L4的单位像素面积达到了1.4μm,只比通过四像素合一的IMX586和GM1等小0.2μm。当然,S10和Note 10系列拍照效果出色还离不开三星相机成像算法的加持,但这一切的一切,似乎都能说明一个问题——底大不一定就强,像素高的不一定好,最终还是要看相机模组和软件算法的综合技术。

除了三星,索尼传感器同样存在类似的问题。以IMX586为例,它除了1/2.0英寸大底和4800万超高像素以外,没有DRAM缓存,没有双核对焦,也不支持DTI像素隔离,综合性能远不如同期的IMX380(用于华为P20标准版等手机),至多是IMX363的水平。

但是,超高像素毕竟是一个宣传上的引爆点,再加上高像素传感器带来了全新工作逻辑的加持,让它迅速将低像素的前辈们踢出局,成为2019年几乎所有中高端新品的标配。

高像素传感器的逻辑

凡是用过超高像素新款手机的用户不难发现一个问题,无论你手机的传感器型号是IMX586、IMX600、IMX650、GM1还是刚刚上市的6400万像素GW1,默认的拍照模式都是1200万像素或1600万像素,标称的4000万、4800万和6400万像素都是一个可选的拍照模式,而且在超高清拍照模式下,变焦、美颜、人像等特殊功能都会失效,而相机界面也会提示仅适用于光线充足的环境。

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原因很简单,这些传感器的单位像素面积过小,暗光下拍照的表现很难令人满意。

因此,无论是最早的IMX586、GM1还是最新的ISOCELL Bright GW1和HMX,它们超高的像素单位,最终都要服务于四合一像素技术,在低位像素的默认模式下实现更好的细节表现。

实际上,四合一像素技术非常像诺基亚808 PureView和Lumia 1020时期的PureView超采样技术,将4800万/6400万/1.08亿像素的图像“浓缩”至1200万/1600万/2700万像素,可有效降低单像素的噪点,让画面显得更加纯净。

换句话说,这些超高像素的传感器在最高像素下拍照只能保证留下更多画面细节,但要想得到最佳的画质,或是体验多摄联动和各种软件算法带来的拍照功能,就必须以四合一像素之后的单位进行拍照。

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此外,像素越高,可以拍摄分辨率更高的照片,在一张照片内保留更多信息,能为相机软件提供更多后期处理的素材,从而充分发挥ISP单元和AI算法的潜力。

对分辨率为2340×1080像素的主流级手机屏幕来说,4800万、6400万像素摄像头所拍摄的照片分别相当于手机屏幕大小的19倍和25倍,1.08亿像素摄像头的照片甚至可以在手机屏幕上放大43倍,超高解析力带来了前所未有的画面精度,秒杀早前低像素传感器+超像素技术的多照片合成效果。

更高的解析力和画面细节的信息,还让超高像素摄像头拍摄的照片可以通过截幅的方式实现“变焦”的能力。

以6400万像素的ISOCELL Bright GW1为例,其像素数量是主流1200万像素传感器的5倍之多,在2倍变焦时仍可提供1600万像素的图像,即使在5倍变焦后照片仍可达256万像素。当然,这种全靠裁切的手法在细节上可能还达不到真正长焦镜头的光学变焦效果,但也绝对属于“无损变焦”的范畴了。

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这意味着什么?

在过去,多摄手机要想拍清楚远处的风景,必须搭配一颗长焦镜头。当6400万或1.08亿摄像头普及后,2X和3X长焦镜头将再无用武之地,可以省下来一个位置用于安置超微距镜头、支持5X光学变焦的潜望式长焦镜头、ToF镜头或第二颗主摄,让手机的拍照功能可以覆盖更多焦段,或实现更多功能和更好的品质。

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AI四摄会成为下一个趋势

那么,更高像素摄像头对变焦拍摄的增益能有多大?下面,我们就通过realme旗下两款分别配备4800万像素(IMX586)和6400万像素(ISOCELL Bright GW1)的新品,进行一番变焦拍摄的对比。

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4800万像素手机拍摄照片(1X)

