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手机、平板摄像头的一些基本知识与常见误区

手机拍照发展了这么多年,画质效果的确是突飞猛进,想想在2010年之前我们外出、旅游什么的,包里多半还会有卡片相机一类的玩意,而当时的手机拍照虽然已经很受重视,但是拍出来的照片还是与千元价位的普通相机有差距。但是现在大不相同,翻出来一起用相机拍摄的照片,在对比现在主流手机拍摄的照片,会发现手机的画质已经占有一定优势,这也是手机为什么能取代卡片相机的主要原因。另外如同胶卷转向数码时代一些样,网络社交对于相机来说又是一次比较大的观念转变,数码照片不再是私人的留念与收藏,网络分享成为更为重要的目的,于是带有强大网络与社交功能的手机相比传统相机有着得天独厚的优势。

 

 

手机摄像头已经是我们选择手机的一项重要的指标参数,但是嘛,笔者认为手机拍照也和播放器的音质情况类似,每个厂商基本都会说自己的产品如何出色,有一些重点型号也在硬件上、软件下来不小的功夫,但最后的结果也如同随身听那样,好的硬件不一定有好声音,同样好摄像头也不一定有好画质。特别是一些厂商还喜欢夸大宣传,比如5000W像素了、大底传感器、F1.8大光圈、6P镜头,甚至是拍月亮拍银河什么的,所以在购买某款参数很强的手机后却发现实际拍出来的照片并不能让人满意,基于此笔者也来谈一谈有关手机摄像头的基本知识与常见的误区。

像素并非越高越好,大底才是王道

最早手机摄像头的升级大战可说是从像素战开始的,早期30W、130W乃至500W像素手机摄像头的确是不够用,的确是像素数越高对于画质的改善越明显,并且也一度成为判断一款手机档次的重要依据,旗舰手机的像素数明显要高于中低端手机,甚至曾经有些厂商为了忽悠而采用差值的方法提高照片分辨率。但是到了800W像素这个门槛之后,像素数开始变得不是那么重要,像素高的手机不一定比像素低的手机拍照画质更好,并且有很多很多的例子,苹果iPhone 4S开始,一直到今年最新的iPhone 6与iPhone 6 Plus的摄像头都保持800W像素水平,其画质与其它像素更高的手机相比依然处于平均水平以上。但是也不可否认在摄像头技术不断进步的条件下,更高的像素对于画质的提升往往是正面的,只是我们对于高像素的需要并不是那么的迫切。

像素这方面的知识普及比较好,大多数人都已经知道画质并非只由像素数决定,并且也开始关注另一个更重要的参数,也就是摄像头传感器的尺寸大小,知道了在手机的摄像头传感器的尺寸一定的情况下,像素数越高传感器被划分的单元数越多,单个像素所占的面积越小,感光能力越弱,而这会加重噪点、劣化画质表现,特别是弱光的场景下。所以很高的像素数虽然通常不是一件坏事,但是也不一定是好事。

所以一些厂商也顺着这个思路,会特别强调像素尺寸这一点,像素尺寸当然越大越好,实现的方法无外乎就是2种,一种就是增大感光器的尺寸,另一种则是降低手机的像素数。增大感光器件是最常见的,比如最新的iPhone 6像素数依然是800W,但是感光器件尺寸更大,单个像素尺寸也增大到了1.5微米的水平;降低像素数的代表则是HTC,曾推出了超低的400W像素摄像头手机,以4微米超大像素尺寸卖点,主打弱光景拍摄,只是这种做法太过极端,400W像素明显无法满足照片精细度要求,并且弱光拍摄也没有达到宣传中的效果,目前也被HTC所摒弃。所以加大传感器尺寸相对更可靠,也是目前主打拍照手机最常采用的。


