性能飆升！盤點(diǎn)2020年那些攝像頭新技術(shù)

陳思霖

從年初令人大跌眼鏡的三星S20 Ultra百倍變焦開始，到小米10 Pro和OPPO Find X2Pro雙雄稱霸DXOmark排行榜，我們發(fā)現(xiàn)今年發(fā)售的新手機(jī)在影像方面提升相當(dāng)大。一億像素、百倍變焦、多合一像素點(diǎn)等特性層出不窮。但相應(yīng)的，S5KHM1、IMX 689、全像素全向?qū)沟葘I(yè)名詞也浮出水面，讓人看得一頭霧水。今天，我們就來盤點(diǎn)—下那些關(guān)于攝像頭的新技術(shù)和新傳感器，讓大家了解—下2020年有關(guān)手機(jī)攝影的最“潮”技術(shù)。

一億像素代表機(jī)型：小米10 Pro

說到1億像素，大家最先想到的或許是活躍在影樓或是廣告工作室的中畫幅相機(jī)，體積巨大的它們雖然成像素質(zhì)極佳，但動(dòng)輯葉_萬元的售價(jià)和復(fù)雜的操作讓其難以進(jìn)入尋常百姓家中。更關(guān)鍵的是，一億像素由于像素值大，存儲(chǔ)信息較多，一張照片就占用好幾十MB的容量，不僅在日常使用中難以用到，而且在分享和存儲(chǔ)過程中也不太方便，所以這類相機(jī)一般也只會(huì)出現(xiàn)在專業(yè)拍攝場(chǎng)景中。直到去年11月小米CC9 Pro的出現(xiàn)，迅速拉近了普通用戶與1億像素的距離，讓用戶第一次感受到千萬級(jí)像素?zé)o法呈現(xiàn)的照片細(xì)節(jié)。而當(dāng)小米10和小米10 Pro發(fā)布后，標(biāo)配一億像素?cái)z像頭的機(jī)型將涌入越來越多的家庭，帶給用戶革命性的拍攝體驗(yàn)。當(dāng)然，這一切都要從三星發(fā)布的ISOGELL Bright HMX（后用HMX代替）傳感器說起。

去年8月12日，三星宣布推出全新的1.08億像素的HMX傳感器，這也是手機(jī)圈里首款達(dá)到億萬級(jí)像素的傳感器。作為億級(jí)GMOS，HMX擁有1/1.33英寸的大底設(shè)計(jì)，其尺寸相比此前的三星GW1、索尼IMX486等高像素CMOS要更大一些。要知道，感光元件越大，可捕捉的光子就越多，感光性能越好，能夠帶來更細(xì)膩的畫質(zhì)，分辨率自然就越高。不過在手機(jī)有限的體積中，感光元件的面積顯然是有所限制的，這也限制了單像素大小和像素點(diǎn)的多少。我們可以將感光元件的面積看做是一個(gè)碗，每個(gè)像素點(diǎn)就像一粒糖，在碗的容積一定的情況下，你可以選擇更小但更多粒的糖（高像素取向），或是更大但更少粒的糖（大尺寸像素取向），前者會(huì)帶來更清晰的拍照細(xì)節(jié)，后者會(huì)帶來更好的暗光環(huán)境成像表現(xiàn)。正是由于要均衡像素和像素大小的關(guān)系，廠商往往會(huì)選擇“中庸”之道，在像素?cái)?shù)量和像素大小中取得平衡，所以在高像素的追求上，自然不能放開手腳。

直到2017年三星推出四像素合成（Tetracell）技術(shù)，與傳統(tǒng)的RGB（紅綠藍(lán)）傳感器不同，在使用了搭載四像素合成技術(shù)技術(shù)的圖像傳感器中，每四個(gè)擁有相同色彩濾鏡的像素緊緊排列在一起。當(dāng)手機(jī)在低光條件下拍攝時(shí)，該算法將每組像素中的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，最終將四個(gè)較小像素轉(zhuǎn)變成一個(gè)較大像素，提高感光表現(xiàn)。而在在高光條件下，四像素合成技術(shù)技術(shù)將像素重新映射，通過被稱為“像素重排技術(shù)”（Re-mosaic）的算法變?yōu)閭鹘y(tǒng)的RGB模式，生成高分辨率照片。

當(dāng)更大的傳感器面積和更成熟的Tetracell技術(shù)融合后，小米10 Pro既可以在弱光環(huán)境下輸出2700萬像素，帶來更高的畫面亮度。又可以在光線充足的環(huán)境下輸出1億像素，帶來更精細(xì)的照片。值得一提的是，相比此前發(fā)售的CG9 Pro，小米10 Pro完全沒有了照片生成時(shí)間過長(zhǎng)、多攝像頭切換卡頓等現(xiàn)象，這是因?yàn)樵诟鼡Q了驍龍865旗艦處理器和ISP后，數(shù)據(jù)吞吐性能終于不再是一億像素的瓶頸。

