小米發(fā)布了一款有1億像素的概念型手機(jī)，沒(méi)錯(cuò)，是“概念型”。當(dāng)然，這不是重點(diǎn)，重點(diǎn)是小米都1億像素了，而今年的新款iPhone攝像頭最高像素還是只有1200萬(wàn)，對(duì)比不可謂不強(qiáng)烈。
很多人說(shuō)，“敢用iPhone拍臉的人，都是對(duì)自己顏值非常自信的人?！睋Q句話(huà)說(shuō)，就是在各大手機(jī)廠(chǎng)商叫囂著自家手機(jī)拍照性能可以比肩單反的當(dāng)下，iPhone毫無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力，畢竟它已經(jīng)在1200萬(wàn)像素關(guān)口停滯數(shù)年不前了。
但iPhone拍照真的有那么差嗎？像素又真的是決定拍照性能的唯一因素嗎？弄清楚這些問(wèn)題之前，我們先來(lái)聊聊像素對(duì)于拍照的重要性。
有關(guān)像素的那些事
· 什么是像素？
某百科中對(duì)“像素”的描述是這樣的：
“像素是指由圖像的小方格組成的，這些小方塊都有一個(gè)明確的位置和被分配的色彩數(shù)值，小方格顏色和位置就決定該圖像所呈現(xiàn)出來(lái)的樣子?！?/p>
這么說(shuō)可能有些晦澀難懂，我們可以看看下面這張圖：
以一個(gè)方格為單位，很明顯，左邊圖像的像素點(diǎn)比右邊要少很多，反映到最終成像上，右邊圖像的清晰度更高，連花瓣上的露水都清晰可見(jiàn)。簡(jiǎn)而言之，理想狀態(tài)下，像素越高成像越精細(xì)，這也是各大手機(jī)廠(chǎng)商爭(zhēng)相追逐高像素的主要原因。
但提升像素并不是一件簡(jiǎn)單的事情，這第一道關(guān)卡，便是要讓圖像傳感器有足夠的圖像解析能力。而這方面的關(guān)鍵技術(shù)，常年被三星和索尼，或者說(shuō)索尼一家壟斷著。
· 索尼與三星之爭(zhēng)，從CCD到CMOS
作為拍照設(shè)備的基礎(chǔ)硬件，現(xiàn)今圖像傳感器中最常見(jiàn)的便是CMOS，而我們通常所說(shuō)的XXXX萬(wàn)像素像頭中的“XXXX萬(wàn)”指的就是CMOS上的光電感應(yīng)元件的數(shù)量。
但其實(shí)一開(kāi)始，拍照還僅存于相機(jī)領(lǐng)域時(shí)，CCD的應(yīng)用更為廣泛，而索尼就是這方面絕對(duì)的龍頭老大。早在1969年，在貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明出CCD時(shí)，索尼便快速入局了。
無(wú)論是獨(dú)創(chuàng)正孔蓄積層推出HAD感測(cè)器并應(yīng)用到可變速電子快門(mén)產(chǎn)品中，還是為了創(chuàng)新性的在每個(gè)感光二極管前裝上微小鏡片，又或是推出SUPERHAD CCD技術(shù)奠定了CCD基本技術(shù)基礎(chǔ)，憑借超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的應(yīng)用，索尼相關(guān)產(chǎn)品的像素集成度、成本控制等在業(yè)內(nèi)均位居前列，在市場(chǎng)上也是一騎絕塵。直到2007年前后，手機(jī)對(duì)圖像傳感器需求大增之后，局面才有了變化。
一直以來(lái)，三星都很努力的想在拍照領(lǐng)域大展拳腳，但始終都不具備大規(guī)模生產(chǎn)CCD的能力。而隨著智能手機(jī)的普及以及市場(chǎng)對(duì)拍照需求的提升，能輸出數(shù)字信號(hào)、工藝簡(jiǎn)單、功耗和成本更低的CMOS便成為了首選之項(xiàng)。
相較于CCD，雖然CMOS在感光和圖像分析處理上稍弱，但手機(jī)畢竟不是專(zhuān)業(yè)相機(jī)，要求沒(méi)那么高，三星也正是看中了這一點(diǎn)，快速補(bǔ)足此前落下的工藝及產(chǎn)能問(wèn)題，大規(guī)模生產(chǎn)CMOS，加之自家智能手機(jī)在市場(chǎng)上表現(xiàn)良好，二者加成竟讓它有了后來(lái)者居上的架勢(shì)。
當(dāng)然，索尼也不是后知后覺(jué)者，早在2007年便發(fā)布了旗下首款Exmor傳感器，不僅內(nèi)置ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），還是在小尺寸傳感器下實(shí)現(xiàn)的，順利拿下了CMOS市場(chǎng)的“準(zhǔn)入證書(shū)”。2008年，該公司又推出了采用BSI（背照式）技術(shù)的Exmor R傳感器，成功打入手機(jī)市場(chǎng)，拿到了iPhone 4s的訂單。