不同尺寸传感器大小对比

当前手机摄像头传感器的大小一般是1/3.06英寸,比如主流的索尼IMX214摄像头的传感器就是这样的尺寸。如果比1/3.06英寸更大,在手机领域一般就可以说是“大底”摄像头。理论上说大底无疑会明显提升画质的表现,在保持良好感光度的前提下,进一步提高手机的像素数,并且目前拍照最强的几款手机,也几乎都用的是大底摄像头。其中最为知名的可以说诺基亚808与诺基亚1020,其中808采用了1/1.2英寸,1020则采用了2/3英寸传感器,它们像素数高达4100W,明显比常规手机高的多,画质也在相当一段时间里保持最强称号。现在除去诺基亚外也已经有越来越多的大底摄像头手机出现,其中用的最多的是1/2.33英寸大小的索尼IMX220与IMX240传感器,代表作有索尼Xperia Z系列,此外还有魅族MX4、MX4 Pro等。

当然大底只是获得良好画质的一个硬件基础,关键还要看怎么用,特别是算法与优化水平至关重要,同样一颗摄像头不同的厂商用,最终效果差距可能非常大,笔者最近遇到的一个比较典型的例子就是搭配了1/2.33英寸大底传感器的魅族MX4的实际拍照质量,一些时候并不如1/3.06英寸传感器的vivo X5Max好。


背照式传感器与堆栈式传感器示意图

除去尺寸大小外,传感器的类型也是个很重要的参数,很久以前都说CCD传感器好于CMOS传感器,但事实却是CMOS淘汰了CCD,现在无论是单反、微单还是手机都使用CMOS传感器,但同样是CMOS也有一些技术的革新与细致的分类,在传统的CMOS的基础上逐渐发展出来了背照式与堆栈式CMOS,都增强了感光性能,弱光表现更好。其中背照式CMOS简称为BSI,前两年的手机宣传广告中很常见的一个词语,但现在的主流已经是堆栈式CMOS,它是在背照式的基础上加入了一些改进,主要有索尼提供,索尼称之为Exmor RS CMOS,目前已经发展到了第二代,索尼IMX214就是目前最热门的型号,在千元往上的主流手机中广泛采用。


松下Lumix CM1

另外目前拍照规格最强的手机,似乎应该是松下Lumix CM1,其传感器尺寸达到了1英寸,像素数为2000W,并且搭配等效焦距为28mm的莱卡镜头,拥有F2.8-F11的可变光圈,配备了机械快门、闪光灯和支持全手动模式,提供了P/S/M/A以及智能自动等拍摄模式,具备ISO100~25600的感光度设置,能够录制高画质的4K分辨率视频,规格参数完全向索尼RX100 MK3、G7X等专业相机看起,即便是曾经的拍照之王诺基亚1020在其面前,恐怕也要沦为玩具。

5P还是6P镜头,镜片越多越好?

对于传统相机来说,除去作为心脏的图像传感器外,镜头则是另一大影响成像画质的部件,而且它决定了一部相机太多的重要参数,比如焦距、光圈、变焦还是定焦、放大倍率等等。但是在手机上摄像头镜头就是一个小方块,体积很小,结构必然不会很复杂,除去极个别的跨界手机外基本都是焦距、光圈恒定的镜头。


早期诺基亚手机多采用卡尔蔡司认真镜头

手机的镜头的很多参数往往并不会被提及,也比较容易被忽略。早期诺基亚手机曾将卡尔蔡司认证镜头作为一个重要的宣传点,还有以前在自动对焦AF、微距没有普及的时候,AF与是否支持微距都是需要注意的参数。而现在这些基本功能以及得到了普及,而关于镜头规格的描述,更多的转向了镜片的材质与层数,比如一些手机宣传会提到自己是蓝宝石玻璃镜头、6P镜头等等。

所谓6P镜头就是指镜头有6层镜片组成的,其他的也还有4片、5片等规格。所以也就有了2个注意点,一是镜头镜片所用的材质,另一个是镜头的片数。

微单、单反相机的镜头,通常都是玻璃的镜片,但是手机摄像头的镜片材质,有的是塑料,有的是玻璃,很显然玻璃镜片无论是硬度还是透光率都要比塑料好,所以好的手机镜头应该是玻璃的镜片,而一些国产平板以及很低端的手机,最外面的镜片多是塑料,画质很难保证,并且也容易被摩花。