另外為了提升存儲(chǔ)和分享的便捷性，小米10 Pro還支持全新圖像編碼形式——HEIF格式，它可以支持更高的壓縮比，在保持圖片質(zhì)量的同時(shí)只需JPEG的一半體積左右。這對(duì)于用戶日益增長(zhǎng)的照片數(shù)量有很大的幫助，另外HEIF格式還支持了一些新型照片特性，如深度信息、動(dòng)態(tài)照片、HDR等，而這些在當(dāng)下的手機(jī)攝影中已經(jīng)相當(dāng)常見。

10倍混合變焦+百倍數(shù)碼變焦

代表機(jī)型：_星S20 Ultra

隨著科技的發(fā)展，手機(jī)除了在像素方面得到提升外，變焦能力也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在去年發(fā)售的手機(jī)中，OPPO Reno和和華為P30 Pro的10倍混合變焦在某種程度上給用戶帶來了媲美傳統(tǒng)高端相機(jī)鏡頭的驚喜，并且將數(shù)碼變焦的規(guī)格提升到50到60倍。當(dāng)時(shí)間來到2020年2月，三星發(fā)布的全新旗艦機(jī)型-S20 Ultra則將手機(jī)變焦能力提升至百倍變焦，這強(qiáng)悍配置的背后也隱藏著用戶的好奇，三星究竟是如何做到的呢？

通常來說，鏡頭想要拍清楚遠(yuǎn)處的東西，就需要較長(zhǎng)的焦距，而想要讓手機(jī)鏡頭焦距更長(zhǎng)則需要更厚的機(jī)身來容納鏡頭。為了能讓焦距盡可能長(zhǎng)一些，最簡(jiǎn)單的辦法就是加厚機(jī)身并讓攝像頭凸起，更厚的機(jī)身和更突出的攝像頭可以容納更長(zhǎng)的焦距。但考慮到手機(jī)的厚度是有限制的，而希望做出更極致的科技產(chǎn)品，潛望式鏡頭此時(shí)便登場(chǎng)了。

潛望式長(zhǎng)焦鏡頭的核心原理是通過一塊棱鏡將光線折射九十度，改為利用手機(jī)的長(zhǎng)度空間來作為鏡頭變焦的空間，也就規(guī)避了機(jī)身厚度的限制。但要想實(shí)現(xiàn)九十度折射并達(dá)到優(yōu)秀的成像效果并沒有描述的這么簡(jiǎn)單，并且為何多款手機(jī)都使用了潛望式長(zhǎng)焦鏡頭，只有三星S20 Ultra可以擁有100倍的變焦效果呢？這與該鏡頭所使用的傳感器有直接關(guān)系。三星S20 Ultra的潛望式鏡頭使用了來自索尼的IMX586傳感器，其擁有4800萬像素，傳感器尺寸達(dá)到1/2.0英寸，并且支持OIS光學(xué)防抖。正是由于搭載了這顆素質(zhì)極高的傳感器，三星S20 Ultra通過AI計(jì)算并裁剪，可以實(shí)現(xiàn)4倍光學(xué)變焦、10倍混合變焦以及100倍的數(shù)碼變焦。此外，除了通過Al計(jì)算和裁剪以外，三星S20 Ultra還從主攝像頭龐大的一億像素傳感器中提取數(shù)據(jù)，并將其與遠(yuǎn)攝攝像頭的圖像數(shù)據(jù)結(jié)合起來以提供最終結(jié)果。S20 Ultra可以訪問來自兩個(gè)傳感器的更多圖像數(shù)據(jù)并將其組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)“空間縮放”。

同是擁有一億像素的傳感器，三星S20 Ultra主攝所使用的S5KHM1要比此前的S5KHMX更進(jìn)一步，在夜景方面擁有更好的表現(xiàn)。雖然兩者的光圈、單位像素面積以及像素?cái)?shù)量都一致，但HM1在四像素合成技術(shù)（Tetracell）技術(shù)的基礎(chǔ)上升級(jí)為九像素合成技術(shù)（ Nonacell），它可以實(shí)現(xiàn)相鄰九個(gè)0.8μm像素合成模擬2.4μm大像素，輸出1200萬像素的圖像，從而提升畫面亮度。當(dāng)然，這并不是簡(jiǎn)單合成像素就能完成的，隨著像素?cái)?shù)量增多，相鄰像素點(diǎn)的干擾也會(huì)增加，為了解決這一問題，三星采用ISOCELL Plus技術(shù)攻克了難關(guān)，其利用一種新材料代替此前像素間的金屬屏障，可以使光線的損失和反射達(dá)到最小化。

