手机拍照的底蕴？4800万或更高像素的摄像头有意义吗？

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6 t# N) T% a( L$ |8 P2 B6 t“像素”是衡量手机摄像头素质的基本参数之一。步入2019年后，越来越多的新品纷纷武装4800万像素摄像头，较主流的1200万像素足足提升了四倍。那么，更高像素是否代表更好的成像质量？同样是4800万像素的摄像头，又该如何分出高下呢？
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& ?3 ?% h1 \  z( g# T3 b: x超高像素并不稀奇
5 X# ]5 T7 v  I  U1 Z7 x继华为P20 Pro在2018年初带来4000万像素摄像头（索尼IMX600传感器）之后，华为nova4、荣耀V20、红米Note 7/Pro、魅族Note9、魅族16s、Nokia X71、vivo X27、OPPO Reno、联想Z6 Pro等产品又先后武装了破天荒的4800万像素摄像头，价格覆盖从999元到4xxx元整个价位区间。

* Y8 i. h6 z6 i5 B* h, g4 c看到这里，相信不少小盆友已经难掩心中的激动，并惊呼“智能手机镜头像素终于超过绝大多数数码相机啦！”
实际上，早在2012年，手机圈就已经出现超过4000万像素的摄像头了。
没错，它就是诺基亚808 PureView，一款用上了高达4100万像素卡尔蔡司镜头和像素超采样技术的拍照旗舰（前照式FSI传感器、传感器尺寸1/1.2英寸、F/2.4光圈）。2013年，诺基亚又带来了Lumia 1020（背照式BSI传感器、传感器尺寸1/1.5英寸、F/2.2光圈），在Windows Phone 8系统、Nokia Procam APP、第二代OIS光学防抖和支持专业参数调节等特性的帮助下，其拍照能力在当年更是冠绝群雄。

' V" @: Y% f) E( t需要注意的是，无论808PureView还是Lumia1020，由于传感器像素分割等原因，它们的摄像头所主打的“4100万像素”只是理论值，在拍摄4:3比例照片时最多硬件直出3800万像素，而拍摄16:9比例照片时分辨率则会进一步降低到3400万像素。而为了照顾Lumia1020默认较小的存储空间和方便社交软件分享照片，在相机APP中还可选择仅以500万像素模式拍照。

# V3 p5 [7 l4 G2 m可能有童鞋会问了，为何直到Lumia1020发布的5年后，Android手机领域才刚刚出现重新猎装4000万像素摄像头的手机呢？为何5年间智能手机的摄像头像素值都在1200万像素~2400万像素之间徘徊？
摄像头的军备竞赛
这个问题取决于很多方面。
' |- j# X% @$ p/ u! P/ f5 i, v首先，一款手机能用上多高像素的摄像头，取决于处理器以及ISP（图像处理器）的性能。想当年，808PureView预装的还是塞班系统，诺基亚是依靠一颗来自博通定制的ISP获得了驱动4100万像素蔡司镜头的能力。到了Lumia1020，这款产品是诺基亚联合微软（WP8系统层面）和高通，重写了MSM8960处理器的整个图像处理堆栈才为之赋予了驾驭4100万像素摄像头的力量。
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到了刚刚上市的Nokia 9 PureView，这款手机内置5个摄像头，它们都是来自索尼旗下的IMX386传感器。考虑到骁龙845内置的ISP不足以驱动如此多的镜头，所以HMD为Nokia 9 PureView准备了一颗来自Light的协处理器，并联合谷歌开发出了一套成熟的合成算法，弥补了骁龙845内置ISP性能不足的尴尬。
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另一方面，是消费者已逐渐学会了理性看待摄像头像素这一参数指标。在Android手机领域，其后置摄像头（主摄）的像素曾经历过从320万→500万→800万→1200万→1300万→1600万→2000万→2400万像素的军备竞赛，但如今绝大多数旗舰手机的像素值却都锁定在了1200万像素。原因就是大家都很清楚——像素高并不代表成像好。

