浅科普 篇一:5000字浅谈手机拍照-方向错了的现在和未来

2020-04-19 17:35:25 493点赞 405收藏 189评论

创作立场声明:啥手机都用过,拒绝手机饭圈化,从你做起。可以当厂商的上帝,就别当厂商的孙子

追加修改(2021-05-16 15:23:48):
2021版看着。。。加了很多内容,看看这篇~

浅科普 篇二:6000+字再谈手机拍照,方向对了的今天和明天创作立场声明:全文禁止复制、不规范转载。需要授权、问问题可以私聊知乎@苏三公子。哈罗,我是苏三AKA狗子。 阅读10分钟,码字4小时,看后不点赞,狗子两行泪全文6000+字,建议先收藏关注再看哦。PC、APP端有目录可跳转。之前写过这么一篇文章。实话说,初期数据很一般。于是整个系列就被我砍掉了。但是苏三公子| 12 评论8 收藏5查看详情

哈罗,我是狗子。5000字浅谈手机拍照-方向错了的现在和未来

阅读15分钟,码字4小时,看后不点赞,狗子两行泪

其实这是一篇插队的文章。

原因是前一阵知乎有个叫Eidosper的带V发出了这样的声音

图源知乎想法图源知乎想法

理论上

1/1.28的底确实能堆成6寸,但是因为传感器尺寸是对角线长度,所以应该堆的不是9张,而是9*9=81张。

图源百度图源百度

而且如果只看底的话,那P40P应该打不过Nokia808

图源水印图源水印

考虑到这位带V有过万粉丝,在知乎是真·带V,甚至还能说出华为手机可以没有ISP,但是绝对不能没有NPU这样的xx(友善)言论,我决定做一期手机拍照科普文章。

众所周知,值得买科普、评测文章不会有太高的热度,推荐文才是主流,所以跪求能看到这里的你点个赞收藏关注+评论,安慰一下鸡腿随时消失的我。

一、概述

手机拍照是什么?

首先要搞清楚几个元件名词。

CMOS/CIS

Lens

ISP

马达

微镜

二、先说说CMOS/CIS

CIS=CMOS Image Sensor,所以这俩是一个东西。咱们平时所说的IMX686、IMX700、三星GW1、HMX都是CIS,所谓的“底”也就是CIS传感器的大小,通常是对角线长度,和电视尺寸表示方法一致。因此,1英寸的底大小不是1/2英寸的两倍,而是四倍。

自己的图,侵不了。自己的图,侵不了。

一般情况下,小于4800万像素的镜头使用Bayer排列,也就是RGGB,48MP以上使用Quad-Bayer排列,也就是4in1(IMX586使用了Bayer而非Quad-Bayer),更高还有9in1的Ennea-Bayer(三星S20U)和16in1的Hexa-Bayer(P40P+)。各种Bayer能大幅度提高单像素面积,提升“单像素”进光量,从而提升夜景、暗光表现,但缺点是色彩精度低,因此需要更好的算法来还原色彩——这也是为什么很多人认为iPhone拍照色彩“真实”的原因之一(几十年如一日用Bayer死活不上高像素傲娇的像HTC的UltraPixel一样)。

5000字浅谈手机拍照-方向错了的现在和未来

三、Lens

Lens=镜头模组,所谓的7p、8p都是镜头的数量(P=Plastic,塑料镜头),理论上来讲镜头数量越多,汇聚同样的光线时单片镜头折射率越小,相对阿贝数也容易做的更高,以获得更高的光线质量,这也是为什么8p版的CC9Pro被说为有失公允——这基本是代差了。

而今年的P40P+更加有失公允——长焦镜头用上了一片玻璃镜片,相比塑料,阿贝数理所应当的更高,所以Pro+的CIS不用RYYB也能得到相比RGGB长焦更多的光线。

当然,镜头多也能导致反射所引起的鬼影和眩光,iPhone等手机眩光原因就是镜头镀膜不够优秀,而且悲惨的是,底越大,镜头模组越大,边缘解析力下降越明显,鬼影也更明显

5000字浅谈手机拍照-方向错了的现在和未来

四、ISP

众所周知,2019年绝大多数旗舰手机都使用了IMX586这颗CIS,镜头数量都是7p,但是应该没有人质疑小米9拍照比RedmiNote7Pro要好,这不仅是因为算法的原因——CC9Pro之前小MOV魅族等极为依赖虹软算法,更是因为ISP所带来的“感知差异”。