关于镜头片数,主流的手机一般是4片、5片或6片,5片通常写为5P(Plastic),6片就写为6P。另外如果严谨的说,玻璃镜片与塑料镜片的在镜头层数在标注中应该可以表现出来,比如一个6P镜头实际用的是5片塑料镜片1片玻璃镜片,应该写作5P1G镜头,但是由于行业对此缺乏统一的认知标准,5P1G基本都会被写作6P,所以通常我们并不知道里面几片是玻璃,几片是塑料,但基本上最外面的一层都是玻璃,而更好一些的手机镜头外层会采用硬度高的蓝宝石玻璃。

5P镜头往往不会在宣传中特别之处,而6P镜头却可以当做是卖点,所以给人的感觉是镜头层数越多越好,但事实真的是如此吗。玩相机的朋友大都明白,画质的好坏与镜头的层数并没有直接关系,镜头层数多还是少要根据镜头的结构特点、用途、等因素决定,比如变焦镜头的层数一般比较多,通常会超过10片,而定焦镜头一般就是3-6片。而定焦镜头的画质通常要比变焦的好,于是很显然镜头片数多并不代表画质一定好,它们并没有什么必然的联系。

但是正在手机上,焦距、光圈都是固定的,镜片一般就是5片或6片,通常来说还真的是片数越多越好,更多的镜片虽然可能会损失一部分光线,并且眩光相对更不好控制,但有利于滤除杂光、消除各种像差,因此手机上6P镜头通常要比5P镜头更好一些。

光圈真的是越大越好吗?

在传统相机上,大光圈更受欢迎,因为它可以实现更好的虚化效果,拍出来更有震撼力的照片,网上不少晒相机、晒照片的网友也多喜欢用大光圈。但和手机相比,传统相机镜头非常不同的一点就是,它们的光圈大小是可以改变的,比如最大光圈是F1.8的镜头,但我们可以调整为F8、F16、F22,甚至是更小的光圈,所以即便用的是大光圈镜头,但是如果需要景深的话,一样可以将其设置为很小的光圈来拍摄。而手机则不同,由于镜头结构所限它们的光圈大小是固定不变的,也就是说F1.8光圈的手机摄像头只能在F1.8的光圈下拍摄,不能改变。对于手机来说,也不要生硬的拿传统相机那套虚化理论说事,因为手机镜头的焦距很小很小,即便光圈F1.8也不会产生明显的虚化效果,和F2.0、F2.2光圈的手机虚化程度区别并不是很大。真要虚化效果的话,不如多在软件上下下功夫,可以做出来尽可能自然一些的虚化后期处理。而手机使用更大光圈的意义主要在于增加进光量,提高夜景拍摄能力。

但是大光圈会劣化照片的画质,特别是照片边缘的画质,所以盲目的追求大光圈未必就一定好,往往有一些F1.8大光圈摄像头手机,在光线充足的条件下,它的画质并不如F2.0、F2.2光圈小一些的摄像头来的出色。而弱光条件下,F1.8大光圈的好处是可以增加进光量,这样快门时间可以更短一些,ISO也不用那么的大,有助于降低噪点与提高拍摄的出片率。但是究竟弱光表现好不好也不能只看光圈大小,CMOS传感器、软件优化、算法等因素同样重要。

所以依笔者所见,手机不必过分追求大光圈,过大的光圈虽然对于弱光拍摄有好处,但是或多或少会劣化画质表现,并且手机的光圈值是固定的,景深略大一些,能把场景拍清楚相比略好一点的虚化效果更重要,特别是虚化效果完全可以通过软件后期得到,但是虚化的照片却较难通过后期变出清晰的景深来。所以一些手机手机将F1.8大光圈作为卖点未必就是优点,当然也不是大光圈画质就一定劣化。但是目前为止拍照能力强的手机,光圈其实都不是很大,比如诺基亚1020的光圈是F2.2,包括最新的6代在内的iPhone系列通常也是F2.2光圈。

