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    如果選智慧手機近年來升級換代最慢的技術,那首選電池續航,這麼久了大部分手機還是一天一充。如果選手機進步最大的升級,那肯定是手機拍照。不論安卓還是iPhone,之前都是“只能拍照”,蘋果iPhone大概是60分的價格水平,三星50分,大部分中國產機都是30、40分的水平,而現在蘋果提升到了80分,三星85分,領先的中國產手機拍照已經上了90分了。

    圖片來自虹軟官網

    智慧手機拍照的進步有賴於技術升級,不知不覺中手機鏡頭也從之前的單攝變成了雙攝,去年底還有三攝手機大量上市,今年很快還會有四攝手機上市。此外,在鏡頭數量不斷增加的同時,智慧手機拍照用的感測器、鏡片、馬達等部件以及演算法也是在同步提升的,這些因素共同推動了智慧手機拍照的進步。

    我們就來介紹下智慧手機拍照的技術流派,它們不僅分為單攝、雙攝、三攝等,不同的雙攝也是有不同的技術方向的。

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    手機拍照系統組成:畫素不是唯一,鏡頭模組才是完整概念

    不過在介紹這些技術流派之前,大家要對手機拍照系統有個基本概念,廠商每次釋出新品的時候總是喜歡宣傳XX萬畫素、XX感測器、XX光圈等等,這些是很重要,但手機拍照不是光看感測器、光圈的,手機廠商買的不是單一的零件,而是從歐菲光、舜宇等公司購買成套的鏡頭模組。

    三星電機官網上有個手機鏡頭模組的詳細介紹,如上圖所示,CIS就是影象感測器,大小、畫素多少這些就是它決定的,它也是整個手機鏡頭中最重要同時成本最高的部分,一般能佔到50%左右的成本,目前高階手機CIS感測器主要掌握在索尼、三星手裡,其中索尼又是一家獨大,大部分高階機都在使用索尼IMX系列感測器,三星在最近兩代的Galaxy S/Note手機上開始加大對自家感測器的採購力度。

    除了最為重要的感測器,鏡頭數量、馬達、封裝等也會多少少影響拍照質量,目前中國產廠商在鏡頭模組供應鏈逐漸做大,歐菲光、舜宇的模組已經大量應用在華為、小米、OPPO、Vivo、魅族等中國產手機中。

    下面就來簡單介紹下目前智慧手機拍照技術上的不同流派,首先是還在堅持單攝、同時把單攝玩到極致的谷歌。

    谷歌:單攝孤獨求敗,演算法稱王

    網上經常爭論的一個話題就是金庸小說中誰的武功最厲害?一般候選人至少有張三丰、掃地僧、獨孤求敗以及王重陽這幾人,這些人是現實武俠江湖中存在的的,但要再往上說一點,那最厲害的人應該是狗哥石破天(阿青是另一個bug級的),他也有其他人一樣的刻苦訓練,但天賦點無疑是其他人不具備的。

    在手機拍照這個技術上,谷歌就是石破天級別的天才,隨便練練就是絕世高手。

    谷歌單攝有多厲害?上圖就是最好的解釋

    說到拍照技術,谷歌有資格鄙視所有在座的廠商,不論是蘋果、三星還是華為,不服的也去用單攝比比。

    至於谷歌為什麼選擇單攝,我們可以說雙攝甚至多攝有很多弊端,結構複雜、成本高這些面子上的事不說了,谷歌認為雙攝能做到——虛化、變焦、夜拍等都可以用單攝實現,不就是加強演算法的事嘛,多大事還要上雙攝/三攝,一隻手能解決的事絕不用兩隻手。

    在手機拍照上,谷歌Pixel手機不堆硬體,Pixel 3/3 XL上還是1.4um畫素的1200萬畫素,F1.8光圈,放在中國產機中這個規格能被噴死,但谷歌不怕,他們有Google Camera應用。現在的Google Camera已經迭代多次,最初的功能主要是HDR+,聽上去跟很多手機支援的HDR功能差不多,不過谷歌的HDR+演算法更加暴力,能夠一次性拍攝多張圖片合成,大大提升拍照畫質。