骁龙675使用了Spectra250L的ISP,而骁龙855使用了Spectra380的ISP,其中对于IMX586来说最明显的就是675只能支持MFNR多帧降噪,但是不支持ZFL零延时拍照和HEIF格式,所以48MP下拍照速度会慢一大截,存储性能也要低上不少。

除了高通已经标注在参数表里的,更直观的是色彩还原能力。由于Bayer架构4in1天生比QuadBayer要难(48MP下QuadBayer要更麻烦),Note7Pro的ISP的运算量可以说比使用GM1的Note7高上一大截。为了用户体验,很多厂家在这个时候便会降低计算精度,来保证拍照后回放的速度。

至于Ei说的只要有NPU,ISP可以不要,那就是纯属无稽之谈了。就凭这一句话,我就能判定他完全不懂手机,充其量是个极端花粉。

五、马达

最早听说相机马达,还是在乐视手机。当时别人在谈玄学吊打三星,他在那讲闭环马达。

其实不仅微镜和对焦像素数量能影响对焦速度,马达也是很重要的参数,对较慢一个是拉风箱,另一个就是马达启动延迟高,无法快速达到相应的位置。不过近几年厂家都更关注拍照,除了少数低端机,中高端基本不会出现对焦漂移的现象了。

六、微镜与对焦

其实不少一年一换手机的人能感觉到,现在很多手机的对焦速度不如前两年的S6、S7、IMX362/363。其中最大的原因就是厂商为了感光度牺牲了对焦之光DualPD,基本上去年只有iPhone三星还在坚持DualPD对焦(12MP)。时至今日华为终于把DualPD带回市场,OPPO另辟蹊径做起2X2OCL,小米开始用人像镜头补足DualPD也用上了激光对焦。

先说明什么OctaCore对焦本质就是双核对焦之后4in1了一下,duck不必这么鸡贼用这种名称。

图源外网图源外网

通过上面这张图,我们能看出来,从2017年开始,iPhone的对焦像素开始了飞跃,直到去年,iPhone11系列使用了DualPD,能获得更快的对焦和相对准确的深度图,这也是iPhone11相比XR人像模式大跨越的原因之一

100%FocusPixel=DualPD100%FocusPixel=DualPD

由于技术限制,高像素很难做出DualPD,会大幅损失对焦速度,于是2019被苹果三星对焦吊锤的国内厂商终于想起对焦也很重要,从而使OPPO率先拿出了业界第一款2X2OCL的CIS。

图源一篇IEEE论文,下载需要30美刀。。图源一篇IEEE论文,下载需要30美刀。。

这张图歧义比较大,QE=量子效率,也就是单个像素对光的吸收效率,理论上来讲,微镜越大,QE越高,原因是折射率更小,阿贝数更高,但在手机端,折射率差异不够大,阿贝数差异也不明显,因此你看不到IMX689吊锤IMX700。

从对焦性能上来说,由于微镜是同一个,所以计算相差就能快速得出对焦距离,所以DualPD和2X2OCL都能更快的实现对焦。至于HDR,这个就是QuadBayer所带来的难得的优势了:每个颜色的对角两个像素和另外两个像素以不同时间曝光,也就是可以在分辨率降低不明显的情况下同时拍摄一张快门1/10s和1/500s的照片,并进行合成,从而获得更好的HDR效果。

至于最后的分辨率,由于Bayer和DualPD要求的像素面积大,难以堆高像素,所以为“Poor”。


谈完了基础元件,我们来聊一聊高像素、OIS和EIS、RYYB、计算摄影和手机摄像的道路。

七、高像素方向错了么?

先回答下:方向对了感知很强有失公允。

图源外网图源外网

从这张图能看到,过去的二十年里,手机像素大小就是在逐渐下降的,但是像素增长的速度远高于像素变小的速度,所以除开Nokia,整个CIS的感光性能在大幅度增长。

如果真按照华为KOL说的,HTC想必会很高兴,毕竟死不悔改天天UltraPixel,像素确实大,但是有什么用呢?别人全CIS近光依然比你多。话说回S6、S7,都是IMX362/363,都是1.4μ的大像素,怎么就打不过你IMX600呢?还是因为底大。

同时,更小的像素更容易制造更大的底(不用特调微镜,直接延续原来0.8μ的就可以),所以我们要坚定不移走高像素的改革之路,深化落实高像素政策,推进大底全面发展。

据说粗粮要发布的Mix新机是144MP,还是挺期待手机直接1英寸底的时代的。

八、OIS、EIS和超级防抖

前一阵P40发布之后很多人表示P40真的稳,但其实拿Reno拿小米拿vivo拿iPhone试一下一样稳,这就是EIS的功劳。

裁切周围一圈的画面,通过算法来防抖,就是电子防抖。拍视频防抖效果上要比OIS好上不少。

很多小伙伴又要问了EIS这么好OIS有啥用?