$ z; {7 g: l' F- ?2 Z2 b! o5 c原因很简单，影响手机拍照性能的“核心参数”是CMOS传感器（涉及传感器尺寸、单个像素感光面积和对焦技术）、镜头玻璃、ISP性能、光圈大小和软硬结合的后期成像算法优化。
因此，去年旗舰级手机大都主打IMX380或IMX363这一级别的1200万像素传感器，并增加了AI场景识别和手持夜景等特殊功能。
% ^* Z5 N6 u5 Y# o4 h/ Y  x但是，如今哪怕是千元手机都在相机方面引入了所谓“AI”特性（如AI美颜、AI场景识别、AI人像等），绝大多数产品又站在了同一条起跑线上。此外，随着新一代SoC（如骁龙855）的上市，以及主流价位手机的存储空间基本都达到了64GB起步，eMMC5.1和UFS闪存也有效解决了超大像素照片存储延时的问题，这些都为更高像素摄像头的崛起奠定了基础。
/ V4 |5 f9 @* o/ `6 N虽然像素值说明不了什么问题，但这也仅限于理性的分析。毕竟更高的像素，是一个非常好的营销卖点。而当营销卖点与绝对实力划上等号之际，便能成就经典。
于是，就有了索尼IMX600传感器，而它也成就了华为P20 Pro、Mate 20 Pro和Mate 20X在拍照领域的赫赫威名。

IMX600拥有4000万像素，这颗传感器的尺寸达到了1/1.73英寸，远远大于手机CMOS领域主流的1/2.x英寸。大家都听说过“底大一层压死人”的说法吧？而这里的“底”指的就是传感器尺寸这个参数，传感器尺寸越大意味着相机在拍摄时能接收到的光线也就越多，在暗光下的拍照表现也就越趋于完美。
1 R: l$ T6 M, A( V4 x! w+ I  x- I此外，IMX600的单个像素感光面积虽然只有1.12微米（μm），但IMX600却能通过QuadBayer四合一阵列的方式实现等效2.0微米像素密度，而这个指标已然超越了所有手机专用的CMOS传感器，哪怕是口碑极佳的IMX380（用于华为P20，魅族16系列）单个像素感光面积也只有1.55微米而已。
可以说，华为P20 Pro唤醒了消费者对更高像素摄像头的期待，只是它高昂的售价很难让普通用户得以尝鲜。
9 o5 M, X0 ]6 ]  d. H: J4 f4 M/ z- N因此，2018年底和2019年初陆续上市的多款武装4800万像素摄像头且定位主流的手机，就受到了更多用户的关注。
5 p# d& q/ G3 A2 U. e问题又来了，众多新品的主摄都是4800万像素，但像素值相同的背后还有什么不同？
来自传感器层面的较量
, O. `. H" b% s6 J4 ^/ `+ gOPPO Reno、vivo X27（高配版）、魅族16s、华为nova 4、荣耀V20、红米Note 7 Pro后置主摄的传感器是来自索尼旗下的IMX586，而红米Note7、联想Z6 Pro、Nokia X71等产品后置主摄传感器则来自三星旗下的ISOCELL GM1，这两颗传感器都具备4800万个物理像素点，所以理论上都符合“4800万摄像头”的定义。但是，由于底层结构的不同，IMX586和ISOCELL GM1却又有着非常大的差异。
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& m, I2 ^1 |$ K  k6 u3 c1 _" l" u# s简单来说，索尼IMX586和三星ISOCELL GM1的传感器尺寸都是1/2.0英，单个像素感光面积都是0.8微米。由于它们都将Quad Bayer阵列扩大到了4×4，并且以2×2的方式将RGB相邻排列，所以通过四合一像素聚合技术可以实现等效1.6微米的单个像素感光面积，同样超越了口碑极佳的IMX380。


