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手机技术升级与创新拍照篇
手机技术升级与创新拍照篇
来源:TGBUS原创作者:瓶子哥2020-01-25 01:20
智能手机的相机里普遍被打了“鸡血”,无论是纸面参数还是技术格局都以火箭式的速度持续飙升。

中国有句老话:三十年河东,三十年河西。作为今年最新鲜又最热门的名词,5G,它不仅仅是一种技术,更是一个时代。在5G的趋势下,智能手机品牌再也没有“帝国之说”,却有沦为“时代背景板”,品牌退化的覆辙。前沿技术的井喷式爆发必将引领消费的升级与消费者意识的觉醒,他们对品牌的认知不再盲从,并且具有极强的“社交口碑驱动”属性。厂商们开始面临“新消费时代”的考验,能否及时洞察到用户的需求并满足的它们,将会是一个手机品牌乘风直上,亦或是坠入深渊的重要分岔路口。受趋势变革的影响,对于某些品牌来说,“转型”已经到了关乎生死存亡的地步。

随着品牌“转型”带来的革新,一定程度上可以激发人们的换机欲望,而身为手机的制造商,若没有技术与研发的根本基石,所有的“转型”计划必然都是南柯一梦。外观设计、硬件参数、相机功能、充电续航……

那么在2019年末我们就为大家来盘点一下,今年的手机厂商们,在技术与产品方面,都出现了哪些改变,今天瓶子哥就为大家带来【拍照篇】的内容。

一亿、一组、一张图,变焦、变亮、变清楚

微博微信短视频,博主po主UP主,移动互联网的出现加速了各渠道信息间的交换与传递,每个人都是话题的发起者,每一台智能手机都成为了内容的产出源。随时随地的分享自己或他人的身边事,已经成为不少人的生活习惯,社交圈子也是在这过程中慢慢建立起来的,5G的到来势必会强化这种态势,这也是为什么越来越多的消费者开始关注手机拍照功能的原因,同时新时期的女性和年轻的“千禧一代”逐渐成为了智能手机消费市场的中坚力量,他们都有一个共同的特点就是:不满足于对手机基础性能的追求,更加在意拍照方面的品质与体验,所以今年“得相机者得天下”成为了智能手机消费领域的一大趋势,各种具有划时代意义的相机参数和技术功能接踵而至,华为、小米、vivo、oppo等大厂纷纷趁势推出具有相机优势的年轻产品线。接下来我们就逐一为大家剖析2019年的智能手机在拍照方面都经历了哪些蜕变。

首先是后置镜头的数量上,今年单摄和双摄镜头的手机产品越来越少,除了游戏手机和入门机还有在坚持外,基本上三摄起步的“多摄镜头组”占据了智能手机后置镜头的半壁江山。年初的3摄、年中的4摄、年末的5摄,这一年镜头数量的走势很神奇的凑成了“勾股数”。一枚两枚的量词已经不适合描述现在的手机镜头个数,“一组”成为了业内最流行的新镜头形容词。

随着镜头数的增多,如何将量的优势转化为产品胜势的问题,打开了各厂商设计师们的脑洞。首先从外形上来说,今年的多摄手机一般都会选择“1”字纵向排列的方式,把镜头和闪光灯们铺展开来,但是华为Mate20竟然从“浴霸”中获得了灵感,将手机背面挖出了一个小方框,后置三摄和一枚闪光灯就这么按照“浴霸”的样式被放在了手机背面。这种设计一经亮相不仅引得了消费者们的广泛讨论,同时也在行业内打开了一扇新世界的大门,此后HUAWEI Mate 30 RS 保时捷、苹果的iPhone11系列、Google的Pixel 4系列都争相采用了类似的设计,大胆创新又个性。

有人玩儿“新设计”,自然就有人搞“复古”。6年前诺基亚Lumia 1020背着一块儿超大的“奥利奥”,亮爆了当时所有人的眼球,今年这股“奥利奥之势”卷土重来,不少产品都刮起了“文艺复兴”的风潮。HMD推出的诺基亚6.2、诺基亚7.2、vivo NEX 3系列、华为Mate 30系列和一加7T系列都重新启用了这种“环形相机”的设计,比最早的“奥利奥”更加酷炫好看,机身的矩形中塞入了一个环形,设计语言上的错落感和破坏感,“打醒了”不少因为审美疲劳而混混欲睡的眼睛。

