手機攝像頭科普,別再被廣告騙了

800萬像素前置+1300萬像素後置攝像頭,采用2.3英寸索尼Exmor RS堆棧式傳感器,F1.8大光圈,光學防抖,相位對焦。這參數你看懂了嗎?不不不,手機攝像頭不能隻看像素。一些商家隻展示出來一些參數,而隱藏了很多重要的去欺騙消費者。這篇推文將為你簡單科普手機攝像頭。


一.先從大家最熟悉的像素說起

我們若把影像放大數倍,會發現這些連續色調其實是由許多色彩相近的小方點所組成。500萬像素就意味著傳感器中有500萬個像素。

而像素不能決定照片質量,清晰度。相機的像素唯一能決定的是其所拍圖片的分辨率,而圖片的分辨率越高,隻代表了圖片的尺寸越大,並不能說明圖片越清晰。

要看的話要看單像素感光麵積。這裏指的是單個像素在感光芯片上“分到的感光麵積”,計算公式就是單芯片感光麵積(下麵有介紹)除以像素數量。

下麵是主流拍照手機單像素麵積對照表

從上表可以看出,像素高的未必單像素感光麵積就大,這還要取決於感光麵積。

高像素的優勢在於可打印尺寸更大的照片。總之,像素不能決定照片質量,或者說像素並不是決定照片質量的唯一要素。


二.傳感器最關鍵

傳感器是相機最重要的組成部分,也是最關鍵的技術。相機傳感器主要分兩種,CCD和CMOS。CCD傳感器雖然成像質量好,但是成本較高,並不適用於手機,而CMOS傳感器憑借著較低的功耗和價格以及優異的影像品質,在手機領域應用最為廣泛。

CMOS傳感器

CMOS傳感器又分為背照式和堆棧式兩種,技術最早都由索尼研發,索尼背照式傳感器品牌名為“Exmor R”,堆棧式傳感器為“Exmor RS”。

相對來說,傳感器尺寸越大,感光性能越好,捕捉的光子(圖形信號)越多,信噪比越低,成像效果自然也越出色。這裏重點介紹一下單芯片感光麵積。

這裏的指的主要是感光芯片的“感光總麵積”,也就是攝影玩家常說的“底有多大”。所以看一款手機的“底”有多大也是估計其拍照畫質的一個粗略參考指標,至於更細致得就要看更詳細數據了。目前手機攝像頭的“底”普遍在1/3.06英寸到1/2.3英寸之間。下麵是一份常見手機與單反CMOS尺寸對照表。

相機、手機傳感器尺寸對比

然而更大的傳感器卻會導致手機的體積、重量、成本增加,因此背照式傳感器出現了。在相同尺寸下,它使傳感器感光能力提升了100%,有效地改善了在弱光環境下的成像質量。

堆棧式傳感器的主要優勢是在像素數保持不變的情況下,讓傳感器尺寸變得更小,也可以理解為,在與背照式傳感器的像素數相同時,堆棧式傳感器的尺寸會更小,從而節省了空間,讓手機變得更薄、更輕。

相比而言,背照式傳感器的優勢在於,在與堆棧式傳感器的像素數相同時,雖然傳感器尺寸更大一些,但單個像素點麵積(單個感光麵積)也會更大,從而使感光性能提升,自然暗光拍攝效果也就更好,整體成像效果更出色。所以,兩者各有特色、各有優劣,不能簡單加以好壞之分。


三.手機鏡頭

從材質上看,鏡頭可分為塑膠透鏡(Plastic)和玻璃透鏡(Glass),玻璃透鏡透光性以及成像質量要更好,但成本也更高,所以手機鏡頭大多由塑料鏡片組成。

鏡頭如果有由5層塑料鏡片組成,我們就稱其為5P(Plastic)鏡頭,而如果鏡頭由4層塑料鏡片+1層玻璃鏡片組成,我們就應當稱其為4P1G鏡頭。目前市麵上的手機大多采用5P或6P鏡頭。


