如何打造最好的手機相機?

拍攝效果作為目前手機的重要指標之一,已成為手機的必爭之地,蘋果與三星多年以來在最佳拍照手機的爭奪上日益膠著。從iPhone 4S採用800萬像素後置相機開始,蘋果在這一領域領先多年。當Android達到了驚人的2070萬像素,卻仍在成像效果上無法匹敵iPhone“僅有”800萬像素相機時,大家終於認識到影響手機拍照品質的不僅僅是像素。除了像素之外,影響成像品質的還有Sensor、鏡頭還有軟體演算法。三星在過去幾年一直在默默的提升軟硬體實力,隨著S6/S6 Edge及後續機型的推出,終於在拍照上扳回一城。

像素的迷思

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人們對像素等於拍照品質的誤解是有一定歷史原因的,當手機和PDA上剛剛出現相機的時候,只有區區30萬像素,成像品質確實比較糟糕。隨著技術的快速發展,手機像素一路飆升到誇張的4100萬像素(諾基亞808),其中有兩個比較明顯的跨越式發展,第一個是30-130萬跨越到320-500萬像素,這基本上是一個從“無”到有的過程,手機拍照成為了真正有實用意義的功能,但此時的拍照效果仍差強人意,隨身攝影仍是數位相機的天下。第二個跨越是從500萬跨越到800-1300萬,手機拍攝效果進一步提升,以iPhone為代表,在很多場景中手機已經可以取代數位相機。在這兩個跨越中,像素的提升起到了很大的作用,因此才給廣大用戶留下了一種高像素=高畫質的錯誤印象,比如SONY的Z3,擁有2070萬像素的相機,但實際的拍照品質卻……當然,我們並不是說高像素沒什麼用,高像素確實會帶來更好的解析力、更多的細節和更大的圖像尺寸,這在Note5與iPhone 6的對比中盡顯無疑。但畫質的好壞不是由單一因素決定,而是由像素、Sensor面積、鏡頭、後期算法共同決定的,下面就繼續來探究其他幾個因素對成像品質的影響。

Sensor面積

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我們都知道,無論數位相機還是手機,決定成像品質最為重要的一部分就是感光元件,感光元件主要有兩種,CCD和CMOS。其中CCD成像品質較佳,但製程複雜成本高,耗電也高於CMOS,並不適合在行動設備上使用,除了早期夏普的一些機型,已經很少能見到採用CCD Sensor的手機了。 而CMOS Sensor:單位像素面積越大,成像效果越好。 1/3.06英寸作為手機Sensor的主流尺寸,單位像素面積約為1微米,大於這個尺寸的,我們就可以稱之為“大底相機”。但在同等像素數目下,單位像素面積越大,感光元件的面積和厚度就越大,所以Sensor面積對會影響到手機的厚薄與體積。因此各大手機廠商都在像素、Sensor體積和畫質之間尋找一個合適的平衡點。

 

鏡頭組的秘密

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對於手機相機通常有兩個比較重要的參數——光圈和廣角。其中廣角與焦距成反比,廣角越大,焦距越短。而焦距與鏡頭厚度成正比,即焦距越短,鏡頭模組厚度越小。所以大廣角除了能帶來更廣的視角更大的拍攝視野外,還能降低鏡頭模組的厚度。但越是大廣角的鏡頭,光學設計就越複雜,需要採用非球面鏡片和高折射率的玻璃來糾正畸變和像差。因此手機上常見的廣角多為35-28mm。

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除了焦距之外,另外一個比較重要的指標就是光圈了。與相機的鏡頭類似,光圈數值越小,則光圈較大。由於體積和硬體結構的限制,手機鏡頭的光圈都是固定的。如果其他條件相同,則光圈越大,可以達到Sensor的光線也就越多。在弱光環境下,大光圈的畫面亮度也就更高。目前拍照比較好的手機光圈一般都達到了F/2.4以上。

除了夜拍效果更好之外,大光圈的意義還在於更大的進光量可以提高快門速度。我們舉個例子,拍攝同一張照片,需要一個固定數值的進光量,用大光圈的鏡頭,我們以1/22秒的速度就能完成拍攝。而小光圈的鏡頭,想得到同樣的進光量,就要延長曝光時間,在這個過程中如果您的手不小心抖了一下,那麼不好意思,照片花掉了。更快的快門速度,更快的抓拍速度,這也真是大光圈的另一大意義所在。