而三星雖然基礎(chǔ)弱、入局時(shí)間晚，但憑借著自己在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)， 趕在2017年CMOS市場(chǎng)徹底爆發(fā)之前，推出了ISOCELL圖像傳感器直指索尼Exmor；2018年還推出了1600萬(wàn)像素ISOCELL Slim 3P9，不僅即插即用式，且支持四像素合一；今年又首發(fā)了6400萬(wàn)像素傳感器GW1，以及推出1．08億像素?cái)?shù)圖像傳感器，最新的4370萬(wàn)像素傳感器ISOCELL Slim GH1的單位像素更是只有0．7μm。
如此看來(lái)，在技術(shù)上三星似乎已經(jīng)先于索尼了。但產(chǎn)品好不好，用了才知道。
像素飛漲的背后，是手機(jī)廠(chǎng)商急功近利了嗎？
可以看到，在拍照性能越來(lái)越受重視的當(dāng)下，高像素已經(jīng)成為了消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)手機(jī)的重要擇選標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的手機(jī)廠(chǎng)商都在這方面卯足了全力。但其實(shí)早在2010年，喬布斯就曾表示，“許多手機(jī)廠(chǎng)商利用廣大消費(fèi)者對(duì)照片成像原理知識(shí)漏洞，在手機(jī)拍照上主打高像素，但手機(jī)拍照性能高低，像素只是影響要素之一而已。”
這里有個(gè)對(duì)比：
2011年小米發(fā)布旗下第一款手機(jī)時(shí)，后置的是800萬(wàn)像素?cái)z像頭，而它今年年初發(fā)布的小米9，后置主攝已經(jīng)提升至4800萬(wàn)像素；
同樣在2011年蘋(píng)果發(fā)的iPhone 4s后置的也是800萬(wàn)像素?cái)z像頭，但它剛剛發(fā)布的新機(jī)iPhone 11后置像素卻只有1200萬(wàn)。而且從2015年iPhone 6s采用1200萬(wàn)像素?cái)z像頭至今，iPhone在這方面已經(jīng)5年沒(méi)有升級(jí)了。
同樣是8年時(shí)間，小米將像素提升了6倍，而iPhone只翻了一番，難道蘋(píng)果不如小米？其實(shí)并不完全是這樣。
攝像領(lǐng)域有句行話(huà)說(shuō)，“底大一級(jí)壓死人”，通俗解釋就是“在像素相同的情況下，更大尺寸的傳感器每個(gè)像素接收到的光線(xiàn)就越多，拍照效果則更好”。反映到手機(jī)攝像頭上，就是CMOS面積越大，拍照性能越好。而iPhone攝像頭像素5年沒(méi)有變化，拍照性能卻越來(lái)越好，就是因?yàn)樵贑MOS面積上做了多次升級(jí)。反應(yīng)到攝像頭外部特征上，最直觀(guān)的便是光圈越來(lái)越大。
以前幾代的iPhone為例，iPhone4／5使用的均是索尼IMX145，CMOS面積為1／3．2，單位像素為1．4μm；到iPhone 6s，使用的則是索尼為其全新定制的IMX315，CMOS面積為1／3，單個(gè)像素面積提升到了1．22μm，光圈為f／2．2；iPhone X的CMOS則最小為1／2．6，其中廣角鏡頭光圈有?／1．8。
也就是說(shuō)，蘋(píng)果一直在致力于提升單個(gè)像素質(zhì)量，例如每個(gè)像素光線(xiàn)的攝入量以及色彩深度的協(xié)調(diào)性等。
而小米方面，從小米8到小米9，攝像頭像素?cái)?shù)直接從1200萬(wàn)翻成了4800萬(wàn)，但有知乎網(wǎng)友稱(chēng)，實(shí)際拍照效果卻是小米9的涂抹感嚴(yán)重，銳度也不如小米8，在最新的DxOMark排名中，也僅為全球第七。
而今天發(fā)布的MIX Alpha所搭載的1．08億像素級(jí)CMOS，尺寸雖然高達(dá)1／1．33，大像素卻只有1．6μm，也就是說(shuō)，單個(gè)像素質(zhì)量實(shí)際上并沒(méi)有達(dá)到1億像素該有的水準(zhǔn)。
實(shí)際上，即便是全畫(huà)幅相機(jī)，CMOS尺寸都至少是手機(jī)的10倍以上，更不用提包括富士、哈蘇的等也都曾推出過(guò)像素僅有5000萬(wàn)的產(chǎn)品，手機(jī)攝像頭一下子上億級(jí)像素，確實(shí)有些匪夷所思。