四.光圈

光圈可以通過改變光圈孔的大小控製進入鏡頭到達傳感器的光線量。光圈的值通常用f/2.0、f/2.2來表示,數字越小,光圈就越大。

光圈越大,通過鏡頭到達傳感器的光線就越多,成像畫麵就越明亮,反之畫麵就越暗。因此,在夜拍或暗光環境下,大光圈的成像優勢就更明顯。

除了控製通光量,光圈還具有控製景深的功能。生活中,我們時常會看到背景虛化效果很強的照片,這就是所謂的景深。光圈開的越大,景深越小,背景虛化效果就更明顯。

小景深(背景虛化)

所以,我們在選購拍照手機時,應該優先選擇光圈更大的產品。而這時候肯定有同學有疑問:為什麼手機光圈這麼大甚至數值比一般單反大卻無法拍出單反那樣虛化的效果?

這個問題得好。在認識景深,才能拍出更有意境的照片(戳藍色字可見)有提到我們要虛化除了大光圈,還要長焦距,且長焦距比大光圈虛化的效果更明顯。而一般手機的焦距才幾mm,單反虛化,焦距一般100mm左右或以上,差了20倍。且光圈一個是比值,光圈F=鏡頭焦距D/入光孔直徑φ。手機攝像頭與單反的鏡頭完全是不同產品,手機的感光元件很小,單反的則很大,手機的實際物理焦距除以通光口徑,就是光圈。相對而言的光圈數據會大於一些單反鏡頭。


五.ISP芯片是“大腦”

在說ISP(Image Signal Processing 中文譯為“圖形信號處理”)之前,我們先來了解一下手機的拍照過程。按動快門後,光線從鏡頭進入,到達傳感器,傳感器負責采集、記錄光線,並把它轉換成電流信號,然後交由ISP圖形信號處理器進行處理,最後由手機處理器處理儲存。

ISP芯片的作用就是對傳感器輸入的信號進行運算處理,最終得出經過線性糾正、噪點去除、壞點修補、顏色插值、白平衡校正、曝光校正等處理後的結果。ISP芯片能夠在很大程度上決定手機相機最終的成像質量,通常它對圖像質量的改善空間可達10%-15%。

ISP芯片分為集成和獨立兩種,獨立ISP芯片處理能力優於集成ISP芯片,但成本更高。

(一)集成ISP芯片

當前的手機大多采用處理器附帶的集成ISP芯片,也就是ISP芯片集成在手機的處理器裏。采用處理器的集成iSP芯片優勢是降低了手機的研發和生產成本,但缺點是:1、優秀的處理器廠商並不一定擅長開發ISP芯片,其成像質量不如獨立ISP芯片。2、無法保證與所選用的傳感器契合,兩者如果配合不好,對成像質量是有負作用的。

(二)獨立ISP芯片

獨立ISP芯片是獨立於處理器而存在的,雖然成本較高,但運算能力、成像質量更優秀。


六.軟件算法很重要

除了ISP芯片處理外,軟件算法同樣對手機成像效果起到至關重要的作用。ISP芯片對傳感器輸入的電流信號進行處理後,首先會生成未經加工的原始圖像,而軟件算法就好比對原始圖像在內部進行了一番“PS”,優化圖像的色彩、色調、對比度、噪點等,最後生成我們所看到的jpg格式圖片。

手機的軟件算法不同,最終的成像效果和風格也是不一樣的,有的會提升對比度,而有的則追求自然的效果。最重要的是,如果軟件算法優秀,就可以把圖片優化的很漂亮。

我們都知道iphone的攝像頭並不算頂級,但成像效果在手機中不錯。主要歸功於它的軟件算法比較優秀。


總結:手機攝像頭的奧妙很多,我們在看攝像頭時要多方麵了解。通過這期科普,相信同學應該不會再被廣告騙了吧。


資料by百度、手機中國

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編輯

餘小二




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