手机市场新年前瞻：从IMX586和GM1看手机摄影4800万像素元年

这一切的一切源于两款定位完全不同的机型，一个暴躁老哥的发布会和一篇商业性较重的科普。

所谓的两款机型，一款是于去年12月26日在北京发布的荣耀V20，因为其搭载了索尼新一代拥有1/2英寸大底的4800万像素Quad Bayer CMOS IMX586而受到关注。随后荣耀总裁赵明在微博上表示“我提出‘笨鸟不等风’，因为深知内功如果不扎实，所谓风口上的猪一定会掉下来。”而好巧不巧小米总裁雷军正是“风口理论”的推崇者。

而另一款就是于1月10日发布的红米note7，其搭载了基本纸面参数与IMX586相同的三星GM1 CMOS。比较少见的是不在发布会上直接怼友商的小米总裁雷军在发布会上变身“暴躁老哥”直接打出了“生死看淡，不服就干”的口号，整场发布会直指荣耀。

随后荣耀业务部副总裁荣耀老熊在微博上发布了一篇“同样4800万像素，三星GM1和索尼IMX586有什么区别？”的商业科普文。

然后就是大家都熟悉的老总喊话粉丝**水军互喷环节。

以上是前情提要只是为了引出本篇文章的第一个话题：

索尼IMX586和三星GM1到底有什么区别？

荣耀老熊的那篇科普其实只针对性的讲解了对于荣耀V20搭载的或者说是索尼IMX586本身有较大优势的一个方面——CMOS本身支持Quad Bayer阵列。

介绍Quad Bayer阵列之前，首先就要介绍什么是Bayer阵列：

拜耳阵列严格意义上应该叫做拜耳滤色镜，是为当代数位影像做出最突出贡献之一的布莱斯·爱德华·拜耳（Bryce Edward Bayer，1929年8月15日－2012年11月13日）在1976年发明的一种马赛克彩色滤色阵列，这项专利技术广泛被应用在现代的影像设备之中。

布莱斯·拜尔在1976年的专利（美国专利编号3,971,065）中将绿色光传感器称作光敏侦测组件，而红、蓝色则称为色敏侦测组件。他使用两倍于红色或蓝色的绿色组件来模仿人眼的生理性质。人类视网膜白天同时使用了M与L视锥细胞来感光，对绿光最敏感。这些组件称作感应组件、像素感应器、感应单元格（sensel）或简单像素等。被它们感应侦测到取样数值后，使用插值（Interpolation）形成影像像素。拜尔申请专利时也提议使用另一种相对颜色的集合，即印刷四分色模式（CMY）组合。后者在当时并不实用，因为缺少所需的染色，不过一些新款的数字相机已有使用。CMY染色最大的好处是有更佳的光线吸收特性，也就是说，量子效率较高。拜尔滤色镜相机的原始图像文件称作拜尔图像影像。因为每个像素只过滤并记录RGB三种颜色的一种，这些从单个像素获取的信息并不能完整表现红、绿、蓝各色的组成数值。为了得到全色彩影像，可用不同的去马赛克算法来插值得到每个像素的红、绿、蓝色的组成数值。这些算法利用周围相同颜色的像素去估计一个特定像素的组成数值。

算法运算量需求不同，最后成像的质量也有差异。数字相机自身能产生JPEG或是TIFF影像，不用数字相机而直接使用感应组件也能进行此操作。

以上引用自维基百科。

Bayer阵列进光过程

打个不太严谨但是通俗易懂的比方就是感光元件是一个由无数个井组成的平面，每个井上面盖着一个有着不同颜色（红绿蓝绿，RGBG）井盖，这些不同颜色的井盖只会让与自己相同颜色的光线进入且会记录光线的明暗程度，即如果这是个红色的井盖，曝光时它就会过滤掉射入光线中所有除了红色光的部分，并记录下红色光的明暗程度，其他颜色遵循相同原理。在一次曝光完成所有井盖都记录下明暗度信息后，这些信息就会被汇总收集起来，结合之前井本身获取的信息依次生成感光元件图像和Bayer滤镜输出图像，再通过图像处理器进行后期猜色完成色彩还原并输出，最终得到屏幕上所见即所得的照片。

IMX586所使用的Quad Bayer原理

而所谓的Quad Bayer，其中的Quad，顾名思义就是把上面所说的单个井，切成体积大小相同的四等份，这时每一等份就是上文所提的一个井只不过尺寸是原来的1/4，就称它为小井好了，再让这些小井进行上文提到的一整个成像过程最终输出图像。显然这个过程的好处就是原先的一个当四个使可以输出4倍的像素数量，对应到索尼IMX586这个产品本身就是其可以同时遵循Bayer阵列按井输出1200万像素的照片，也可以遵循Quad Bayer阵列按小井输出4800万像素的照片，这就是IMX586和GM1在基本大项参数上最大的区别（具体电气细节参数和区别因为我仅是爱好者并非从业人员无从得知，应该有一些细微差别）。所以雷军在红米note7发布会上自己也提到了三星GM1并不能直接输出4800万像素的照片，而是通过插值算法将GM1 CMOS输出的1200万像素原片插值成4800万像素输出。