當(dāng)然，和像素一樣，CMOS面積也僅是影響拍照效果的重要因素之一，提升拍照性能還有很多其他途徑可走，比如一直卡在“4000萬(wàn)關(guān)口”的華為，就是在濾鏡上下了很大的功夫。
像素之外，我們還能做些什么？
今年3月，華為高調(diào)發(fā)布了一款號(hào)稱(chēng)可以“隨手一拍，九天攬?jiān)隆钡腜30手機(jī)，后置“4000萬(wàn)像素主攝＋1600萬(wàn)超廣角攝像頭＋800萬(wàn)長(zhǎng)焦攝像頭”，最大的亮點(diǎn)便是首創(chuàng)全新RYYB傳感器設(shè)計(jì)，以黃色像素替換三原色中的綠色像素，進(jìn)光量提升達(dá)40％，保證了暗光環(huán)境中的成像質(zhì)量。而剛剛發(fā)布的Mate 30 Pro，也沿用了這一設(shè)計(jì)。
RYYB厲害在哪里呢，這里就先要說(shuō)說(shuō)拜耳陣列了。拜耳陣列是現(xiàn)代彩色數(shù)碼攝影的重要傳感器設(shè)計(jì)防水，是實(shí)現(xiàn)CCD或CMOS傳感器拍攝彩色圖像的主要技術(shù)之一。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)4×4陣列，由8個(gè)綠色、4個(gè)藍(lán)色和4個(gè)紅色像素組成，也就是我們通常所說(shuō)的“RGGB”。
但隨著市場(chǎng)對(duì)攝像頭拍照性能要求的提升，越來(lái)越多的人發(fā)現(xiàn)，在超高清或高清拍攝下，RGGB灰度解析能力不足的情況就被放大了出來(lái)，主要原因就是RGB三原色是加色法，對(duì)光的吸收較為局限。例如在拍攝高清紡織物時(shí)，因纖維之間的顏色差距較小，容易出現(xiàn)串色的情況。
而華為推出的RYYB濾鏡，則是對(duì)紅、綠、藍(lán)三原色進(jìn)行了重塑，用黃色替代綠色，即通過(guò)犧牲綠色進(jìn)光量，提高黃色進(jìn)光量，變相的增加了紅色的進(jìn)光量（黃色光是紅色光和綠色光混合而成的），從而來(lái)提升攝像頭弱光環(huán)境表現(xiàn)能力。反應(yīng)到實(shí)際效果上，就是RYYB的進(jìn)光量較RGGB提升了40％，P30在夜晚可以清楚的拍攝月亮就得益于此。
不過(guò)，一切創(chuàng)新性設(shè)計(jì)都需要強(qiáng)有力的解析技術(shù)支撐，這就涉及到處理器性能了。目前，高端移動(dòng)SoC主要有三類(lèi)：
高通驍龍800系列，目前已迭代至855 Plus，較855提升有限，大核提速到2．96GHz，被認(rèn)為是5G過(guò)渡芯片；
蘋(píng)果A系列，目前已迭代至A13，采用第二代7nm制程工藝，單枚芯片擁有85億顆晶體管，每秒運(yùn)行次數(shù)達(dá)1萬(wàn)億次，CPU采用的是“2個(gè)高性能核心＋4個(gè)高效能核心”的組合，GPU為4核，功耗則降低了40％，NPU為8核；
華為麒麟900系列，最新推出的為麒麟990，集成了103億個(gè)晶體管，采用臺(tái)積電7nm＋EUV工藝，并魔改架構(gòu)為“雙大核＋雙中核＋四小核”。
僅就當(dāng)前來(lái)看，后兩者的關(guān)注度比較高，反應(yīng)到手機(jī)上，以解析難度較大的視頻拍攝為例，iPhone 11Pro可以4K ／ 60fps，以及多個(gè)攝像頭同時(shí)拍攝；而Mate 30則可實(shí)現(xiàn)4K HDR和4K延時(shí)拍攝，視頻ISO達(dá)51200幀，支持7680 fps超高速視頻拍攝。而拍照方面，防抖、AI虛化、景深、暗夜、微距、長(zhǎng)焦、廣角等均可實(shí)現(xiàn)。
此外，華為在ISP上也做了硬件升級(jí)，如最新發(fā)布的麒麟990中就采用了ISP 5．0，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多實(shí)例分割，在人臉檢測(cè)場(chǎng)景下，微核能效提升達(dá)40％，且支持手機(jī)端BM3D單反級(jí)圖像降噪技術(shù)和雙域聯(lián)合視頻降噪技術(shù)。
當(dāng)然，技術(shù)手段之外，直接疊加攝像頭也是主要途徑之一，不過(guò)如今手機(jī)后置最高已經(jīng)提升至5攝了，就連當(dāng)年堅(jiān)持只做單攝的iPhone也推出了后置三攝，但如果以后手機(jī)會(huì)變成這個(gè)樣子，“密恐患者”可能真的很難接受。