小米发布了一款有1亿像素的概念型手机,没错,是“概念型”。当然,这不是重点,重点是小米都1亿像素了,而今年的新款iPhone摄像头最高像素还是只有1200万,对比不可谓不强烈。
而三星虽然基础弱、入局时间晚,但凭借着自己在半导体产业的优势, 赶在2017年CMOS市场彻底爆发之前,推出了ISOCELL图像传感器直指索尼Exmor;2018年还推出了1600万像素ISOCELL Slim 3P9,不仅即插即用式,且支持四像素合一;今年又首发了6400万像素传感器GW1,以及推出1.08亿像素数图像传感器,最新的4370万像素传感器ISOCELL Slim GH1的单位像素更是只有0.7μm。
如此看来,在技术上三星似乎已经先于索尼了。但产品好不好,用了才知道。
像素飞涨的背后,是手机厂商急功近利了吗?可以看到,在拍照性能越来越受重视的当下,高像素已经成为了消费者购买手机的重要择选标准,几乎所有的手机厂商都在这方面卯足了全力。但其实早在2010年,乔布斯就曾表示,“许多手机厂商利用广大消费者对照片成像原理知识漏洞,在手机拍照上主打高像素,但手机拍照性能高低,像素只是影响要素之一而已。”
这里有个对比:
2011年小米发布旗下第一款手机时,后置的是800万像素摄像头,而它今年年初发布的小米9,后置主摄已经提升至4800万像素;同样在2011年苹果发的iPhone 4s后置的也是800万像素摄像头,但它刚刚发布的新机iPhone 11后置像素却只有1200万。而且从2015年iPhone 6s采用1200万像素摄像头至今,iPhone在这方面已经5年没有升级了。同样是8年时间,小米将像素提升了6倍,而iPhone只翻了一番,难道苹果不如小米?其实并不完全是这样。
摄像领域有句行话说,“底大一级压死人”,通俗解释就是“在像素相同的情况下,更大尺寸的传感器每个像素接收到的光线就越多,拍照效果则更好”。反映到手机摄像头上,就是CMOS面积越大,拍照性能越好。而iPhone摄像头像素5年没有变化,拍照性能却越来越好,就是因为在CMOS面积上做了多次升级。反应到摄像头外部特征上,最直观的便是光圈越来越大。
以前几代的iPhone为例,iPhone4/5使用的均是索尼IMX145,CMOS面积为1/3.2,单位像素为1.4μm;到iPhone 6s,使用的则是索尼为其全新定制的IMX315,CMOS面积为1/3,单个像素面积提升到了1.22μm,光圈为f/2.2;iPhone X的CMOS则最小为1/2.6,其中广角镜头光圈有ƒ/1.8。
也就是说,苹果一直在致力于提升单个像素质量,例如每个像素光线的摄入量以及色彩深度的协调性等。
而小米方面,从小米8到小米9,摄像头像素数直接从1200万翻成了4800万,但有知乎网友称,实际拍照效果却是小米9的涂抹感严重,锐度也不如小米8,在最新的DxOMark排名中,也仅为全球第七。
实际上,即便是全画幅相机,CMOS尺寸都至少是手机的10倍以上,更不用提包括富士、哈苏的等也都曾推出过像素仅有5000万的产品,手机摄像头一下子上亿级像素,确实有些匪夷所思。
当然,和像素一样,CMOS面积也仅是影响拍照效果的重要因素之一,提升拍照性能还有很多其他途径可走,比如一直卡在“4000万关口”的华为,就是在滤镜上下了很大的功夫。
像素之外,我们还能做些什么?今年3月,华为高调发布了一款号称可以“随手一拍,九天揽月”的P30手机,后置“4000万像素主摄 1600万超广角摄像头 800万长焦摄像头”,最大的亮点便是首创全新RYYB传感器设计,以黄色像素替换三原色中的绿色像素,进光量提升达40%,保证了暗光环境中的成像质量。而刚刚发布的Mate 30 Pro,也沿用了这一设计。
RYYB厉害在哪里呢,这里就先要说说拜耳阵列了。拜耳阵列是现代彩色数码摄影的重要传感器设计防水,是实现CCD或CMOS传感器拍摄彩色图像的主要技术之一。简单来说,它是一个4×4阵列,由8个绿色、4个蓝色和4个红色像素组成,也就是我们通常所说的“RGGB”。
但随着市场对摄像头拍照性能要求的提升,越来越多的人发现,在超高清或高清拍摄下,RGGB灰度解析能力不足的情况就被放大了出来,主要原因就是RGB三原色是加色法,对光的吸收较为局限。例如在拍摄高清纺织物时,因纤维之间的颜色差距较小,容易出现串色的情况。
而华为推出的RYYB滤镜,则是对红、绿、蓝三原色进行了重塑,用黄色替代绿色,即通过牺牲绿色进光量,提高黄色进光量,变相的增加了红色的进光量(黄色光是红色光和绿色光混合而成的),从而来提升摄像头弱光环境表现能力。反应到实际效果上,就是RYYB的进光量较RGGB提升了40%,P30在夜晚可以清楚的拍摄月亮就得益于此。
不过,一切创新性设计都需要强有力的解析技术支撑,这就涉及到处理器性能了。目前,高端移动SoC主要有三类:
高通骁龙800系列,目前已迭代至855 Plus,较855提升有限,大核提速到2.96GHz,被认为是5G过渡芯片;苹果A系列,目前已迭代至A13,采用第二代7nm制程工艺,单枚芯片拥有85亿颗晶体管,每秒运行次数达1万亿次,CPU采用的是“2个高性能核心 4个高效能核心”的组合,GPU为4核,功耗则降低了40%,NPU为8核;华为麒麟900系列,最新推出的为麒麟990,集成了103亿个晶体管,采用台积电7nm EUV工艺,并魔改架构为“双大核 双中核 四小核”。仅就当前来看,后两者的关注度比较高,反应到手机上,以解析难度较大的视频拍摄为例,iPhone 11Pro可以4K / 60fps,以及多个摄像头同时拍摄;而Mate 30则可实现4K HDR和4K延时拍摄,视频ISO达51200帧,支持7680 fps超高速视频拍摄。而拍照方面,防抖、AI虚化、景深、暗夜、微距、长焦、广角等均可实现。
此外,华为在ISP上也做了硬件升级,如最新发布的麒麟990中就采用了ISP 5.0,可实现实时多实例分割,在人脸检测场景下,微核能效提升达40%,且支持手机端BM3D单反级图像降噪技术和双域联合视频降噪技术。
当然,技术手段之外,直接叠加摄像头也是主要途径之一,不过如今手机后置最高已经提升至5摄了,就连当年坚持只做单摄的iPhone也推出了后置三摄,但如果以后手机会变成这个样子,“密恐患者”可能真的很难接受。
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