进步缓慢的闪光灯

闪光灯的用途不用多说,就是在光线弱的环境补充关系以拍清楚物体的作用。在相机上通常都是氙气闪光灯,但是在手机上则一般是“LED闪光灯”,更确切的说叫LED补光灯。


诺基亚1020采用氙气闪光灯

氙气闪光灯效果虽然好,但由于成本、耗电量大等问题,一般并不会用在手机上,但曾有些主打拍照的手机使用过,其中诺基亚的拍照手机比较多,最近代的一部应该是诺基亚1020。

主流的手机几乎都采用LED补光灯,除去它的成本低廉、省电等优点外,摄像头的LED灯也可以用于手电筒等功能,更接地气,也更适合手机的特性

不同手机的LED补光灯的效果自然会不太相同,比如亮度、色温什么的都有所区别,但是这些很难通过参数、外观看出来,只有使用过才知道效果究竟如何。而LED补光灯很多年都是一样的,直到iPhone 5s才有一个小的进步,苹果称之为True Tone LED补光灯,其它品牌一般被称之为双色温LED补光灯,并且很快的就普及开来。


双色温LED补光灯

双色温补光灯简单的说就是装配了两个不同色温的LED,外观上很容易看出来,一个白色的一个琥珀色的,采用两个LED的目的并不是增加光线的最大亮度,而是为了提供更准成的灯光颜色,使拍出来的照片不至于偏色变色,实际意义还是挺大的。

目前稍好一些的手机摄像头一般都是配备双色温LED补光灯,可以认为它比普通的单色LED补光灯好。

ISP芯片也有集成与独立之分

一些主打拍照的手机也会提到它采用了怎么样的ISP,那么ISP是什么?ISP是Image Signal Processing的简称, 可以翻译为“图形信号处理”,佳能相机宣传中的DIGIC 5+数字影像处理器、尼康相机的EXPEED 3影像处理器,就是这个所谓的ISP。ISP的作用是将传感器记录转换来的电流信号进行各种处理,然后交给CPU与存储器保存为照片文件,其地位大约相当于音频系统中的DAC,而一款随身听我们很注重DAC用的是什么,但是手机相机里面ISP却容易被忽略,但是它也确实会对画质表现产生影响,诸如线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色插值、白平衡校正、曝光校正等都是经由ISP处理完成的,如果说传感器是心脏,那么ISP可是说就是相机的大脑。

同样类比手机、随身听的DAC,手机摄像头所用的ISP也分为集成与独立两种。不用说一般是独立的ISP一般要好,但是大多数手机还是集成ISP的多,常见的高通、三星、MTK手机处理器都集成有ISP。并且根据手机处理器的等级不同,所集成的ISP规格也有所区别,比如入门级的高通骁龙200处理器的ISP最高只支持800W像素摄像头,而高端的高通805处理器所集成的ISP则可以支持到5500W像素摄像头,并具备1 GPixel/s(每秒十亿像素)的处理器速度以及更大的数据吞吐量。


富士通的独立ISP芯片

独立ISP主要有富士通、aptina、OV、艾为、altek等几个品牌,其中富士通的ISP定位比较高。一些主打拍照的手机通常会用富士通的,并且也会在相机描述中突出这一点,比如OPPO的Find 7、N1、N3手机都使用了与富士通合作开发的独立ISP,而三星Galaxy系列、魅族MX系列,HTC one系列,华为P系列也多采用富士通、altek或是OV的独立ISP。另外像早期诺基亚808、1020这样4100W像素夸张摄像头的手机,自然也是独立的ISP。