标志性的品牌特色同样能够感染到相机的布局,就像三星的Galaxy S10系列以及外观篇提到的Galaxy A80、LG G8 ThinQ系列和LG V50 ThinQ系列,非常少见的“横向排列”镜头是它们四位共同的特点,难怪现在的横板设计看上去都带有一股浓浓的“韩式风味”。

其实还有一类“不走寻常路”的相机设计,就像今年的诺基亚9和最近新发布的vivo S5。怎么说呢,vivo S5是将“浴霸设计”转了个45°,于是就从硬核商务变成了软萌青春;我们这里要“点名批评”诺基亚9的“花洒式”后置五摄,这个排列方式密集恐惧症患者真的“当场去世,毫不犹豫”。

外观只是影响手机后置镜头排列的一部分原因,选择怎样的设计最终还是要取决于手机的内部构造。随着手机机身越做越薄,内部空间自然是被挤压的越来越少,但要放置进去的元器件数量却是“不降反增”,所以只能想尽一切办法优化空间,去“腾出”空位。这就决定了后置镜头的排列不能随意而为,必须以“大局为重”。但是实际“优化”起来又谈何容易,手机的前置镜头位置,要塞的东西越来越多,除了前置镜头,还有各种传感器、听筒、红外镜头等等,再加上今年手机的后置镜头数量越来越多,空间就变得来越来狭小。以Galaxy S10为例,熟悉Galaxy S家族的朋友们都知道,该系列在后置相机上始终遵循对称式的设计,S10的“横向对称式”后置相机会占用更多PCB主板的空间,为了给镜头组腾地方,这款产品不得不采用L型的PCB主板,将CPU、内存和闪存等芯片安置在电池旁边的拐角部位。所以后置镜头造型的拍板,多半都是“芯片”和“镜头组”谁给谁让位置的结果。

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后置多摄的镜头数量优势,帮助不同的手机产品在相机镜头的组合方面玩儿出了不少新花样。今年主流的智能手机普遍都会选择“2+N”的后置相机搭配,即“高像素的超清主摄+宽视野的超广角副摄+1枚到3枚功能型辅摄”。辅助镜头的种类也是因产品定位而互不相同,深感镜头、黑白镜头、长焦镜头、虚化镜头、人像镜头等等等等,这些迥异的镜头,极大的拓展了后置相机的功能性,覆盖到我们日常生活中使用场景的面更广,实用性和之前相比不可同日而语,从更深层面的意义上来说,手机摄影迈向专业化领域的进程又加快了不少。

今年手机的后置主摄纷纷迈入了4800万像素的大关,以imx586最广为人知,大家只要一听到4800万像素,就会条件反射的想到imx586。不过4800万像素可不止它“一家独大”,师出同门的imx582还有竞争对手三星的GM1、GM2同样都是身携“4800万”的像素大户。

早在去年imx586对外公布后不久,就有不少业内人士断言它会成为今年旗舰机标配的镜头,果不其然,从年初一路到年尾,这枚镜头基本没有缺席过各品牌的旗舰发布会。它最大特点就是能够直出4800万像素的的照片,而非以往通过插值来实现。业界顶尖的“Quad Bayer 阵列”是这枚镜头的制胜法宝,不同于经典的Bayer阵列是以2x2共四格分散RGB的方式成像,Quad Bayer 阵列扩大到了4x4,并且以2x2的方式将RGB相邻排列,IMX586传感器在进行拍照工作时,Quad Bayer 阵列会让每一个像素点就近计算周围的颜色,并且通过独立的信号处理变换像素结构,从而实时输出4800万像素的高清照片。换句话说,IMX586的4800万个感光单元每个都能独立显示并且输出数据,4800万像素的照片是硬件直出的,无需软件插值。

