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黑科技和旁門左道都不少 漫談手機拍照進化史

這麼多年來, 雖然人人都在說手機同質化嚴重、技術止步不前、產品越來越無聊......但是筆者對於這種說法確實不能苟同, 其實在很多細節上都是有突破的, 但是因為整個過程是循序漸進的, 給人造成一種“擠牙膏”的假像。 而在所有手機技術中, 最有趣的無疑是手機拍照。

所以今天這篇文章我們就從鏡頭、CMOS、ISP三個方面來對比一下, 智慧手機發展了十年, 拍照技術究竟有哪些具體的成長, 又有出現過那些有趣的嘗試和設計。

鏡頭——功能和形式齊頭並進

說起手機拍照的創新, 可能絕大多數朋友都會想到雙攝像頭, 確實, 雙攝不僅理論上可以提升拍照畫質, 還帶來了實用的虛化、變焦功能, 現在的手機畫質強、能變焦還有虛化功能, 卡片相機不死可以說是難以平民憤了。

但是鏡頭上的進步不僅僅是雙攝帶來的, 雖然手機鏡頭的材質依然是樹脂等非玻璃材質(部分機型鏡頭前段模組是藍寶石鏡片, 但主要起保護作用), 光圈方面也都維持在f/2.0上下, 但是在防抖上的進步讓人驚歎。

在光學防抖出現之前, 其實手機也是有防抖的, 但是都是電子防抖, 其實也就是後期對於圖像進行補償, 起到的作用非常有限。

而光學防抖鏡頭中有一塊鏡片模組是可以通過四周的磁力裝置來進行位移的, 在陀螺儀檢測到抖動的時候, 防抖鏡片就會進行進行位移, 使光路仍然能落到CMOS原來的位置上, 不然可能在快門開啟的幾百分之一秒內, 同一條光路就會打在CMOS的不同位置, 造成拖影。

並且從防抖出現一直到現在, 光學防抖模組也經歷過幾次升級, 從兩軸光學防抖到三軸(除了上下左右還有前後位移的補償), 再到後來的四軸防抖(傾斜角度), 而五軸防抖目前為止只有索尼Xperia XZ有配備。 除了防抖軸數, 原理上也有升級, OPPO就在R9s Plus上把磁力驅動升級為滾珠式滑軌防抖。

而在防抖加入之後, 我們手機的暗光拍攝成功率大大增長, 一時間湧現出不少“夜視儀”一樣的產品。

CMOS——索尼大法好

但是要說哪項技術進步最大, 那還數CMOS, 並且這其中起到最關鍵作用的毫無疑問就是索尼了, 先是鼓搗出了背照式CMOS, 後來又有了堆疊式, 現在最新的IMX400系列竟然都三層堆疊了。 不過對於手機CMOS來說, 改善最明顯的還屬對焦性能。

一開始手機都只支持反差對焦,因為單反相機都是利用五棱鏡、反光板等複雜結構,讓光線進入對焦模組中才支援相位對焦的,手機的空間完全不夠用。所以LG等廠商用鐳射對焦來曲線救國,通過鐳射測距來選擇焦平面的位置,但是鐳射對焦有效距離太近,並不實用。

但其實索尼微單早就部分支援了相位對焦,用的是在CMOS上集成相位對焦圖元的方法,後來手機CMOS中也採用了這一設計,但是因為對焦圖元數量有限所以只有一部分區域能相位對焦,於是後來出現了IMX362這樣1200萬個圖元都有專屬相位元對焦圖元的CMOS,畫面中所有圖元都能支援相位對焦。

其實除了對焦,CMOS上類似于三星ISOCELL這樣防止信號干擾、減少噪點的設計也不少,這裡就不一一贅述了。

ISP、軟體端優化——各有所長

除了鏡頭和感測器,就只剩ISP(圖像信號處理器)最能影響手機畫質了,這裡我們將ISP和演算法歸入到一類中進行討論。

因為手機ISP可能只有在按下快門的時候會工作,其餘時間都是閒置,所以之前手機ISP性能並不強,諾基亞Lumia 1020就因為ISP拖不動4100萬圖元,所以諾基亞最後不得不搬出GPU的計算能力來救場。

