手機(jī)攝影技術(shù)發(fā)展史

• 2018年7月23日 ZhangHongYuan來(lái)源：新浪科技 260 9
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  2018-2023年中國(guó)萬(wàn)用手機(jī)測(cè)試儀行業(yè)供需趨勢(shì)及投資風(fēng)險(xiǎn)研究報(bào)告

  隨著萬(wàn)用手機(jī)測(cè)試儀行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，大型企業(yè)間并購(gòu)整合與資本運(yùn)作日趨頻繁，國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的萬(wàn)用手機(jī)測(cè)試儀企業(yè)愈來(lái)愈重視對(duì)行業(yè)市場(chǎng)的分析研究，特別是對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境和客戶需求趨勢(shì)變化的深...

如今手機(jī)拍照 18 歲了，小編梳理了手機(jī)攝影技術(shù)的發(fā)展史，看看這個(gè)剛剛成年的小伙子在自己的青春時(shí)代都學(xué)會(huì)了一身怎樣的本事。

索尼 XperiaZ1 裝載了索尼 G 鏡頭，內(nèi)置 1/2.3 英寸 2070 萬(wàn)像素傳感器，以及移動(dòng)版 BIONZ 影像處理器。擁有 F2.0 大光圈 27 毫米廣角鏡頭，能夠在弱光條件下獲得更好的照片效果。

而根據(jù)專業(yè) DxOMark 的評(píng)價(jià)稱，索尼 XperiaZ1 在曝光、白平衡、室外拍攝、色彩還原、降噪性能等一系列指標(biāo)上表現(xiàn)異常出色，同時(shí)其自動(dòng)對(duì)焦性能非?？焖俸透蓛衾?，在智能手機(jī)中也首屈一指。

前有高像素后有大像素：HTC

其實(shí)高像素也并不是手機(jī)攝像追求的唯一話題，在原本就有限的體積內(nèi)，塞入更多的像素，成像質(zhì)量未必會(huì)好。在這種情況下，個(gè)別廠商開始在增大單像素尺寸，其中最激進(jìn)的非 HTC 莫屬了。

如果將有限的體積比作一個(gè)盤子，高像素就是往盤子中放紅豆，通過(guò)數(shù)量增多形成像素更高的像素。而 HTC 的做法則是放入大棗，減少像素?cái)?shù)量增大單個(gè)像素點(diǎn)大小，讓單個(gè)像素?fù)碛懈叩倪M(jìn)光量，以此獲得更優(yōu)秀的夜間拍照體驗(yàn)。

HTC Ultrapixel 技術(shù)即是如此，其最大的特點(diǎn)是擁有 2μ超大像素，感光率比普通手機(jī)攝像頭的高出 300%，進(jìn)光量是當(dāng)時(shí)多數(shù)手機(jī)的 3 倍。然而遺憾的是，同樣因?yàn)楦呦袼爻叽?，使其攝像頭的像素?cái)?shù)量?jī)H有 408 萬(wàn)。實(shí)際拍攝效果慘不忍睹，無(wú)論是顯示器觀看還是打印照片都有 “馬賽克” 現(xiàn)象。

HTC 的想法其實(shí)并沒(méi)有錯(cuò)，可是怎奈當(dāng)時(shí)的科技與研發(fā)還沒(méi)有更深入。近年來(lái)，隨著傳感器與軟件技術(shù)的逐漸完善，大像素又被人重新提起。谷歌 Pixel、三星 S7 以及更多的國(guó)產(chǎn)廠商都加入其中，1.4μm、1.55μm 甚至更大的單位像素都開始冒出來(lái)，不過(guò)他們實(shí)際拍攝效果要比 HTC 好太多了。

拍照重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)梗篖G G3 & 三星 Galaxy S5

G3 作為 LG 的旗艦產(chǎn)品在 2014 年被推到市場(chǎng)，在這個(gè)階段大家更注重拍照的像素，1300 萬(wàn)乃至 2100 萬(wàn)、4100 萬(wàn)像素的手機(jī)都陸續(xù)上市，但消費(fèi)者對(duì)像素追求的心已經(jīng)被各大廠商刷的不再那么敏感。這個(gè)時(shí)候 LG 就將拍照的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了對(duì)焦的升級(jí)，G3 就帶著激光對(duì)焦的傳感器而來(lái)。

G3 搭載了傳感器會(huì)從和攝像頭同側(cè)的一個(gè)窗口中發(fā)射出一道錐形激光光束，不斷的反復(fù)根據(jù)激光反射回來(lái)的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷物體的距離，繼而完成對(duì)焦。該技術(shù)使對(duì)焦速度達(dá)到 276 毫秒，甚至比人眨一下眼還要快。

并且，由于它采用主動(dòng)發(fā)射的對(duì)焦技術(shù)，所以在暗光環(huán)境下，也能帶來(lái)迅速準(zhǔn)確的對(duì)焦體驗(yàn)。同時(shí)也配備了完整專業(yè)的光學(xué)防抖系統(tǒng)，消費(fèi)者舉起手機(jī)拍照的場(chǎng)景和欲望又得以加強(qiáng)了。