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这也就好解释了为什么今年的一些手机产品会将“4800万像素”直出作为手机的卖点,不是因为手机本身的“黑科技”成就了4800像素直出,而是因为imx586本身就自带这种特性。同时F/7.1的大光圈、1/2.0英寸的大体积传感器,还有四合一像素聚合技术等优秀条件的加持,更广的实用性成为了让厂商省心、让手机放心的一劳永逸的选择,总之选它总不会错。

三星GM1同imx586相比就有点底气不足的意思了,首先它的4800万像素本质上还是1200万像素,即便手机本身可以输出到“4800万像素的照片”,但也是通过“AI”的方式来实现的。和imx586的“Quad Bayer 阵列”不同,GM1虽说也将阵列扩大到了4x4,但是每个2x2的阵列都只能识别同样的颜色,并且不能单独作战只可一起输出数据。

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三星官网披露的参数更加印证了这一点,从GM1的规格表中我们可以看到,其分辨率为4000×3000,也就是1200万像素,所以综上,GM1硬件输出的照片其实跟1200万传感器输出的照片没有什么本质区别。

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或许三星意识到了“插值像素”的尴尬,所以它不久之后推出了GM1的升级版GM2。根据三星官方的介绍,GM2 尺寸为 1/2.25",单个像素大小为 0.8μm,但其采用了 Tetracell 技术,能够将四个相邻像素合并成一个大像素来显著改善弱光环境下的感光性,有助于在暗光下生成亮度较高的照片。同时,GM2 还借助智能 WDR 功能,在一次拍摄中进行多次曝光,从而让亮区和暗区都呈现更出色的细节。另外,GM2 还支持 ISOCELL Plus 技术,增加了光线敏感度和色彩保真度。不过最最最最最值得注意的是,GM2 的具体参数中的分辨率一栏只出现了 8000X6000 (48M) 一个规格,这就意味着GM2将真真正正的支持直出4800万像素的照片,三星“亡羊补牢”,终于补上了“童叟无欺”的4800万像素。

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imx582其实更像是imx586的替补,它本身和imx586的差别是非常微乎其微的,拍照方面只是缺少了3-HDR(单帧HDR)的功能,通过ADRC(ADRC全称auto dynamic range control,是高通平台提供的一个模块,原理是通过软件算法实现高动态)来补足,体验和成片上差异不大。所以像小米cc9e才会使用它来做“二供”,弥补imx586供货上的不足。

看完这四款镜头的介绍,是不是觉得主流机型上4800万像素已经非常顶尖了,但是别忘了我在像素篇开头的用词“迈入了4800万像素的大关”,“迈入”只是底限,而非今年手机像素的上限。在4800万像素量级的比赛中,三星GM1被索尼IMX586完胜已经成为定局,奈何三星作为全球顶尖的手机镜头元件制造商,早就准备了后手。5月9号,三星突然宣布,全新的6400万像素CMOS——GW1正式出道。它没有继续选择留在4800万像素的区间和索尼硬碰硬,转而用更高像素的新镜头实现了“弯道超车”,很多朋友看到这条消息纷纷表示:喵喵喵?我手里的4800万像素镜头还没捂热,6400万像素的时代就要来了?!Jesus !

规格方面,ISOCELL Bright GW1(简称三星GW1)拥有1/1.7英寸的大底,支持6400万像素硬件直出的高清成片,单位像素面积为0.8μm,可输出分辨率达到了9280*6944,是目前三星0.8μm像素图像传感器阵容中的最高分辨率。和GM2同样都支持Super-PD对焦技术,通过四合一“Tetracell”技术,将6400万像素合成1600万像素图片;该传感器可实现高达100dB的实时高动态范围,传统CMOS动态范围通常为60dB左右,而标准人眼的动态范围一般为120dB左右,GW1的宽动态范围比较下来可以说是非常暴力的,这意味使用HDR拍照后,照片拥有更加丰富的色调,色彩表现更加鲜艳讨喜。