專屬定制

代表機(jī)型：OPPO Find X2 Pro

說到手機(jī)攝像頭，想必大家腦海中立馬會(huì)浮現(xiàn)索尼IMX系列的若干型號(hào)傳感器。雖然決定拍照效果的因素有很多，不單單是CMOS，還要看手機(jī)匹配的圖像芯片、鏡頭鏡片、合成算法以及基本的攝影知識(shí)，但由于傳感器擁有其他硬件或軟件難以比擬的作用，所以傳感器的好壞也就成為手機(jī)拍攝能力好壞的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之_。

從2011年發(fā)布的iPhone 4s開始，蘋果公司開始在iPhone上使用索尼為其量身定制的感光元件。iPhone 4s、iPhone 5和iPhone 5c使用了索尼IMX145，這款GMOS擁有1/3.2英寸的面積，單位像素1.4μm，最高可拍攝800萬像素的照片。iPhone 5s則使用了衍生版的索尼IMX145，雖然還是800萬像素的GMOS，但面積增大到1/3英寸，單位像素提高到1.5μm。憑借優(yōu)秀的算法優(yōu)化和大像素的幫助，使用定制CMOS的iPhone-躍成為手機(jī)攝影界的領(lǐng)頭羊。雖然各大手機(jī)廠商都可以使用索尼IMX傳感器的市售版，但想要讓自己品牌的手機(jī)在拍照上獨(dú)樹一幟，那么就需要與CMOS廠商合作，加入自己特殊的需求，生產(chǎn)定制版感光元件，從而發(fā)揮出更好的性能。

在最新發(fā)售的OPPO Find X2 Pro上，其主攝就使用了OPPO與索尼一同定制的IMX 689傳感器。該圖像傳感器尺寸為1/1.43英寸，單像素尺寸1.12μm，在經(jīng)過四合一像素技術(shù)處理后，可以達(dá)到2.24μm的尺寸，單像素尺寸在業(yè)內(nèi)位居前列。相較于上代產(chǎn)品，IMX 689的感光面積增加了96%，感光靈敏度提升了130%。

除了在硬件規(guī)格上的提升，更重要的是IMX 689首發(fā)搭載了全像素全向?qū)辜夹g(shù)（4PD對(duì)焦技術(shù)）和雙原生ISO技術(shù)。全像素全向?qū)辜夹g(shù)是利用Quad Bayer的四像素排布方式，讓位置相鄰的4個(gè)相同顏色像素共用1個(gè)片上透鏡，可以縮小色彩偏差并提升傳感器的成像性和暗光環(huán)境下的對(duì)焦成功率。也正是由于該技術(shù)對(duì)焦覆蓋面積大，同時(shí)能維持高水準(zhǔn)的對(duì)焦速度和精度，因此不少單反相機(jī)也搭載類似技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦性能上的突破。

而雙原生ISO技術(shù)則讓Find X2 Pro可針對(duì)不同的場(chǎng)景智能切換感光度，暗光采用高感光度，拍得清晰又抑制噪點(diǎn)，高亮場(chǎng)景下采用低感光度，呈現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)又能提升動(dòng)態(tài)范圍和色彩表現(xiàn)。值得一提的是，通過提高ISO的方式不可避免會(huì)讓畫面噪點(diǎn)放大，這是感光元器件本身的局限。而通過雙原生ISO技術(shù)，即DCG技術(shù)的雙增益信號(hào)轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)暗光場(chǎng)景和高亮環(huán)境的感光度智能切換。

此外，F(xiàn)ind X2 Pro還可以輸出12bit超精圖像，相比大部分手機(jī)輸出的10bit圖像，更高色深的RAW格式可以提升照片的后期空間、擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍。事實(shí)上，從高通驍龍810開始就在ISP端支持14bit了，只是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的手機(jī)GMOS尺寸較小，HDR視頻和HEIF照片等新格式不夠普及，所以遲遲沒有手機(jī)支持更高精度的圖像采集，而隨著手機(jī)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，將手機(jī)CMOS的圖像采集能力提升到12bit是-件很有意義且必要的事情。

寫在最后

雖然2020年只過了第一季度，但從密集的發(fā)布會(huì)中也能窺見今年手機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。從發(fā)展方向上看，今年手機(jī)攝影的追求是大底、高像素、多鏡頭以及多倍變焦。而在已經(jīng)發(fā)售的機(jī)型中，三星S20系列、小米10系列、OPPOFind X2系列以及索尼Xperia l 11系列都已經(jīng)用不俗實(shí)力坐穩(wěn)了影像旗艦的身份，雖然在硬件配置上大同小異，但在影像發(fā)展方向上已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的不同。不過它們代表著今年手機(jī)的影像實(shí)力新高峰嗎？在接下來的幾個(gè)月里還有更多的手機(jī)會(huì)與之媲美嗎？且讓我們拭目以待吧。