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數位相機的鏡頭是由多片鏡片共同組成的,根據功能和作用又會分為不同的鏡頭組,我們舉一個例子,一個鏡頭有7組9枚鏡片,既這款鏡頭共有9枚鏡片,這9枚鏡片又分為7個鏡頭組。現在手機的鏡頭組通常為4片、5片或6片,其中5片通常標為5P,6片則為6P。採用5P或6P鏡頭的機型往往會被廠商拿來當宣傳噱頭。理論上由於不同的廠商、不同的產品採用的技術是不同的,因此不能單純以鏡片數和鏡頭組來判斷鏡頭的素質。

除了鏡片數之外,鏡片的材質也很重要,鏡片通常分為玻璃與塑膠兩類,玻璃的透光率更佳、光學性能更好,成像質量上有更大優勢。但玻璃透鏡的成本較高,可塑形能力也沒有塑膠強,因此除中高階機型或一些以拍照為主打功能的手機外,不少手機採用了成本相對低廉的塑膠鏡片組。

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而商家在宣傳中的的藍寶石、大猩猩玻璃鏡頭,大多數上只是鏡頭的“保護玻璃”,表層材質的硬度只決定了鏡頭抗磨損能力,對畫質並沒有提升作用。比如iPhone 6採用的藍寶石鏡頭,實際上只有最外層的​​保護玻璃為藍寶石材質。

 

軟體演算法的重要性

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除了硬體上這些影響外,廠商對相機的的優化,也就是相機的演算法,對於成像品質來說也是非常重要的。SONY作為目前最重要的手機相機生產商,為多家手機製造商提供相機,被廣泛的應用於包括蘋果、三星、華為、小米等諸多廠商,但採用同一型號相機的不同機型在成像效果卻有很大差異,這便是廠商在相機優化和算法的“軟實力”的差距造成的。以上圖為例,iPhone在色彩和白平衡的準確度上的進步有目共睹。我們可以看到iPhone早期機型上色彩明顯偏暖色,在4S之後,色彩偏向於真實。下面我們以國外媒體的iPhone歷代拍攝效果為例解讀一下演算法的差異。

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首先,4在白平衡出現了問題,並沒有切換到人像風格上,色彩比較詭異,但這也同時說明了一個問題——白平衡對於一張照片的重要性。即使一台手機配備了再好的相機組件,但你的軟體演算法上出現問題不能準確的判斷白平衡,那麼再高的像素也只能拍出這樣詭異的紫色皮膚。排除4代的​​範例外,我們可以看到現在iPhone相比早期機型,整體色調更加偏暖,膚色也更加偏紅。與此同時亮度優化也不斷進步,背景越來越明亮,對比度也有一定提升。

 

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在夕陽的對比中,我們可以看到圖像的品質有著明顯的改善,在早期機型拍攝的範例中,我們看不到夕陽的痕跡。以4S為分界線,之後的機型在水面的亮度上有著明顯的提升,3GS和4的水面亮度偏低,損失了很多細節。在像素不變的前提下,6相比5S在細節上也有一定的提升,這便是演算法上帶來的提升。

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在較弱光條件下,5S和6相比前幾代機型有了明顯的進步,畫面亮度較前幾代機型提昇明顯。 3GS、4、4S在白平衡上明顯有些偏差,畫面明顯偏黃,這方面5S和6已經非常準確。除此之外,在放大的範例中,iPhone6​​的表現非常出色,控噪水平相比5S有了不小的提升,這也正得益於蘋果日益精湛的演算法。

好了,我們今天的科普到這裡就結束了,看到這裡,大家是不是對影響手機拍攝效果的因素有了一個清晰的了解。高像素不一定能帶來高畫質,演算法也不能彌補一切,只有軟硬皆施,在像素、Sensor、鏡頭、後期演算法上面面俱到,才能真正做出一台完美的相機,這也正是三星和蘋果在拍照上長期保有優勢的原因。

 

出處:雷鋒網

作者:王昊

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