毫无疑问,当前手机摄像头素质好坏已经成为了广大用户选择手机的重要标准,从渠道遍布全国的vivo、OPPO纷纷将Slogan或主打产品变为“拍照手机”以迎合用户需求就可见一般,而当前手机行业的摄像头CMOS(影像传感器)几乎已经成为索尼的天下,根据索尼2016财年第三季业绩显示,索尼半导体业务营业利润达到了272亿日元(约合人民币16.4亿元),其近期发布的Xperia XZ Premium上首发的IMX400更是创新性的将DRAM加入了CMOS两层电路中间,使得其能快速交换图像数据。
说到这颗索尼自家旗舰手机限时独占的CMOS“IMX400”,尺寸为 1/2.3 英寸,单个像素面积达到1.22微米,它新增的DRAM层可以帮助手机实现更高的拍摄帧数,在1080P模式下支持拍摄高达1000fps的视频,同时具备更大范围的快门时间调节,拍摄高速运动的物体可以更加从容,从参数来看已然非常强大。
DxOMark评分
但是手机拍照这一项十分考验厂商综合技术实力的部分,只有好的硬件是不行的,索尼自家的产品一直有着CMOS和镜头方面的优势,却依然不能轻易夺得如DxOMark等专业影像测试平台的第一名,那么一张好的照片究竟与哪几种因素有关?
“底”越大,拍照越有“底气”
前面提到索尼最新的IMX400传感器面积达到了1/2.3英寸,它与小米5s上的IMX378尺寸一致,并别成为当前最大的智能手机相机传感器,而在相机领域,向来有“底大一级压死人”的著名评论,也就是说CMOS面积越大,相机成像素质越好,好比人类的视网膜越健康,视力越好。
CMOS(图片来自网络)
由于相机的拍摄,是通过外界的光线进入镜头后,投射在相机传感器上得以感光,所以更大的像素面积,其相应的就会有更强的感光能力,使得智能手机可以在暗光下以更高的ISO下拍出噪点更少的照片,所以从理论上来说,CMOS面积称得上是画质好坏的硬性条件。
小米5s采用IMX378(图片来自网络)
目前智能手机厂商的普遍CMOS尺寸在1/2.3英寸~1/3.06英寸级别,当前典型的包括IMX298(1/2.8英寸)、IMX318(1/2.6英寸)、IM386(1/2.4英寸),这些尺寸下有合理的像素密度与软件调校的话,会带来不错的成像素质。
像素已不再是决定性因素
在手机还无法胜任拍照主力的时代,厂商们宣传中最常强调的一个点就是“像素”,对这方面没有了解的用户往往认为像素越高画质越好,一句颇为典型的夸自己手机拍照的话就是“我的手机像素很好”。但随着智能手机拍照概念的深化,用户们也越来越了解像素不再是拍照好坏的唯一因素。
像素直观图(图片来自网络)
首先,像素数量的确在一定程度上影响到拍照的画质,但像素高对清晰度也不一定好,另一个重要的参数就是“单个像素面积”,例如在弱光情况下,在手机上面造成噪点的主要原因是普遍的传感器像素密度较大,单个像素感光面积较低,这就会使得其单位进光量使得画面纯净度偏低。
三星S7拥有1.4微米大像素(图片来自网络)
举例就是,同样的1200万像素的摄像头,单个像素面积大的画质整体理论上就会更好,如1.4微米像素面积的Galaxy S7、vivo Xplay6等,相比几年前同样像素的手机在画质上有质的提升。所以,提升手机像素的单个像素面积成为近两年厂商们升级手机拍照素质的新潮流。
镜片越多过滤杂光能力越强
除了CMOS以及其像素密度外,手机镜头的镜片也是其画质好与坏的关键之一,通过观察在拍照方面有卓越表现的智能手机如iPhone 7、vivo Xplay6等我们不难发现,它们普遍采用了“6P”镜头,也就是装有6片透镜的镜头。
iPhone 7的6P镜片(图片来自网络)
如果说CMOS相当于眼睛的视网膜,那么透镜相当于眼睛的玻璃体,在拍照过程中光线透过透镜,多层的镜片会为CMOS过滤掉一层层的杂讯光线,使得拍摄出的照片更加纯净。目前大多数手机还依然是5P镜头,甚至还有4P镜头,在拍摄出的样张的纯净度、色彩还原方面相比6P理论上会有一定的差距,随着成本的降低,相信未来6P镜头将是主流。
5P镜片(图片来自网络)
不过事物发展总是有一定的限度,6P镜头已经可以充分满足手机过滤光线的需求,如果继续增加镜片数量会增加镜头的厚度,造成镜头模组凸起更加明显,所以在6P镜头的基础上提升CMOS、ISP、OIS防抖等是更为合理的提升镜头素质的方案。
光圈越大进光量越大