但是，从底层的结构来看，三星ISOCELLGM1是让4个0.8微米的小单位像素“共用”1个滤色片，从而组成1个1.6微米的大单位像素来识别同一种颜色。
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索尼IMX586则是让4个0.8微米的小单位像素“各用”1个相同颜色的滤色片，同样可以组成1个1.6微米的大单位像素。而上面的“共用”和“各用”，就决定了两款传感器在直出4800万像素照片时的不同。
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0 l: y9 ~! }! w: W5 y* z以IMX586为例，在使用搭载这个传感器的手机拍照的时候，QuadBayer 阵列会让每一个像素点就近计算周围的颜色，并且通过独立的信号处理变换像素结构，从而实时输出4800万像素的高清照片。三星ISOCELL GM1虽然也将Quad Bayer阵列扩大到了4×4，但是它每个2×2阵列都只能识别同样的颜色，并且只能一起输出数据。
换句话说，索尼IMX586是真正传统定义的4800万像素摄像头（传感器），它能硬件实现4800万像素的照片“直出”。三星ISOCELLGM1虽然顶着4800万像素摄像头的光环，但它本质上却还是1200万像素传感器，想“直出”4800万像素的照片只能通过插值算法实现，而这也是为什么以骁龙660的ISP性能就能完美驱动有着4800万像素称号的ISOCELL GM1的原因之一。
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, L( s( R) n8 Q, l6 W提到“插值算法”，相信不少读者会联想起不少手机品牌曾主打的所谓“超清画质”功能，比如用普通的1300万像素感光元件拍出了5000万像素画质的照片。这类功能大都是通过““复制像素的方式来增多像素”或“拍摄更多真实像素来合成”的方式合成一张超高分辨率的照片，照片大小也由原来的3MB左右一下猛增到8MB至10MB。
, }% v* ^' h: t9 A7 U  }; J* |  o和这些通过软件手段实现的插值算法相比，三星ISOCELL GM1是源于传感器的“硬件级”插值算法，无论是处理速度还是最终的合成效果都要远远优于前者。
. l& ~* R( x1 i, b理性看待超高像素摄像头
看到这里，相信又有不少童鞋会问了，索尼IMX586和三星ISOCELL GM1的像素值都达到了4800万像素，那它们是不是比只有4000万像素的IMX600拍照效果还要好？
3 `1 u) k# @8 y3 A答案自然是否定的。虽然IMX600传感器的像素值略低一点，但它无论是传感器尺寸（1/1.73）、单个/等效单个像素感光面积（1.12微米/2微米）等核心参数都远远高于IMX586和GM1，像IMX586只能算是IMX600的“简化版”。因此，对于喜欢拍照但却预算有限的朋友来说，降价后的华为P20 Pro要比很多新品更值得选。
索尼IMX586和三星ISOCELL GM1最大的竞争对手，应该是索尼过去次旗舰级别的IMX380。理论上，这三个传感器的性能排行是IMX586>ISOCELL GM1>IMX380，但想要充分挖掘IMX586和GM1的潜力，需要手机厂商为其准备更大的光圈，并在相机APP成像算法上加以优化，否则依旧难以撼动IMX380的历史地位。
# Y- F! W! L! t7 a( d. X3 T, @: H传感器迎来高感光时代
华为最新推出的P30系列将CMOS升级到了华为和索尼联合开发的IMX650，虽然它的像素值和我们熟悉的IMX600相同都是4000万像素，但IMX650却使用RYYB滤镜取代了传统的RGGB滤镜，从而让进光量提升了40%、最高感光度更是达到了ISO409600，在纯黑环境下只要有一丝光亮就能捕捉足够多的细节。



据悉，即将上市的荣耀20也将改用RYYB滤镜的IMX586传感器，进一步提升其暗光下的拍照能力。只是，RYYB较RGGB滤镜，容易出现偏色问题，需要成像算法的不断调校和优化，这也是需要我们留心的地方。
! h6 T7 E# D% T. U) h$ G4 G7 r6400万像素即将来袭
据悉，三星即将推出6400万像素的ISOCELL Bright GW1传感器，这已经逼近人眼的HDR动态范围了。GW1和4800万像素的GM1一样都使用了像素合并Tetracell技术和重镶嵌算法，光线好的状态下可以拍出6400万像素的图像，弱光环境下则是1600万像素，4合1像素提高感光能力，处理方式跟现在的4800万像素传感器是一样的。此外，GW1还支持高达100DB的HDR高动态范围、DCG双转换增益技术、480fps慢动作视频拍摄。

同时，三星4800万像素的GM1也将迎来升级版——ISOCELL GM2，虽然它的像素值不变，但却支持DCG及SuperPD对焦技术。
需要注意的是，和GM1一样，三星GW1同样不支持6400万像素的照片直出，其本质上只是一颗拥有等效1.6微米大单位像素的1600万像素摄像头。
总之，摄像头的像素肯定是越高越好，但更高像素并不等于更好的性能。未来，基于传感器层面的定制，将成为衡量手机厂商技术实力的表现舞台，而基于相机APP和背后算法的优化，也是各个手机厂商不断努力的方向——相同的传感器，谁算法更好，谁的效果就更棒。

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0LxhvbRw
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