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更高的像素,意味着拍照时更大的照片尺寸和在后期处理时更广阔的剪裁空间。从三星Galaxy A70s、vivo NEX 3 5G、realme XT(印度发售)、realme X2、realme X2 Pro、Redmi Note 8 Pro、OPPO K5等搭载了GW1的机型上来看,6400万像素的超高解析力确实为他们的拍照功能带去了不少的优势,只是“这匹小野马驹”目前厂商们普遍还没有将其驯服,高像素在也拍方面的高噪点问题是所有搭载了这枚镜头手机产品的通病。

没抢到6400万像素首发的小米决心玩儿个大的,和三星一起在6400万上再加码,两者合作研发的“ISOCELL Bright HMX”1.08 亿像素传感器于9月24日献身于小米MIX Alpha概念机上。1.08 亿?这说破一亿就破一亿了?业内不沸腾了,直接炸了!不过大家觉得毕竟是概念机,“PPT一亿”可以理解,淡定淡定,可是小米却没有给竞争对手任何喘息的机会,“ISOCELL Bright HMX”1.08 亿像素传感器马上就投入了量产,搭载该传感器的小米cc9 Pro问世了。如果说MIX Alpha的亮相是“镜中月,水中花”,那么小米CC9 Pro的1亿像素就是实打实的“真金白银”,这也同时意味着,亿级传感器的相关技术已经足够成熟。

技术方面,这枚SENSOR支持Remosaic硬件直出的1亿像素超高清照片,并带有OIS光学防抖、激光对焦等功能,拍出的照片分辨率为12032×9024,尺寸高达1/1.3英寸。恐怖的解析力带来的是画面内容和细节的激增,从它40MB左右的图片储存体积就能最直观的展现出1亿像素直出的成片画面容量之大,小米CC9 Pro凭借着它也一举拿下了DxOMARK排行榜的冠军。

当然并非所有的厂商和机型都靠“无脑”的堆像素作为卖点。今年iQOO机型上比较常见的IMX363,以及华为向索尼独家定制的IMX600和IMX650都没有达到4800万像素的标准,但是前者通过出色的算法优化,后者通过“底大一级压死人”的高CMOS尺寸,依然可以和imx586打的有来有回。

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还有今年三星的S和Note系列旗舰,以及iPhone11系列依旧采用了自家和LG的1200万像素的主摄,不过这属实不影响它们在拍照方面的优异表现,Note 10 Plus 5G甚至还登顶过DxOMARK榜的榜首。雷军曾经说过(虽然现在自己打脸了):像素呢,不是越大越好。具有1200万像素摄像头的智能手机实际上可能比拥有4800万像素摄像头的智能手机拍摄更好的照片,无论相机使用者的技术如何。三星和苹果比起像素,更加在意的是单个像素的大小,俗话说,手机相机CMOS的整体尺寸大小是决定拍照质量的核心因素,再搭配上两家多年来对于传感器和光圈的调教选择,它们的相机素质和成片质量往往能让用户忘记这是一颗只有1200万像素的镜头。

说完了像素,今年部分高端机型的主摄在“镜头”本身方面也有不小的提升。小米9透明尊享版率先成为了全球首款采用7P镜头的手机,之后一加7T Pro、小米cc9pro也纷纷效仿、小米cc9pro尊享版更是使用了目前良品率最低的8P镜头。

7p镜头是由7片塑料镜片组成,因此就称其为7P(Plastic)镜头,而假如镜头由7层塑料镜片+1层玻璃镜片组成,我们就应当称其为7P1G镜头(俗称的8P);多少P镜头指的是手机摄像头搭载的镜片数,多层镜头组合,它们会互相矫正过滤,同时带来聚光能力、镜头解析力与对比度等多方面增强的好处。7P镜头的结构,帮助它能有更多的余量来做眩光的修正,理论上来说,每多一片镜片,最终的成像就会更趋近完美一些,但相应的,镜片数越多,工艺上的难度就越大,“良品率”就会受到影响,物以稀为贵,造价就会更高。

不过我们在这里还是要强调一下,镜片只是起到辅助成像的作用,对焦、聚焦等一系列细微的差距,还要涉及到镜片的材质、结构设计、光圈类型等因素,这些都会大大影响到成像的结果。