    谷歌HDR+拍照對比

    HDR+提升畫質需要很高的算力,谷歌的手機之前是使用驍龍處理器整合的Hexgaon DSP來處理,但是因為效能不夠再加上專用最佳化不足,谷歌索性自己聯合英特爾打造了Pixel Visual Core晶片,從Pixel 2手機開始就應用了,這個專用晶片集成了8個IPU核心,還有一顆A53核心,以及MIPI/LPDDR4/PCIe控制器,而且每一個IPU核心都要比ARM A53核心大,可想而知它為什麼能夠提供3T浮點效能,而華為的寒武紀稍弱點為1.9T,蘋果僅為0.6T。

    得益於專用晶片的強大效能,Pixel 2手機上的IPU上執行HDR+算只需要原本1/5的時間以及1/10的功耗,實現了第三方軟體呼叫相機拍照即拍即有,使用者體驗提升明顯,而且照片明亮清晰,人物臉部不再暗淡。

    谷歌HDR+演算法提升畫質簡單粗暴,但不是其他廠商想學就能學的,不說演算法的難度,光是打造專用晶片的魄力就不是其他廠商能學的。

    谷歌的Night Sght夜景拍照技術效果

    在HDR+之後,谷歌在Google Camera上繼續帶來了背景虛化、Panorama全景、Motion動圖(當年蘋果推出了LivePhoto拍照)、AR Stickers、Super Res Zoom超解析度放大(實現了光學變焦的圖片縮放效果)、Top Shot以及Night Sight夜景技術,可以說在單攝上谷歌把流行的技術都做了一篇,效果也不輸其他廠商的方案,去年Night Sight夜景拍照技術對比圖把iPhone XS秒成渣了。

    限於篇幅,不能一一介紹Google Camera的全部技術特性,谷歌近年來更加重視深度學習、人工智慧等先進技術,透過自己掌握的大資料來進一步提高手機拍照畫質,這個也是未來的發展方向,手機拍照會越來越“算得好看”,而不是拍的更真。

    總之,谷歌在手機拍照上走的是一條別家廠商不走或者沒能力走的路,狂飆單攝科技樹,效果也非常好,網上已經有大把Google Camera的MOD版,如果你的手機也恰好在支援之列,那不妨試試。

    雙攝第一次登場不是為了拍照,而是玩3D

    單攝時代為了增加賣點,廠商追求的不外乎是高畫素,所以從500萬、800萬、1200萬、1300萬一路增加到2000萬畫素,最高曾有OPPO的5000萬畫素,不過這不是原生5000萬,而是軟體插值算出來的。

    由於手機感測器就那麼一點,單純增加畫素也不能一直玩,畫素越多畫素越小,當時都低到0.8um了,後來HTC開始倡導大畫素,在M7手機上推出了UltraPixel技術,雖然畫素數量只有400萬,但是畫素大小提升到2um(直到現在其實都是最高水平),畫素越大感光面積越大,畫質理論上更好,所以這個技術到現在都是主流,目前很多手機在用的1200萬畫素感測器就是1.4um的。

    單攝無論怎麼玩,遲早都是有盡頭的(谷歌不在此限),前面介紹谷歌單攝時也說了單攝面臨的幾個缺點——背景虛化、變焦、夜拍,這些功能用雙攝更容易實現,所以雙攝技術很快也成為手機廠商追求的目標。

    不過世界最早的幾款雙攝手機都不是為了提高拍照畫質而做的,2011年HTC首發雙攝手機HTC EVO 3D,配備了兩個500萬畫素的鏡頭,但副攝的作用是實現裸眼3D效果的。在這方面,HTC也不孤獨,LG之後也推出了雙攝手機Optimus 3D,也是雙500萬畫素鏡頭,同樣是為了裸眼3D而非提高拍照效果。

    2014年3月HTC釋出了M8手機,採用了豎排雙攝鏡頭,400萬畫素主攝+200萬畫素景深的組合,這時候智慧手機的雙攝才是以提高手機拍照為主的方向,不過景深鏡頭雖然帶來了先成像後對焦等玩法,但對改善手機拍照畫質有限。

    雙攝改善手機拍照畫質之路:黑白、彩色、廣角、長焦

    HTC M8的主攝+景深雙攝方案當時很流行,只不過畫質沒什麼提升,玩法變多了而已。第一個用於提升畫質的雙攝手機實際上應該是酷派在2014年推出的鉑頓大觀5,它配備了雙1300萬畫素感測器,是第一個RGB+RGB方案的雙攝。