总体来说,ISP的好坏会一定程度上会影响画质表现,但是相对于传感器、镜头等影响要小的多,但是拍照好一些的手机,还是往往会采用独立ISP的。

足以否定一切的软件算法

前面说的那些都是手机摄像头的硬件规格,采用规格优异的摄像头自然会有获得好画质的硬件基础,但是最终也是最关键的因素往往在于所谓的算法、所谓的优化。而算法什么的又是个比较玄幻的词语,它的好坏很难数据化,很难形象化的描述出来,只有实际使用过才能得知一款手机的拍照软件算法是否出色。类比的话,算法这东西和音频播放器中的调音是很类似的,它往往更能体现设计者的经验与技术实力,想要堆硬件并不难,但是好的优化,好的算法或是好的调音却是最困难的。但是手机摄像头的优化、算法与播放器的调音的最终表现也有一点不同,我们对于画面的认知更为统一,画面清晰就是清晰,让谁看也是如此,但是播放器的调音却很主观,有人喜欢这样的声音,有人喜欢那样的声音,不一而足,设计者可以将自己的个性最大化的融入其中,甚至即便是随便调出来的怪异作品,也可能歪打正着被人喜欢。但是手机摄像头就不同了,算法不好出来的画面糟糕,谁都不会说好。

目前市面上很多手机用的都是索尼IMX214传感器,即便镜头配置可能一点区别,但是整体的硬件区别并不大,但是不同手机拍出来的照片效果可以说千差万别,甚至一些手机刚上市时的拍照效果,与升级若干次系统固件后的拍照效果都可能存在较大差异。于是明明采用大底高规格摄像头的手机画质并不如普通小底摄像头手机出色,那也不是什么奇怪的事。

不容忽视的操控性

最后想说的就是手机相机app的操控性,成功的拍照手机应该是简单易用的,并且还会有一些特色功能、趣味功能。而有一些手机,特别是国产平板电脑的相机程序,用的往往是Android原生的相机程序,界面简单、可进行设置的选项不多,也没有任何特色功能,先不说摄像头的品质如何,就是使用上就难以令人愉悦。

操控性上,齐全、方便的参数设定是必不可少的,现在不少手机都加入了贴近专业相机的手动模式,可以对感光度、曝光时间等进行调节,也可以手动对焦等等。对焦也是极为重要的,快速的对焦速度与出色的精度,才能让照片拍摄轻松愉悦,当然对焦速度很大程度上决定于硬件,比如对焦马达的类型,或是像LG G3那样加入特别的辅助对焦系统等等。另外一些手机程序除去可以通过触屏选择对焦点外,也可以对焦点进行联动测光,甚至是测光点可以通过触屏单独选择,这样的操作甚至比一些专业相机还要更为方便。

特色功能上,除去各种美颜功能、滤镜效果、新奇一些的拍照模式外,一些品牌手机也在寻找新的亮点,比如努比亚手机在努力的向单反相机靠拢,手机虽然没有真正的机械快门,但是通过软件模拟实现了电子快门、多重曝光等在相机上才有的功能,很符合专业用户的口味。

总而言之,用手机拍照图的就是方便,操作是否简单易用,功能是否丰富、实用,对于普通用户来说也许要比出色的画质更为重要。

写在最后:

手机摄像头的主要常见部件、参数就介绍完了,其中有一些值得注意,也容易被各种广告宣传忽悠的地方,但是在选择上往往也很无奈,因为各方面都很出色的拍照手机很难得,有些拍照强悍的手机却可能在系统、其它方面的表现并不称心如意,或者只是摄像头规格高但是算法优化糟糕,徒有硬件而已。但不管怎么说,这最近几年中手机的拍照性能可以说是突飞猛进,拿现在的手机与几年前手机的照片对比,会发现画质进步很大,因此我们也有理由相信,未来1、2年的手机拍照水平会更高,夜景环境随意按下快门拍出来干净无噪点照片也不再是梦想。

折腾小编再补充一句:目前国产平板电脑的摄像头就是渣渣,大家不用考虑效果到底哪个好,赶不上你手机。

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评论 2

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  1. #2

    文章很实用,学到了不少东西。谢谢。

    斗战胜3年前 (2015-01-05)回复
  2. #1

    写的好!写的很全面!写的很到位!赞一个! 😆

    moyan3年前 (2015-01-02)回复