不過(guò)它也有個(gè)弊端，就是因?yàn)榧す獍l(fā)生的功率有限，所以只能對(duì)焦近處的物體。

在 2014 同年的 MWC 大展上，三星也發(fā)布了自己的旗艦 Galaxy S5。與 LG 不謀而合，三星這次也將手機(jī)拍照的重心轉(zhuǎn)向了對(duì)焦，在 Galaxy S5 上次搭載 PDAF 相位對(duì)焦技術(shù)。其可以采用的圖像傳感器，感光區(qū)域中的部分像素點(diǎn)被犧牲掉，這些像素被稱為掩蔽像素(Masked Pixels)，是成對(duì)使用的。像素之間的距離、結(jié)合它們的相對(duì)變化，就可以幫助系統(tǒng)決定鏡頭到底需要為準(zhǔn)確對(duì)焦而移動(dòng)多遠(yuǎn)。

其實(shí)手機(jī)中的 PDAF 相位對(duì)焦技術(shù)，就像我們?nèi)祟惖碾p眼，利用實(shí)際視覺感受就可以判斷物體的遠(yuǎn)近。有了 PDAF 技術(shù)就不會(huì)像傳統(tǒng)反差對(duì)焦一樣，來(lái)回調(diào)整焦距(俗稱拉風(fēng)箱)才能斷定正確的焦點(diǎn)了?？傊?，這一技術(shù)可以顯著提升對(duì)焦速度。后來(lái)蘋果也在 iPhone 6 上搭載了這一相位對(duì)焦技術(shù)，名叫 Focus Pixel。

雙攝讓手機(jī)攝影全面提升：iPhone Plus & 華為

在諾基亞沒(méi)落以后，蘋果用 iPhone 扛起了手機(jī)發(fā)展的大旗，一代代的 iPhone 迭代總會(huì)讓人看到更新的未來(lái)，在手機(jī)攝影上也不例外，iPhone Plus 機(jī)型讓我們看到了雙攝的另一種用法，讓雙攝從 3D 的歧途回歸正軌。

雙攝的優(yōu)點(diǎn)在低光成像和景深效果上優(yōu)化全面，讓很多廠商趨之若鶩。 雙攝之所以會(huì)流行，最主要的原因就是因?yàn)橥ㄟ^(guò)算法，它可以為我們的拍照帶來(lái)類似大光圈拍照的背景虛化效果。目前市面上的主流雙攝方案，可以大致分為四種：景深雙攝、黑白 + 彩色雙攝、超大廣角 + 普通雙攝以及廣角 + 長(zhǎng)焦雙攝，其中最典型的就是蘋果與華為的雙攝解決方案。

而蘋果就是通過(guò)采用兩個(gè)不同焦距的攝像頭，使其實(shí)現(xiàn) 2 倍的光學(xué)變焦能力。并且通過(guò)雙攝算法，使 iPhone 也有自己的大光圈模式。擁有了硬件上的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，蘋果再結(jié)合自己優(yōu)秀的算法，自然而然就得到了更好的拍攝效果。

與蘋果的雙焦段鏡頭不同，華為采用的則是黑白彩色雙攝的解決方案，黑白攝像頭由于去掉了色彩濾光片，所以像素接受光的能力更強(qiáng)，能夠帶來(lái)細(xì)節(jié)更豐富銳利的畫面，而通過(guò)算法，使它和彩色攝像頭的色彩信息相結(jié)合，從而保留了兩個(gè)攝像頭的優(yōu)點(diǎn)。并且支持大光圈模式。

在最新發(fā)布的 P20 Pro 上，華為更是 “喪心病狂” 的用上了三攝的方案，在原有方案基礎(chǔ)上增加了一個(gè)長(zhǎng)焦鏡頭，從而讓自家產(chǎn)品也有了光學(xué)變焦的能力。并且，現(xiàn)在華為的軟件層面其實(shí)并不比蘋果差，各種面對(duì)小白與專業(yè)攝影愛好者的功能層出不窮，滿足了不同階段用戶的需求，在市場(chǎng)中獲得了不錯(cuò)的口碑。

從卡爾 · 蔡司到徠卡，為什么手機(jī)攝影總喜歡傍大腿?

從諾基亞與卡爾 · 蔡司，到現(xiàn)在華為與徠卡、OPPO 與施耐德，為什么手機(jī)廠商總會(huì)在自己的攝像頭上加上這些相機(jī)廠商的認(rèn)證?他們之間到底是怎樣的關(guān)系?