    酷派鉑頓大觀5首發RGB+RGB方案的雙攝

    不過限於酷派當時的影響力,大觀5雖然是2K旗艦機,但是不叫好也不叫座,存在感太弱了。

    2014年底,榮耀也推出了華為系第一款雙攝手機——榮耀6 Plus,號稱是全球首個平行雙攝手機,兩個鏡頭都能參與成像,而且實現了F.095的虛擬光圈,所以榮耀6 Plus一直在宣傳背景虛化玩法,不過實際虛化效果很容易看出來是軟體算出來的,很假的感覺。

    2015年360釋出了奇酷手機,這款手機也上了雙1300萬畫素鏡頭,不過它的技術方案是RGB+Mono,也就是彩色+黑白方案,副攝黑白感測器雖然不能記錄彩色資訊,但卻有更高的進光量,可以記錄更高的亮度及細節資訊,在噪點、亮度、色彩、細節等影象質量方面以及整體處理效能方面達到一個最好的平衡點,使雙攝像頭的超級夜景發揮出最大的功效。

    上面這句話出自虹軟公司,這裡就要說到一家在拍照演算法可能不次於谷歌的NB公司了——Arcsoft虹軟,有些人可能聽過或者用過他們的ArcSoft TotalMedia Theatre播放器,這家公司提供的單攝、雙攝演算法幾乎支撐了大部分手機廠商,舉個例子,中國產廠商近年來代表鼓吹自己的超級夜景模式,實際上小米、OPPO、魅族、錘子的夜景演算法都來自虹軟,華為的超級夜景演算法倒是自研的。

    說的有點遠了,回到黑白雙攝的話題上來,這種技術方案對提高畫質是很明顯的,所以很快成為主流,360手機沒做起來,但華為在P9手機上也開始用黑白雙攝方案,這也是第一款與徠卡合作的手機,並一直沿用到P20 Pro手機上,直到Mate 20 Pro上才放棄了黑白感測器。

    2016年LG公司也推出了G5手機,這款手機的雙攝方案也比較獨特,使用的是主攝+廣角鏡頭的模式,主攝是1600萬畫素,副攝是800萬畫素,但它是個135°的廣角鏡頭,兩個鏡頭實際上並不是同時成像,使用者可以切換選擇是否拍廣角照片。

    不過LG G5嘗試增加廣角鏡頭的做法也很有意義,幾年後的今天廣角拍照又被重新重視起來了。

    蘋果iPhone入局雙攝,長焦+廣角雙攝定型

    2013到2015年的這段時間裡雙攝手機可以說百花齊放,也可以說魚龍混雜,幾家廠商之間的方案都不太一樣,但是之後蘋果也入局了,在iPhone 7 Plus上也用了雙攝拍照系統,由一個廣角鏡頭和一個長焦鏡頭組成。廣角鏡頭部分為1200萬畫素,f/1.8光圈,等效焦距28mm,支援光學防抖,這其實就是iPhone 7上那顆,而長焦鏡頭同樣為1200萬畫素,f/2.8光圈,等效焦距56mm,但這個鏡頭不支援光學防抖。

    值的注意的是,iPhone 7 Plus上兩個鏡頭都是拍攝彩色照片,加上長焦鏡頭帶來光學變焦能力,這讓蘋果這個雙攝像頭系統是稍微領先市場的。而除了光學變焦外,iPhone 7 Plus同樣能提供景深效果。

    由於蘋果的影響力及對產業鏈的影響,iPhone 7 Plus的雙攝方案很快成為市場上的主流,雙攝帶來了2x光學變焦、景深及虛化等效果,直到現在這種方案依然是當前雙攝手機的主流。

    華為P20 Pro首發三攝,獨佔大底感測器

    雙攝成為市場主流兩年之後,下一步還能玩什麼呢?2018年3月份華為釋出了P20及P20 Pro手機,其中後者用上了徠卡三攝,這是第一臺三攝手機,不過華為P20 Pro不僅僅是攝像頭數量多少的問題,還有一個獨特的優勢——定製的索尼IMX600感測器,1/1.7英寸大小,直到目前都是最大的感測器。

    具體來說,P20 Pro為目前少見的後置三攝系統,主攝採用索尼獨家定製的IMX600模組,感光器面積達到1/1.7英寸, 總畫素為4000萬,並支援QuadBayer技術,即可以按2X2畫素集合輸出成1000萬畫素,這可以提高畫面的純淨度。主攝其它規格還有1μm單個像素面積,f/1.8光圈,最大ISO可達到102400等。

