本篇出自合作媒体“爱范儿”经授权刊登于本站,作者:陈文俊
自世界第一款带摄像头的手机——夏普J-SH04面世开始,人们对手机相机功能的追求就从未停止过。
相位对焦、光学变焦、堆栈式、背照式、防抖、多镜头….. 而随着传感器工艺越来越多样化,相机的拍摄能力也在不断提升。
▲ 夏普J-SH04
提高拍摄像素,是手机厂商们提升照片画质最常用、最能直观展示差距的方法之一。相比起软件向的优化,通过直接升级相机传感器,能给照片品质带来立竿见影的效果。
但一味地堆像素并不是提升画质的万金油,像素高也并不代表最终出品会更好看。
在过去半个月里,我体验过两款4800 万像素的手机,实际上相比于我们看到的表面参数,在这些数字的背后,其实还蕴含着手机厂商对相机升级的思考。
千万像素的背后,是手机厂商的“疯狂”追求
手机厂商对相机像素的追求,早在智能手机的萌芽时代就已经开始了,而且4000 万像素的手机也不是今天才有。
早在2012 年,诺基亚就已经在诺基亚808 PureView 这款手机里实现了4100 万像素相机的配置,这款手机被堪称是诺基亚在相机功能上的再一次创新和巅峰。
▲ 诺基亚808 PureView. 图片来自:Slash Gear
为了实现超4000 万的超高拍摄像素,这家芬兰手机厂商竟然大胆地将当时面积最大的手机相机传感器(CMOS),以及一组蔡司的全非球面镜头塞进了面积只有巴掌大小的手机里。最终实现了超高分辨率的出品,以及至今都仍未被忘记的业界记录。
当时的智能手机相机像素普遍都在“千万级”以内,“4100 万”这个数值,对于当时的大众认知来说,就是个天文数字。
▲ 诺基亚808 PureView. 图片来自:DPReview
不过尽管诺基亚808 PureView 的相机出品在当时让人足以感到惊艳,官方也为这款手机争取了更多曝光,但由于其所搭载的Symbian 系统已入迟暮之年,消费者的关注度正从Symbian向iOS 和Android 阵营转移。
加之,当时的移动网络环境并未能完全满足4100 万像素的照片分享,产品优势不能被完全发挥,最终诺基亚808 PureView 虽享有美誉,但却黯然退出了市场。
在诺基亚808 PureView 面世后的次年,诺基亚依然将这套高像素方案应用在Lumia 1020 这款手机上,这款手机被大家戏称为“奥利奥”,原因是因为该机背部拥有硕大的黑色相机模组,其设计看上去就像是一块奥利奥饼干。
可惜该机同样受限于软件生态和其他客观因素,市场表现仍然是叫好不叫座。
▲ Lumia 1020 镜头结构展示. 图片来自:Gizmodo
在之后的时间里,1200 万、1300 万、1600 万、2000 万像素的拍照手机陆续登陆市场。更有意思的是,随着SoC 等元件的升级,手机的拍摄像素已不再局限于硬件模组,软件系统也开始通过多帧合成去介入拍摄优化当中。
▲ OPPO Find 7. 图片来自:Android Authority
OPPO 曾经在Find 7 这款手机上通过多帧合成的方法,将十张连拍的照片进行合成,用填补空白像素的方式,把原本只是1300 万像素的照片扩展到5000 万像素(8160 x 6120 ),以此来加强画面细节表现。
▲OPPO Find 7 多帧合成原理图解.
当然,这种后期处理的效果对比真实的超高像素拍摄还是有一定差别,只是相对于原本的1300 万像素,后期处理过的成片能呈现出更多细节而已。
严格来说,真正将4000万像素“发扬光大”的设备,是2018年初发布的P20 Pro。不过这款手机并没有因为超高像素传感器,而像诺基亚808 PureView和Lumia 1020那样凸起一个硕大的镜头,而是采用索尼的Quad Bayer(拜耳排列)“像素四合一”方法,通过在4000万像素的CMOS输出一张1000万像素的照片,从而减轻手机压力。
这个方法其实和当年诺基亚的PureView 超采样相似,都是通过超高像素,来提升相机解析力、减少变焦所带来的画面损失。今天的4800 万像素,其实也是同样的道理,只是像素点增加了800 万。
都是4800 万像素,两款CMOS 有何不同?
