高像素的“真假”之争

《电脑爱好者》2019年第19期 2020-10-12 15:33专题 标签:高像素

在智能手机领域,配备“超高像素摄像头”一直都是厂商用于宣传的不二法门,毕竟在绝大多数普通消费者的潜意识中,像素越高就等于拍照越好。我们暂且不论这个想法正确与否,还是先将目光投向高像素的“真假”之争上吧。

突破4000万像素关口

2012年,诺基亚808 PureView首次配备了高达4100万像素的卡尔蔡司镜头(图1),刷新了手机摄像头领域的像素纪录。可惜,在以Android和iOS系统为主的生态圈中,直到2018年初上市的华为P20 Pro,才再次实现4000万像素的回归。步入2019年后,4800万像素逐渐成为智能手机圈的主流,上到顶级旗舰,下到千元机都纷纷猎装了这种超高像素的摄像头(图2)。

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图1 当年相机模组的厚度非常“感人”,再看如今手机的纤薄身材,让人不禁感叹科技的进步

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图2 哪怕是千元级别的手机也纷纷用上了4800万像素AI多摄

问题来了,貌似早在2014年就有Android手机支持3200万、5000万和6400万像素拍照,2015年还有手机带来了1.2亿像素的拍摄能力。为什么多年后的新品在摄像头像素参数方面反而下降了?

来自超像素技术的加成

在2014年前后,很多新品在拍照能力上都突破天际,明明标配的是一颗1300万、1600万或2400万像素的摄像头,却可以拍摄像素值数倍于这组数字的照片。比如,OPPO旗下手机利用了“超清画质模式”,让Find 7、R5可以进行5000万像素,N3和R7进行高达6400万像素的拍照体验(图3)。随后,主打拍照体验的金立E8更是通过“超像素模式”带来了一亿两千万像素即1.2亿像素的拍照能力(图4),其创下的拍照像素纪录至今还没有被人打破。

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实际上,无论“超清画质模式”还是“超像素模式”,它们的基本原理都是相同的。OPPO采用的超清画质算法是连续拍摄10张照片进行合成,金立的超像素算法则是采用5张连续拍摄的照片进行多帧合成,中间过程生成的照片不会保留到ROM(闪存)之中。在将多张照片进行合成的过程中,涉及到将每张照片中物体边缘、纹理细节最清晰的部分,通过“多帧超分辨率零噪声模式”等技术进行重建,让用户最终看到的只是一张超高像素的完美照片。

然而,这种通过软件手段将拍照分辨率“跃升”的能力存在很多先天不足,比如需要CPU、内存和闪存的处理速度足够快,合成照片的细节是否完美还取决于成像算法的优化。此外,超像素技术会显著提升照片容量,5000万像素的照片大小会从3MB左右一下猛增到8MB至20MB,1.2亿像素在复杂的场景下也有望突破50MB容量大关,从按下快门拍摄一张照片还需要等待5秒以上,并且期间拍照界面按钮都会变成灰色,不再响应其他操作,非常影响实际体验。

可惜,当年的手机无论是存储容量还是处理速度都无法完美驾驭这种超像素技术,而拍摄超高分辨率的照片本身也不是刚需功能,在“随手一拍就是大片”的理念下,这种华而不实的功能逐渐被后续新品所抛弃,而智能手机们也转向了更具实际价值的AI场景的优化算法上(图55)。

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图5 端侧AI运算能力,为手机拍照带来了无限的可能

超像素的逆向思维

就在手机总在试图拍摄更高分辨率的照片时,还有一种将像素由多变少的逆向思维也需要引起我们的重视。其中最具代表性的就是Lumia 1020的PureView超采样技术和HTC的UltraPixel超像素技术。

武装4100万像素摄像头的Lumia 1020在拍照时(图6),根据画幅尺寸可以同时拍摄一张3800万像素(4:3画幅)或3400万像素(16:9画幅)的照片,外加一张500万像素的照片。其中,主要用于社交分享的500万像素照片,在细节的表现力上可以秒杀当时一众同像素或更高像素的竞品,原因就是它是通过“超采样”技术,将每7/8个像素合成为一个“超级像素”,相当于系统自动将4100万像素的图像“浓缩”至500万像素,如今4000万/4800万/6400万/1.08亿像素传感器主打的Quad Bayer阵列和四合一像素聚合技术,就与PureView超采样技术有着异曲同工之妙。

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HTC的UltraPixel超像素技术特指一种特殊定制的传感器(图7),在竞品纷纷用上800万、1300万和1600万像素时,这款手机的摄像头却仅有408万像素,它的传感器尺寸为1/3.0英寸,但单个像素的感光面积却达到了2µm,远远高于同期手机常见的1.1µm像素尺寸,感光效率高出300%,翻译过来就是夜拍时的细节表现更完美。

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可惜,UltraPixel超像素相机的像素太低,并不利于营销,而且正常光线拍照和更细腻的分辨率才是市场的主流。因此,HTC很快也放弃了这种非主流的逆向思维方式。时至今日,已成主流的4800万像素传感器通过四合一像素聚合技术也能获得1.6μm的单个像素感光面积(图8),再加上“手持超级夜景”等拍照模式和AI算法的加持,夜拍表现也逐渐趋于完美(图9)。

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真一亿像素时代来临

2019年8月初,小米在北京举行的未来影像技术沟通会中曝光了来自三星旗下,拥有1.08亿像素的传感器——ISOCELL Bright HMX(图10)。至此,智能手机终于用上了在物理层面真正破亿的摄像头,可以拍照分辨率高达12032×9024像素的照片。可以说,ISOCELL Bright HMX是迄今为止像素数量最高的手机传感器,没有之一。

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