副摄位置上,超广角镜头作为“新人”表现非常强势,一跃成为了今年后置镜头组合中的标配。标准镜头一般来说视角在40到50度之间,一般视角在50度以外、90度以内的是广角镜头,90度以上的就是超广角镜头啦。它具有超大的取景范围,同一位置下你能获得更宽广的画面,对后期的重新裁切带来了巨大便利,而且超广角视野增强了成片画面的纵深感和空间感,在拍摄建筑时,更可以依靠镜头扭曲的特性将建筑物拍的更加宏伟。正是因为超广角镜头的变形效果,仰拍时它可以拍出“近大远小”极富视觉冲击力的成片。

拍摄人像时如果使用超广角镜头,可以令人物变得更修长,自然呈现出上身缩小,下身拉长的“纤细”效果。使用过程中,因为超广角镜头的视角更宽泛,所以不需要向后移动便可以拍摄到更多的画面内容,位于狭窄环境下时显得异常有用。最后,目前大部分手机的超广角镜头都会兼具微距镜头的功能,但也会有厂家将微距镜头单独放置出来。

今年辅助镜头的作用大多是为了扩展相机的功能和可玩儿性,硬件上值得说的点不多,其效果主要都是依赖于软件算法来实现的。不过年初时节,“TOF镜头是否有用?”的话题一度引爆了业内的讨论。作为暨红外镜头之后又一个加入智能手机的辅助性镜头,如果用比较简单的语言描述,它就是一个为图片增加景深信息的镜头:摄像头向远处发射红外线,当遇到物体后会反射回来,从而为相机获得较为精确的物体距离。

和目前市面上常见的3D结构光相比,ToF镜头的测量距离更长,可以帮助相机应对更加复杂的拍照环境,实现诸如“渐进式虚化发丝级抠图”,丰富照片纵深感等功能,今年的三星Galaxy Note10+、华为P30 Pro的后置相机中都出现了该镜头的身影,Mate 30 Pro更是激进的采用了业内首套“前后双ToF”的方案。

TOF除了具备更好的景深采集功能之外,身为前置相机时,借助其本身的工作原理,可以构造出3D人脸建模,帮助加深美颜相机、面部识别等功能的体验。甚至可以用来玩体感游戏,这些都是以前各种方案都不能实现的功能,也是TOF未来可以施展的方向。

前置镜头方面,像素上同样是成倍增加的,所以基本上今年的智能手机都可以通过前置镜头来实现“面部解锁”的功能。不过除了苹果的Face ID外,安卓阵营的面部解锁功能通常都是作为附加解锁方式存在的,这也导致了各产品间的体验良莠不齐。

如此优质的镜头硬件基础,自然是为相机成像技术的革新和突破提供了巨大的操作空间,最大限度的开发“单一镜头的潜力”与“多个镜头间的联动性”,成为了今年相机新技术的主要核心点。“单一镜头”中最具有代表性的,便是“主摄镜头”的夜拍能力和“长焦镜头”数码变焦倍数的巨大提升。

目前主流的智能手机,普遍在相机元件、防抖和AI的加持下,拥有了“像素四合一技术”,可以在夜晚合成1.6μm的大像素进行拍照,保证了画面整体的进光量。华为P30 Pro和Mate30 Pro这两款产品,更是凭借着俯瞰众“机”的ISO 409600超高感光度,获得了“夜视仪”的称号,搭配上长曝光以及多帧合成降噪技术,它们的夜拍能力在行业内达到了“一览众山小”的态势,没目前无“机”可以与之匹敌。

数码变焦方面,今年以OPPO、华为和小米最为突出,前者的Reno 10倍变焦版最高可以实现60倍的数码变焦,而华为P30 Pro和小米CC9 Pro则可以实现最高50倍的数码变焦,这距离“太上头了”,好嗨呦,手机终于变成“望远镜”了。