目前具备4800 万像素、且已经被量产装配的CMOS 一共只有两款:一款是荣耀V20 在用的索尼IMX 586;一款是红米Note 7 的三星ISOCELL GM1。
账面数据上,两款CMOS 均采用了1 / 2 英寸感光元件,提供4800 万像素,采用四合一Quad Bayer(四倍拜耳)阵列设计。
不过,三星的GM1 虽然同样采用了Quad Bayer 的RGB 排列方法,但相比于IMX 586,GM1 则是先将4 x 4 为一组排列的像素点按照同色像素排列合成为2 x 2 的四个大“色块”,然后与邻近的其他组交换色彩信息。
换言之,虽然同样提供了4800 万像素的感光元件,但在色彩输出能力上,三星GM1 的阵列方式仅相当于1200 像素的表现,剩下的3600 万像素需通过软件插值来完成。
反观索尼的IMX 586,不但使用Quad Bayer 阵列将阵列扩大为4 × 4,而且2 × 2 的排列方式为四格分散RGB 相邻排列。因此,索尼IMX 586 更像是传统定义的拜耳4800 万像素感光元件。
除了使用Quad Bayer 阵列以外,索尼IMX 586 每一个像素都能单独控制曝光时间,并同步输出相片,此举能大幅提升成像动态范围,单张成像即可媲美当下惯用的多帧合成HDR 算法,从而降低ISP 和手机的负担。
另一方面,由于大部分ISP 仅支持已使用多年的,传统的Bayer 阵列,因此Quad Bayer 阵列设计所输出的图像,需要通过Remosaic 技术转换到Bayer 阵列再输出,三星GM1 将这部分交由手机端的硬件配合软件算法去处理,而索尼IMX 586 可直接通过硬件实时处理完成,成像的速度和质量都要更胜一筹。
简而言之,如果说前面的IMX 586 是硬件直出4800 万,那么GM1 就是通过软件算法进行像素补充。而由于要进行二次合成,因此在使用4800 万像素拍摄时,所花的时间比前面的硬件直出要更多一些。
通过实际对比能更直观地看到1200 万和4800 万像素的区别。在下面几组对比中,左图是1200 万像素的iPhone XS Max,右图是荣耀V20,看小图好像区别不大,但当我们将样张均放大100%,就能看到不同像素在细节上的不同。
▲iPhone XS Max(左)/ 荣耀V20(右)样张
▲iPhone XS Max(左)/ 荣耀V20(右)样张
下面这组样张能看到更明显的细节处理区别,右边样张上的招牌文字、楼顶上的树叶都能清晰可见,反之左边的文字部分已经有点模糊了。
▲ iPhone XS Max(左)/ 荣耀V20(右)样张
▲ iPhone XS Max(左)/ 荣耀V20(右)样张
▲ iPhone XS Max(左)/ 荣耀V20(右)样张
同样地,IMX 586 和GM1 在4800 万像素下也有一点区别。从红米Note 7 和荣耀V20 的两组对比样张能看到,虽然同在超高像素模式下两者都拥有较高的解析力,但在日光环境下,IMX 586 的细节表现要比GM1 稍胜一筹。
▲ 红米Note 7(左)/ 荣耀V20(右)样张
▲ 红米Note 7(左)/ 荣耀V20(右)样张
第二组样张我选在了光线较暗的室内环境里,局部放大到书架里的书名,IMX 586 在暗部解析力方面的表现对比GM1 并没有户外那么明显。细节观感上,GM1 的表现要更圆滑一些。
▲ 红米Note 7(左)/ 荣耀V20(右)样张
▲ 红米Note 7(左)/ 荣耀V20(右)样张
总体来说,其实无论是索尼IMX 586 还是三星GM1,他们都能通过两种不同的方法来实现最终的4800 万像素成像,同时也能在一定程度上提升画面质量。但放大来讲,通过算法合成的GM1 虽然能实现标称的4800 万,但在综合表现上,仍然要比硬件直出的IMX 586 略逊一筹。
不过考虑到两者的价格,999 元和2999 元存在着2000 元的价差,而且IMX 586 仍处于华为系产品的“独占期”,因此红米Note 7 的表现也无可厚非。接下来我更期待的是同样采用IMX 586 的红米Note 7 Pro,相信能达到荣耀V20 接近的效果。