其实OIS基本和视频无瓜,更多的是为了拍照的时候能延长快门时间,夜景模式不糊,长曝光不飘,这么说,夜晚拍照,IMX686+调教到位的OIS打得过IMX700(说的就是你,荣耀弟弟)。

而超级防抖=EIS,超级防抖Pro=EIS+超广角,综上OPPO和华为超级防抖Pro效果最好,小米要稍差,但华为取景范围太小,只有18mm,iPhone13mm,其他家也有15mm左右。

九、RYYB和RGGB

先聊一下为什么是RGGB。

CIS本身是没有感受光线是什么颜色的能力的,他只能感受这里有没有光,因此需要滤光片过滤其他颜色的光,再通过合成反映出事实的光。

图源水印图源水印

光学三原色是RGB,且人类的视锥细胞也由RGB构成,所以为了所见即所得,RGB就是CFA(色彩滤波阵列)最初的排列方法。又由于绿色感光能力更强,且绿色波长介于RB之间,能记录部分RB信息,加增一个G能大幅度提升亮度,且色彩易于还原,所以RGGB就成为了主流。

其实中间人们还尝试过多种多样的其他排列,包括RYYB、RGBW、全反色、半反色,但是由于伽马矫正以及色彩校正始终没有进步而放弃。

而针对于RYYB,G->Y之后最明显的变化就是绿色难以饱和。比如原来RGB滤光片可以过滤掉所有的其他颜色,只保留自己的R、G、B,如果RGB光强为100,50,100,每个像素就能接收到100,50,100,在对应为原有的色标就能正常显示了。但是如果是RYB,那么Y将不能完整过滤掉R,且会过滤掉一部分G,导致绿色不饱和,红色过饱和。如果Y恰好RG滤光为一半一半,同样RGB光强为100,50,100,R接受了100,Y接受了100*0.5+50*0.5=125,B接收了100,反而导致不能很好的还原亮度,业界俗称QE爆炸,再加上伽马矫正,饱和度很快就能爆——这也是为什么之前Mate30的照片看起来那么红

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通过上述照片能看出偏红、绿色不够绿在大多数情况下甚至无法避免。相机界想当年RYYB不好立刻返回RGGB,现在华为不放弃的原因我更倾向于难以覆盖沉没成本,而不是RYYB真的好。由此,我还是希望华为早日回头,早日重返RGGB,就像当年抛弃RGBW(mate上)和黑白彩色双摄一样,给用户更多惊喜。

十、计算摄影

最早提到用AI去优化照片的(P月亮、AI色彩不算计算摄影,那个最多叫AI滤镜、AI贴图),是Pixel。于是我们喜闻乐见Pixel用363吊打一众旗舰,但也用Pixel4告诉人们,计算摄影是有极限的——硬件提升也很重要。

第二家,就是苹果的DeepFusion。第三家就是华为的XDFusion。从目前非通稿的评测来看,XDFusion强是真的强,但是还有很大的提升空间。比如色彩算法、锐化涂抹、比如长焦放入中焦的色差和过渡。

有道理相信,未来的天下是计算摄影的,但绝对不是363+计算摄影,而是一英寸大底+计算摄影的。小厂商将彻底出局,因为ArcSoft在计算摄影领域积淀也不够多,就类似于国产电动爹,有了博世也打不过特斯拉,因为博世也不够强。

十一、终章 · 手机摄影的方向

总结一下,未来的旗舰手机的方向应该是一英寸超高像素RGGB、2x2OCL大底+计算摄影+OIS+EIS,这套配置媲美a6000我觉得不过分。

但这就是手机摄影的方向么?不尽然。

我在很多地方发起了投票,问了问他们使用的次数。结果如下。

撕裂是长截图的问题撕裂是长截图的问题

我会为了P40Pro+神奇的相机鼓掌,也会因为iPhone“够用”的相机而满足。会为了一亿像素而高兴,也不会为了Ace2的相机难过。

毕竟,大多数人只是需要一台能扫码,能验毒,女生能自拍的手机,而不是一台能打电话的相机而已。

哦对,相机还有个问题——取景器太差,求改进。

我是狗子,我们下期见。

求点赞求收藏,科普文是真的真的好难写啊。。。一篇写了4+小时。。。


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