多镜头方面,OPPO今年创造性的发明了“10倍混合光学变焦”技术,在此前5倍无损变焦的“潜望式镜头结构”基础上,打通了三个不同焦距镜头之间的联动性,以“接力棒”的形式实现了手机相机的10倍“无损”混合光学变焦。目前,华为P30 Pro、oppo Reno 10倍变焦版和小米CC9 Pro 均搭载了这项技术。至于oppo和华为在该技术上的区别就是:前者选择了5-8倍变焦时采用“主摄像头+长焦镜头”,而在8倍变焦以上则使用长焦镜头;后者选择了3-5倍变焦时使用“主摄像头+长焦镜头”,而在5倍变焦以上仅使用长焦镜头。oppo Reno 10倍变焦版还在此基础上内置了双 OIS 光学防抖,保证了长焦状态下画面的稳定性。

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“接棒式镜头技术”仅仅只打通了多摄间的关联性,并没有实现真正意义上的“多镜头同时工作”,而世界上第一款配备五个摄像头阵列的诺基亚9,则率先实现了这一点。该机的五个摄像头模块堪称“孪生兄弟”,它们拥有相同尺寸的1.2μm单位像素图像传感器,相同的28mm焦距、f / 1.8的光圈。唯一区别是,其中两个图像传感器可以通过色滤器收集色彩数据,另外三个的“黑白”图像传感器能够捕获3倍以上的光。得益于骁龙845的异构设计,每次拍照时,该机的5个摄像头都会同时拍下一张照片,并将每张照片的优点结合起来,最后合并成出一张包含更好效果和质量的高对比度、色彩细节丰富的主照片。

“5镜头系统协同工作”的技术,打破了传统多摄镜头“各自为政”的工作方式,称得上从形式到内在的“真·组合相机”。

承上启下,可以说是今年iPhone11系列在相机技术方面的最好总结。无论是iPhone11的双摄,还是iPhone11 Pro/Pro MAX的三摄,不仅继承了诺基亚9“多摄同步工作”的特点,而且在此基础上增加了平滑变焦的功能,配合上全新的沉浸式界面,让我们在切换不同镜头时,达到完全“无感无缝”的体验,甚至也不会造成照片或动态影像在色温及视野上的突然变化,苹果官方自己也称它为「协调的多摄系统」。另外通过“filmic pro”APP,还可以实现多摄像头同时分别录制不同画面的“拍摄多机位功能”,最高能够同时实时预览前后四个镜头的画面,你可以选择同时录制多个镜头的画面(分开的视频文件),或者把其中两个镜头的画面以画中画的形式录制在同一个视频文件里面。这项技术当时看发布会时真的把我们震得目瞪口呆,以一当十,几枚镜头就有几个机位,一部多摄手机就是一个剧组,太牛逼了!太有创造性了!这已经不是生产力工具,而是想象力工具的范畴了!

随着AI技术的日趋成熟,相机的“算法”体验也朝着更加智能化的方向发展。今年的AI算法,涉及到主摄镜头的画面降噪和色彩效果,超广角镜头的畸变控制,人像镜头的人物与背景识别虚化以及前置镜头的智能美颜等方面的优化。以iPhone 11,iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max的“Deep Fusion”功能、人像模式场景中散景的实时渲染功能、安卓阵营的“超级夜景”模式、“拍月亮”模式、vivo独家的“质感美颜”技术为代表,同时还衍生出了“一键换天”、“萌拍”等等大量的相机玩儿法上的创新。

今年智能手机的相机里普遍被打了“鸡血”,无论是纸面参数还是技术格局都以火箭式的速度持续飙升。镜头数量的增多不仅带来了全新的手机外观,同时令相机本身的专业性和功能性大大的提升。多摄镜头内在的关联被打通,不再只是流于表面形式的“拼凑”,“一镜工作,N镜围观”的状况很快就要消失,“聚是一团火,散是满天星”的相机发展已经到来。AI技术持续发力,带来了相机玩儿法上的诸多创新。最后一提的是,“夜视仪”、“望远镜”、“显微镜”成为了今年某些突出产品的专属代名词,欢迎大家对号入座。

【下期内容预告】盘点2019手机技术升级与创新——视频篇

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