让我们再推进一步，从部分朋友看着无聊的参数和原理直接推进到成像本身，即手机拍出的照片上。

IMX586和GM1在成片上有什么异同？

相同点：又上一个台阶的CMOS尺寸带来了突飞猛进的夜景表现。

以前我们常说手机拍夜景拍出的是黑色马赛克，无非是在抱怨手机拍摄夜景的成片不够亮、噪点和涂抹二选一细节观感都不够好。原因归结到根源，就是镜头和CMOS尺寸不够打。镜头不够大的问题在手机上突出了一个无解，纵然宣传上手机都是“F/1点几大光圈”，但是这个大光圈和单反上的光圈是没法直接对比的。所以在镜头这个体积论英雄的地方，只能知难而退。

一边无解就只能转向另一边，另一边的情况也不容乐观。

我们先来看一个大小对比图。

主流感光元件面积对比

额，总而言之突出了一个小。

大法三星面对质子锁死也很无奈啊，只能尽量做大并且改进技术。在IMX363的1200万像素 1/2.55英寸 1.4微米单位像素 和 IMX380 2000万像素 1/2.3英寸 1.55微米单位像素之后。IMX586和GM1终于将主流CMOS面积推向了1/2英寸，在主流的1200万像素模式下单位像素达到了1.6微米，带来了更好的进光量表现，反应在成片上就是更少的噪点，更少的涂抹，更高的亮度和更多的细节还原，同样可以在日间成像时看到一些提升只不过没有夜间成像时这么明显，这个进步是GM1和IMX586共有的。

不同点：Quad Bayer带来了更强的解析力。

“下面是IMX586时间。”

在上方的原理介绍中我提到了IMX586可以直接输出4800万像素的照片，大家都说OK，这有什么用呢？

首先就是解析力的提升。

下方是索尼在IMX586介绍页面上公布的一个对比图。

不用多说，一眼可见的解析力秒杀。这意味着手机可以比以往拍出更清楚的照片，在放大和后期处理方面更有优势。

使用了Quad Bayer的IMX586可以延伸出一些有趣的玩法。

数码变焦模拟光学变焦：

Google有一个梦想，关于用数学拍照的梦想。

Pixel 3依然固执的采用了单摄像头（库克捂脸收起了XR），这通常表示在变焦领域是无法与带有不同焦段的双摄甚至三摄比拼的，但是Google还是用强大的数学拍照能力完成了这个看似不可能完成的任务——Super Res Zoom。

详情：https://ai.googleblog.com/2018/10/see-better-and-further-with-super-res.html

IMX363在逆天的数学算法面前有如神助。

IMX363？对它只是一个IMX363，如果下一代Google给Pixel 4配备IMX586的话……

回归到4800万像素本身，上文我用原理介绍了IMX586是如何使用Quad Bayer实现4800万像素，也用样张上展示了4800万像素的威力。不仅如此，高像素同时也带来了“裁切变焦”来达到无损变焦的新应用方法，即用数码变焦裁切的方法裁切4800万像素的照片至1200万像素区块的方式达到相对于1200万像素的无损变焦，这在光照充足的日间摄影环境中会有很不错的表现，如果在配备Google的算法（斜眼笑），我期待在Pixel 10上看到单摄40x Zoom功能。

单摄完成夜景合成算法：

ISP性能的突飞猛进让手机可以同时处理越来越多的照片，加之AI性能和算法的进步让手机已经可以完成运用多张照片合成一张照片，例如苹果的Smart HDR、Google HDR+和超级夜景等。

在IMX586上，是不是可能在短时间内拍摄4800万像素和1200万像素1.6微米使用不同曝光值和快门时间参数的照片再进行合成，这样或许可以真正的提高夜间摄影照片解析力。

什么是好照片？

若干年前达盖尔举起那面大旗的时候不会想到，自己的战旗会被树立如此之久，不曾倒下，不曾磨灭。是的我们人类渴望记录，无论是原始社会的壁画还是用蚀刻法拍摄的第一张街景，亦或是柯达发明的数码相机，都是人类奋斗若干年为了记录我们值得记住瞬间的小小缩影。为了满足回忆亦或是为了流传，我们人类也没有搞清楚我们自己为何如此钟爱记录一个瞬间和这背后的真实用意。但回顾历史我们在做的，一直都是用更低的成本、更简便的方法拍出更好的照片。所以到底什么是好照片呢？我们按下快门无非是为了记录和分享，倒不是记录和分享照片本身，而是记录和分享拍摄者的心情，告诉别人或者未来的自己亦或是子孙后代按下快门的那个时刻自己在做什么和想什么。这是件很有魔力的事情，至少让人类不停的改造优化着迷了数千年，只为用更简单的方法拍出更好的照片。对，“用更简单的方法拍出更好的照片”，这便是对手机拍出好照片的最终定义。

今年是4800万像素元年，让我们带着情怀与期许，憧憬未来一个又一个元年。