其实也不是任何时候都是4800 万
和此前P20 Pro 的相机原理一样,尽管它们都能用不同的算法带来4800 万像素的成片。但实际上,虽然手机厂商一直都在用4800 万来做产品的宣传卖点,可在大众最常用的“自动模式”下,相机的默认输出仍然还是1200 万像素,4800 万像素需要在专业模式下手动启用。
降低像素的做法,其实和为手机减压有一定关系。从前面两款CMOS 的原理解析能看到,无论是索尼还是三星,处理一张4800 万像素的照片都需要SoC 和ISP 的支持才能完成,但这相比于目前的1200 万像素照片,足有数倍之多。
因此为了降低处理元件的压力,同时也为了不影响手机其他方面的体验(比如拍摄速度、续航、存储空间等),这些4800 万像素的手机在默认情况下都是1200 万像素输出的。
▲ 荣耀V20 在48MP 状态下不能变焦
当然这并不完全是件坏事,毕竟不是每个人都愿意为得到极致的画面细节,而额外付出手机续航和存储空间的代价。
而且即便是分享到微博还是微信朋友圈,这些平台都会最大限度地压缩图片质量,缩短文件的上传时间(微博可以手动传原图)。
所以从综合体验出发,虽然4800 万像素拥有极高的细节保留优势,但就目前的手机性能来讲,1200 万像素的体验仍然会相对比4800 万更可靠一些,同时也能满足到大部分人的观感要求。
高像素=好照片?并不是绝对的
回望过去,手机厂商一直以来热爱追求高像素,一方面其实除了为了达到“让照片看上去更清晰”的最终目的以外,其实同时也想让广告宣传更吸睛。
想要将像素的优势发挥出来,最简单方式就是直接升级照片分辨率,把远处树木的枝叶、天上飞的鸟、蝴蝶翅膀纹路这些细节最大限度地保留下来,突出高解析的作用。在过去,无论是过去的500 万像素抑或是今天的4800 万像素、前置还是后置,手机厂商在宣传相机功能时,其实都离不开在“清晰度”上做文章。
我不否认更高的像素能给照片品质带来更高的品质,但一张好照片是否取决于物理像素一项,我认为未必是绝对的。事实上,在“如何拍出好照片”这个问题上,存在着主观和客观两种因素,客观是手机内的软硬件的综合配置,主观就是看拍摄技巧了。
比如说,三星的Galaxy S6 和Galaxy S7 的相机区别。
在Galaxy S6 这款手机上,三星为其配备了一枚1600 万像素的IMX240 传感器,到了更新一代的S7,这款手机装配的是1200 万像素的IMX 260,咋一看数据,新机的像素居然还要比旧款少400 万。
▲ 图片来自:Androidcentral
但这里需要注意的是,IMX 240 和IMX 260 的CMOS 面积几乎是一致的(IMX 240:1/2.6,IMX 260:1/2.55),虽然260 的像素分布更少,可它的单个像素的面积分摊更大(1.12μm→1.4μm)。
▲三星Galaxy S6 / S7样张对比.图片来自:Phone Arena
因此相比起前者,IMX 260 虽然是牺牲了一定的画面解析力,但在弱光场景下的表现反而要比240 更加明晰,综合观感更佳,最后我们便自然会觉得新机的成片比上一代更好看了。
所以究其根本,虽然物理像素能对成片的解析力带来一定影响,但它在今天也不至于能对相机出品起到决定性作用。
更直观的例子是DxOMark 的排行榜单,你会看到排在前10 的产品里,虽然4000 万像素的Mate 20 Pro 和P20 Pro 都排在了前列,但其实1200 万像素手机在得分上也跟前者没有太大的差距,实际上单纯的物理像素对画质的帮助有限。
况且,如今的相机功能已经有了软件算法和AI 加持,即便是1200 万像素,也已经能满足到大部分用户的需求。考虑到超高像素的CMOS 目前尚未正式量产、装机成本较高和市场热度平平,对于供应链掌控较弱的厂商而言,“跟着大部队走”显然才是目前最稳妥的做法。
站在普通用户的角度看,虽然手机硬件升级是一件好事,但也不必过于追求像素上的大小,毕竟要用到超高像素的情况,还真没多少。