    P20 Pro的兩個副攝其中一個為長焦鏡頭,最大3x光學變焦,等效81mm焦距,屬於中遠攝,而iPhone X和Galaxy S9+的長焦端都為2x光學變焦,等效焦距52mm。只是P20 Pro的長焦頭僅為800萬畫素,來自OminiVision的OV13A40模組,f/2.4光圈,Galaxy S9+和iPhone X都達到1200萬畫素,光圈在f/2.4。

    副攝的另一個為黑白鏡頭,這是華為手機上慣用的方案,主要為了提高影象的銳度,還可以加大進光量,P20 Pro這顆攝像頭採用索尼的IMX318模組,為2000萬畫素,f/1.6光圈,並帶有OIS防抖。

    需要注意的是,P20 Pro雖然有三個攝像頭,但在實際工作時,三個攝像頭為兩兩工作,即在拍攝夜景照片時,只用到主攝+黑白副攝,而在拍攝大光圈照片時,則用到廣角+長焦副攝結合。

    三攝再進化,Mate 20 Pro棄黑白上超廣角

    華為P20 Pro的大底+三攝+徠卡讓它在夜景拍照方面很強大,也奠定了華為在DXOMark排行榜的領先,去年10月份大家都在期待華為在Mate系列上還能創造什麼的拍照玩法時,華為最終在Mate 20上帶來了超廣角三攝,放棄了黑白感測器。

    Mate 20 Pro主攝、副攝、長焦鏡頭依然是4000萬、2000萬及800萬畫素感測器,但副攝的廣角能力大幅加強,等效焦距從27mm提升到了16mm,而單反相機中24mm以下的焦距就是超廣角了,Mate 20 Pro的16mm等效焦距實現了超寬取景,在拍攝大場面,比如風景時更容易呈現出有衝擊力的畫面。

    簡單來說,華為在這次的三攝中加強了超廣角及微距拍攝,為此不惜放棄對提高畫質很有幫助的黑白感測器。華為這麼做是手機拍照產業鏈的一次變遷,實際上在華為Mate 20 Pro之前,Vivo公司也推出了超廣角拍照的X23手機,雖然這是一款雙攝手機。

    今年釋出的小米9手機上,不僅上了三攝,同時也是主攝+長焦+超廣角的組合,其中超廣角的等效焦距為17mm,比華為Mate 20 Pro略低。此外,小米9也加強了微距,最短4cm焦距,Mate 20 Pro則是2.5cm焦距。

    可以預見,超廣角三攝今年還會有其他廠商跟進,但有志於玩拍照的廠商又找到新的玩法了。

    2019年手機拍照新趨勢:不止四攝,還有10倍變焦

    今年的新趨勢中,華為及OPPO紛紛轉向了10x變焦技術,在這方面OPPO 2017年的MWC展會上就展示過5x變焦技術,不過那時候還不成熟,今年則是推出了10倍混合光學變焦技術,而且OPPO明確表態今年就要量產。

    OPPO的10倍混合光學變焦技術採用了超廣角、超清主攝與長焦的三攝結構,覆蓋了從超廣角到長焦的“完整視角”。在超清主攝像頭和長焦攝像頭上OPPO還引入了雙OIS光學防抖,輕鬆拍出清晰好照片。

    無獨有偶,華為在即將釋出的P30/P30 Pro系列手機上也把高倍變焦能力作為重點,P30 Pro號稱徠卡四攝,不過這個四攝實際上還是徠卡三攝,多的那個是ToF 3D感測鏡頭,跟拍照不是一回事。

    在變焦上,P30 Pro也號稱支援10倍混合變焦,只不過這個混合到底是怎麼混合的還不確定,Mate 20 Pro上最高做到了3x光學變焦,也能上10倍數碼編碼,但是5倍之後的變焦基本上沒什麼意義了,畫質及防抖都很差,所以官方都沒當作主打功能來宣傳。

    總結:

    手機拍照近年來的表現大家有目共睹,除了谷歌還在繼續攀升單攝黑科技之外,其他廠商都轉向了雙攝、三攝等多攝系統,帶來了更好的光學變焦、背景虛化及液晶拍照能力。2019年,各大廠商的智慧手機旗艦不太可能超過三攝,這時候的重點會轉向變焦能力,這會對手機拍照及創造帶來更多的可能。

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