但是現在的ISP可不簡單,支持4000萬、雙攝甚至是RAW格式輸出的型號可不少,並且更好的ISP對畫質、白平衡計算、連拍等的提升不言而喻。並且手機的ISP制程都和CPU保持一致,這意味著都是10nm、14nm制程,而相機ISP制程都在55nm上下。

並且現在各個廠商推出的軟體演算法也是相當了得,為什麼索尼以前總用不好自家CMOS,就是因為軟體優化不到位。並且HDR、多幀合成等增強畫質的功能也都是依靠軟體來實現的,諾基亞Preview、HTC UltraPixel就是基於演算法的技術。而在雙攝時代,黑白CMOS之間的配合,背景的虛化功能,也都離不開軟體演算法的調教。

手機拍照的極限在哪裡

其實除了鏡頭、CMOS和ISP之外,廠商們還做出過不少有趣的嘗試,比如OPPO以前頗受歡迎的N系列翻轉攝像頭、最近OPPO剛剛提出的潛望式雙攝、努比亞NeoVision中一系列的強大功能、Moto的相機模組等等,看得出手機雖小,但是在拍照上面可以做的創新卻一點都不少。

隨著未來雙攝技術的成熟、手機結構變得更加靈活,我們說不定還能看到更加出色的設計,能夠享受到更強大的手機拍照體驗。

【本文圖片來自網路】

一開始手機都只支持反差對焦,因為單反相機都是利用五棱鏡、反光板等複雜結構,讓光線進入對焦模組中才支援相位對焦的,手機的空間完全不夠用。所以LG等廠商用鐳射對焦來曲線救國,通過鐳射測距來選擇焦平面的位置,但是鐳射對焦有效距離太近,並不實用。

但其實索尼微單早就部分支援了相位對焦,用的是在CMOS上集成相位對焦圖元的方法,後來手機CMOS中也採用了這一設計,但是因為對焦圖元數量有限所以只有一部分區域能相位對焦,於是後來出現了IMX362這樣1200萬個圖元都有專屬相位元對焦圖元的CMOS,畫面中所有圖元都能支援相位對焦。

其實除了對焦,CMOS上類似于三星ISOCELL這樣防止信號干擾、減少噪點的設計也不少,這裡就不一一贅述了。

ISP、軟體端優化——各有所長

除了鏡頭和感測器,就只剩ISP(圖像信號處理器)最能影響手機畫質了,這裡我們將ISP和演算法歸入到一類中進行討論。

因為手機ISP可能只有在按下快門的時候會工作,其餘時間都是閒置,所以之前手機ISP性能並不強,諾基亞Lumia 1020就因為ISP拖不動4100萬圖元,所以諾基亞最後不得不搬出GPU的計算能力來救場。

但是現在的ISP可不簡單,支持4000萬、雙攝甚至是RAW格式輸出的型號可不少,並且更好的ISP對畫質、白平衡計算、連拍等的提升不言而喻。並且手機的ISP制程都和CPU保持一致,這意味著都是10nm、14nm制程,而相機ISP制程都在55nm上下。

並且現在各個廠商推出的軟體演算法也是相當了得,為什麼索尼以前總用不好自家CMOS,就是因為軟體優化不到位。並且HDR、多幀合成等增強畫質的功能也都是依靠軟體來實現的,諾基亞Preview、HTC UltraPixel就是基於演算法的技術。而在雙攝時代,黑白CMOS之間的配合,背景的虛化功能,也都離不開軟體演算法的調教。

手機拍照的極限在哪裡

其實除了鏡頭、CMOS和ISP之外,廠商們還做出過不少有趣的嘗試,比如OPPO以前頗受歡迎的N系列翻轉攝像頭、最近OPPO剛剛提出的潛望式雙攝、努比亞NeoVision中一系列的強大功能、Moto的相機模組等等,看得出手機雖小,但是在拍照上面可以做的創新卻一點都不少。

隨著未來雙攝技術的成熟、手機結構變得更加靈活,我們說不定還能看到更加出色的設計,能夠享受到更強大的手機拍照體驗。

【本文圖片來自網路】

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