其實(shí)卡爾 · 蔡司、徠卡以及施耐德這些廠商，在相機(jī)領(lǐng)域都是大名鼎鼎處于金字塔最頂尖的位置，手機(jī)廠商與其合作也是無(wú)可厚非，通過(guò)他們強(qiáng)大的技術(shù)底蘊(yùn)對(duì)自己的攝像頭、色彩以及虛化等方面進(jìn)行調(diào)校。

這里有個(gè)誤區(qū)，并不是打上這些 LOGO 就是他們生產(chǎn)的鏡頭，而是由其他廠商代工的，在設(shè)計(jì)好樣品之后送到鏡頭廠商那邊，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，修改好一些不符合標(biāo)準(zhǔn)的地方，最終合格的鏡頭就會(huì)打上其 Logo，以證明該鏡頭達(dá)到了該廠商的標(biāo)準(zhǔn)。

其中最成功的就屬?gòu)瓶ㄅc華為之間的合作，本來(lái)徠卡在攝影圈無(wú)人不曉，但對(duì)于大眾消費(fèi)者來(lái)說(shuō)則比較陌生，憑借華為的產(chǎn)品，徠卡得到了更高的認(rèn)知度。而華為呢，則是大量使用徠卡的獨(dú)家技術(shù)，例如 Summilux 光學(xué)結(jié)構(gòu)、色彩控制算法以及各種光學(xué)控制數(shù)據(jù)等，得到了更加完美的手機(jī)攝影優(yōu)化方案。

手機(jī)攝影未來(lái)還有廣闊天地：硬件與 AI

手機(jī)作為一個(gè)移動(dòng)終端，小巧輕便是它的必備屬性，這個(gè)特點(diǎn)也限制了它在拍照硬件上的大小。上面這張圖就可以清晰表現(xiàn)手機(jī) CMOS 與相機(jī)之間的差距。

隨著技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)的 CMOS 也在日益增大，例如 1/1.7 英寸級(jí)的 CMOS 如今成為手機(jī)攝像頭傳感器的新選擇。而更多手機(jī)也用上了 1/2.3 英寸級(jí)的傳感器。這些傳統(tǒng)卡片 DC 相機(jī)使用的傳感器，已經(jīng)成為了新一代拍照手機(jī)的選擇。

除此之外，索尼作為手機(jī) CMOS 最大的上游供應(yīng)商，也研發(fā)出了堆棧結(jié)構(gòu)的 CMOS。它在傳統(tǒng)的感光層與底部電路之間增加了一層 DRAM 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，從而讓感光元件具備短時(shí)間拍攝大數(shù)據(jù)量影像的能力。比如 1 秒鐘能錄 960 幀 720P 分辨率的視頻，正常視頻可以進(jìn)行 32 倍的慢放處理。

當(dāng)然，手機(jī)攝影硬件也不止 CMOS 單一一項(xiàng)那么簡(jiǎn)單，包括電子光圈、鏡頭結(jié)構(gòu)以及變焦方案等等方面都會(huì)成為硬件限制發(fā)展的門檻，面對(duì)這些問(wèn)題的解決，我們也將看到未來(lái)手機(jī)攝影更好的發(fā)展。

除了硬件上的提升外，拍照功能搭配軟件輔助已經(jīng)不是什么新鮮事了，雙攝方案下的虛化算法算是先行軍，而后像華為的夜景降噪、AR 萌表情以及各種美顏算法，都是基于軟件層面對(duì)手機(jī)攝影的更深入探討，這些功能不單能彌補(bǔ)手機(jī)攝影的不足，也能提高消費(fèi)者的可玩性。

在未來(lái)的手機(jī)發(fā)展中，手機(jī)攝影與 AI 相結(jié)合是一個(gè)必然的趨勢(shì)。利用 AI 算法識(shí)別拍攝場(chǎng)景，優(yōu)化手機(jī)拍攝參數(shù)這已經(jīng)是小 Case，眾多廠商目前已經(jīng)都有相應(yīng)技術(shù)公布。而大熱的美顏?zhàn)耘木透挥锰崃?，其中以美圖為代表的超強(qiáng)補(bǔ)償算法深的各路小姐姐們的喜愛，現(xiàn)在甚至能視頻動(dòng)態(tài)美顏。

但更深入的 AI 應(yīng)用將會(huì)更多，舉個(gè)例子，在一個(gè)美麗的戶外風(fēng)景，AI 會(huì)通過(guò)定位、時(shí)間以及以往用戶在此地的拍攝習(xí)慣，為消費(fèi)者進(jìn)行拍攝教學(xué)，給出最佳拍攝時(shí)間、拍攝參數(shù)以及拍攝角度等信息。還有就是 AR 的實(shí)際使用，通過(guò) AI 進(jìn)行動(dòng)態(tài)捕捉、環(huán)境重造，未來(lái)的某一天也許你可以足不出戶用手機(jī)拍遍世界任何一個(gè)角落。

通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，未來(lái)手機(jī)攝影將會(huì)提供給我們更加優(yōu)異的拍攝效果，并且滿足小白與專業(yè)攝影師兩方面的需求，這也成為現(xiàn)在各家手機(jī)廠商追逐的目標(biāo)和賣點(diǎn)。

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