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4800万像素手机拍摄照片(5X)

两款手机分别在1X正常拍摄和5X无损变焦模式下进行拍照,可以明显看出4800万像素在5X时涂抹感比较严重,而6400万像素在5X时对细节和层次的还原度更高。

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6400万像素手机拍摄照片(1X)

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6400万像素手机拍摄照片(5X)

由于更高像素需要更大传感器的支撑,而更大的“底”结合四合一像素技术还能进一步提升夜拍潜力,所以6400万像素手机在超级夜景模式下对光晕的控制更好,照片显得更干净,噪点和细节表现同样更好。

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4800万像素手机拍摄照片

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6400万像素手机拍摄照片

通过对比,我们可以提出一个结论——更高像素摄像头的出现,的确有利于提升智能手机的平均画质,并对软件后期带来更多的可能。

但是,这并不代表它可以实现超越上代顶级传感器(如IMX650)的实力,至少ISOCELL Bright GW1还做不到,至于1.08亿像素的ISOCELL Bright HMX能否实现这个梦想,还得等时间来验证。

高像素倒逼硬件提速

前文我们提过,一张6400万像素的照片容量可达20MB,1.08亿像素照片甚至可以逼近50MB,这些都对手机SoC集成的ISP图像处理器单元的计算能力、内存速度和带宽、NAND闪存的读取和写入速度提出了更高的要求。

因此,你会发现凡是搭配这些全新超高像素传感器的手机,都会选择高通骁龙7系或更高档的移动平台,闪存版本也全面从eMMC5.1过渡到了UFS2.1甚至UFS3.0。

多摄和单摄的未来探讨

目前智能手机的多摄阵列,已经从早期的黑白+彩色,主摄+景深升级到了主摄+超广角+长焦(还包括潜望式)+超级微距+TOF的任意组合,可以带来更丰富的拍照模式,AI算法也让多摄参与成像变成了现实,超过5X的无损变焦极具实际意义。

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潜望式长焦镜头在2020年会被更多新品列装,点击查看vivo X30 Pro评测

然而,摄像头越多,传感器越高端,整套相机模组的成本也就越高,对手机内部空间的占用问题也将更为严峻。

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Nokia 9 PureView,这款手机内置5个摄像头,它们都是来自索尼旗下的IMX386传感器

以华为P30 Pro为例,通过拆机分析,它的三摄模组成本已经达到了56美元,约合人民币376元。当多摄模组遇到了潜望式长焦或升降式摄像头这种物理结构,对手机内部结构的优化就提出了更为苛刻的挑战(图14 图注:摄像头模组就已经占用了一半的主板空间)。

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Nokia 9 PureView,这款手机内置5个摄像头,它们都是来自索尼旗下的IMX386传感器

那么,手机就必须通过多摄来提升拍照潜力吗?

谷歌Pixel系列曾经就发表过不同的看法,依靠单摄+优化HDR算法,其日间和夜间的拍照水平也能处于一流水准。理论上,通过更先进的传感器和镜头工艺,能在一颗摄像头上实现正常拍照、超微距、超长焦,并通过算法带来广角,似乎也是一套不错的解决方案。

至少,当6400万像素和1.08亿像素传感器出现后,2X和3X长焦镜头的地位就已经岌岌可危了,而它们所提供的“大底”、四合一像素以及更加成熟的AI算法,也足以胜任不同光线的拍摄环境。

据悉,亚光公司正在开发潜望式的单镜头模块,它以GM非球面玻璃镜头为基础,只需单镜头就能实现6X到8X的光学变焦,光变能力比目前三摄手机的5X还要强悍。如果未来真的出现“多合一”的全能型镜头,让手机重归“单摄”,并能同时实现多摄才能具备的拍照模式,无疑可以节省大量的内部空间,用来安置更大的电池、进一步降低厚度重量,想想就非常美妙。

只是,当消费者已经习惯“像素越高越好”和“摄像头越多越好”的消费逻辑之后,这种单摄还能吸引普通消费者青睐吗?让我们拭目以待吧。