对光圈值的调焦是摄影中一个非常重要的技巧,但手机通常都是固定光圈值的,所以我们不用纠结这方面的调校问题。光圈的大小会影响进光量大小,在同等条件下,光圈越大进光量越大,大的进光量可以相应的提升快门速度,提升成像稳定性。
光圈直观图(图片来自网络)
另外,在进行微距拍摄时,更大的光圈可以带来更为出色的背景虚化能力,增强主体的表现力,观感上更加出色,目前手机中物理光圈方面最大的为三星Galaxy S7、vivo Xplay6、OPPO R9s等,光圈值为f/1.7,苹果iPhone 7为f/1.8。
大光圈效果(图片来自网络)
除了物理光圈外,当前流行的双镜头设计可以带来“模拟大光圈”的效果,如iPhone 7 Plus的“人像模式”,利用双镜头的仿生人眼特性,其等效56mm镜头强制进行2倍远摄变焦,实现距离被摄物体更近的效果,从而增强背景虚化的程度,而华为P9以来的黑白+彩色双镜头也可以实现该效果,虽然从真实度上还是不及物理光圈,但实际观感还是很不错的。
ISP的重要性越发突出
相比之前的CMOS、镜片等部分,手机内置的ISP((Image Signal Processing,图像信号处理器)对于很多用户来说应该比较陌生,继续按照刚刚的思路,如果说镜片类似眼球玻璃体,CMOS类似视网膜,那么ISP就相当于大脑中对于图像信息处理的一部分脑神经,帮助CMOS传感器实现最高画质。
高通骁龙820的ISP(图片来自网络)
具体的应用方面,ISP对于手机的自动对焦的对焦能力、支持的镜头数量、最大像素数量、人脸识别、场景白平衡、HDR等起着决定性的作用,也就是它很大程度上决定了手机拍照素质的上限。
逆光HDR照片需要出色的ISP(图片来自网络)
ISP根据形态一般被分为两种:集成式 ISP 和独立 ISP,一种是直接集成在手机CPU中的ISP,另一种自然就是类似电脑独立显卡的独立ISP模块了,理论上独立ISP性能要更强,但随着处理器厂商技术的发展差距已经很小了,如高通骁龙820的14位双ISP——Spectra ISP拥有每秒30帧速度零快门延迟、更高精度并拍摄高达2500万像素图像,采用该处理器的三星Galaxy S7系列在拍照方面的素质有目共睹。
采用独立ISP的产品比较典型的有采用双镜头的华为P9系列,由于麒麟955处理器中的ISP不支持双镜头,所以它采用独立ISP以实现其黑白+彩色双镜头的景深数据计算、照片合成等特色功能,值得一提的是,最新的华为P10采用了麒麟960中内嵌的ISP,再一次印证了集成与独立ISP已经不再有明显差距,更多的是根据不同的产品而分情况选择。
软件算法充分利用硬件才是王道
接上前面的ISP部分,手机拍照好坏的一个重要决定因素就是厂商对于CMOS、ISP等硬件的调校能力了,而这正是许多厂商看似强大的拍照硬件却总是拍不出好照片的原因,正如一锅顶级的食材,没有好的厨艺也做不出米其林三星水准,但厨师技艺优秀,普通的食材也可以做出色香味。
好的软件算法至关重要(图片来自网络)
虽然“算法”这个东西看不见摸不着,但它决定了相机的白平衡、HDR、曝光、对焦、快门速度等重要参数,双镜头甚至三镜头等复杂镜头组更是需要充分对ISP的性能进行调校才能发挥出最好的水准。如华为P9在当时的相机硬件并非最顶级,但其更加照顾视觉冲击力的相机算法,使得其每一张照片的色彩表现力都相当出色,但相应的在色彩和白平衡的还原方面就不像iPhone 7那样偏向于准确,所以算法也能体现一家厂商的成像特点,“德味”、“日系”这种词汇就是能体现不同厂商成像风格的词汇。
所以,一家能在软件算法方面下功夫的厂商,往往也具备着利用好顶级拍照硬件的实力,如三星Galaxy S7、华为P10、vivo Xplay6、iPhone 7 Plus等产品都是软硬件结合良好的典范。
机锋视角:从大方面来看,一张好照片能否拍出来,需要上面聊到的镜头、CMOS、ISP、算法等多种因素共同造就,非常考验厂商们的综合技术实力,正如上面所说,食材重要,厨艺也同样重要,而当前双镜头甚至三镜头等产品的出现往往也会让不少用户迷茫,其实窥其根本也同样离不开上述的几个因素,双镜头的出现也无非是为了增强对焦、虚化、焦距等相关参数,所以无论厂商们如何宣传,至少作为用户能在阅读本篇文章后,了解了相机成像的决定性因素,相信会对你未来选购手机带来很多帮助。
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