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    手机摄影将走向何方?

    时间:2021/10/28 15:18:38

      核心提示: 文/江西农业大学罗烨 距离手机影像诞生已经过去了20多年。如今,他已经成为我们生活的一部分,我们用手机上那小小的传感器,记录着我们生命中的点点滴滴,我们的喜怒哀乐,成为我们身体自然延伸的一部分。 2001年,夏普发布了世界上第一款拍照手机夏普j—sh04,这款手机的相机为ccd镜头。像素仅为1...

    文/江西农业大学  罗烨

     距离手机影像诞生已经过去了20多年。如今,他已经成为我们生活的一部分,我们用手机上那小小的传感器,记录着我们生命中的点点滴滴,我们的喜怒哀乐,成为我们身体自然延伸的一部分。

      

      

      2001年,夏普发布了世界上第一款拍照手机夏普j—sh04,这款手机的相机为ccd镜头。像素仅为110,000这个像素对今天来说微不足道,但却是从零到一的突破,他开创了手机摄影的机缘。他让脱离大块头的专业相机拍照成为的可能,但是很可惜,这部手机没有想象中的热销,他的失败,甚至在一定程度上打击了夏普的探索热情。

      2001年至2010年间,这十年手机摄影并没有太大的突破,都是一些小修小补的进步,如第一款支持光学变焦的手机夏普v602sh,第一款支持自动对焦的手机松下P 505i S,第一款像素突破百万的手机夏普jsh53。第一款支持前置摄像头的手机索尼爱立信21010。他们大多是量的积累,没有去导致的突破,手机内部狭小的机身就决定了,他无法放下太大的传感器,在交通和画质永远难以和照相机相比较——如果只是靠硬件这一条腿来走路的话。市场也反映了这十年间手机摄影为被认可,在这十年间专业的数码相机的销量仍然是年年节节攀升,20年后,这是完全另外一幅景象手机摄影扔然进入可用阶段。

      

      

      2010年一款手机的横空出世咋破了,这一僵局,iPhone4,这款手机在手机史上的地位无序我多远发布会上,乔布斯利用iPhone4合他的灵魂伴侣乔尼进行现场通话,给人们留下了深刻印象。iPhone是采用了全新的islight摄像头透光性得到了极大的突破5,000,000像素3.2分之一英寸的背照式传感器。光圈为F 2.8配备了,LED闪光灯可拍摄720 P视频在第一代自研A4芯片和iOS系统的双重加持下,启动按下快门即可拍摄像素的提升,使画面更加清晰回复是也是第一款加入HDRiPhone使得画面有着更强的宽容度能够显示更好和更亮的细节,当年还在读小学的我对这款手机心心念念了很久。

      手机镜头最大的短板在于较短和成像质量这两块。(当然也不可能在别的地方。)接下来的十年发展也一直在尝试解决这两个问题拍的远(近)和拍的好。各家手机厂商都拿出了自己的解决方案进行了不同道路的多种尝试。

       

       

     三星这个从功能时代活到智能手机时代的老家伙当然不甘示弱。手机上采用定焦镜头的最大,原因是因为受到了手机机身厚度的限制,这次三星干脆放飞了自我。三星galaxy S4

      zoom加载了一颗16,000,000像素的可变焦镜头。(这是重点。)支持10倍的光学变焦,这是志军旗舰手机都无法实现的。我们现在的手机变焦是数码光学混合变焦是采用了不同焦段的定焦镜头,加上数码裁切的虚假变焦,既然这款手机的变装能力如此强悍,为什么在后续的机型上没有沿用呢?成也萧何败也萧何问题也出现在这哭机械变焦镜头,上面为展开的状态下,机身厚度已经来到了15.4毫米镜头展开后更是过于突出,使他失去了手机应有的便携性与其说。它是一部手机不如说,他是一部支持通话功能的卡片相机。S4zoom的失败,证明了机械变焦镜头的道路,在手机上面是失败的。

       

        

      2012年至2014年间诺基亚这个芬兰巨人迎来了他的帝国黄昏。但他还是仍然努力挣扎了一番。2012年,诺基亚连续发布了诺基亚808和诺基亚Lumin1020两款热门机型。这两款手机都大仔得劲一英寸的大传感器,并且配备了41,0000000像素。当时诺基亚对这两款机型还是比较寄予厚望的,甚至在电视上都投放了很多广告。当时的我一直以为是广告说错了多加了两个零,因为当时的旗舰手机像素不过是5,000,0008,000,000之间诺基亚。这次诺基亚走的是大像素路线更大的底能带来更多的进量更大的单位像素面积正所谓大一级压死人。高像素则能为照片带来更好的解析力。为后期的图片修改创作留下更多的可调整空间,也有利于数码变焦。(其实就是画面的放大缩小和裁切),但这两款机型却没有延迟大获成功,搞不识大体高像素的路线错了,这条路多年以后小米华为还会踏上。事实上,诺基亚的相机团队也大部分被华为“招这两款机型失败的真正原因是因为小中和落后的操作系统已经诺基亚不可逆转的颓势。在安卓和iOS一种畸形的猛烈进攻下,单单靠拍照,这一个亮点已经不能够吸引消费者为其掏钱购买了。烈士暮年壮心不已,但无奈大江东去。属于诺基亚的时代已经一去不复返了。

      

      以上的机型,虽然形状但却都是当摄像头手机。手机摄像头的数量即将迎来他新的纪元。

      第一部双摄像头手机是2011年发布的htc evo 3dLg的P 925他们都采用了两颗5,000,000像素的双摄像头实现了3D影像技术通过双摄像头模拟专业摄像头上的大光圈虚化效果。并且记录画面的深度信息,这是双向投入选择一种方案之后,HTC和众多手机品牌也采用这一方案

        

      

      华为在初期是采用了彩色+黑白的双摄像头方案,采用这一方案的机型,如华为P 10,魅族Pro七。黑白加彩色的双镜头方案可以利用去除拜尔滤镜后画质更好的明亮度。于彩色尽头的画面进行叠加得到画质更好的明亮通道,通常情况下手机的cmos在采用拜尔矩阵上会有一层RGGB的滤光片用来捕获光的颜色信息。但这在实际上也限制了进光量,因为滤镜只允许测定颜色的光线通过,使得相当比例的光线被浪费了。而没有滤镜的黑白镜头着没有这个缺点,天生就没有滤光片了,他可以吸收全部的光线,采集更多被摄物体的更多细节信息这在传感器面积受限的手机上不失为一种改善画质的好办法。多年以后的2021年华为在受到制裁而无法使用更大的传感器的情况下,在华为P50pro上面重新使用了黑白镜头来增强画质

      

      

      

      ryyb不算单独的一种多摄像头方案,他是华为方案下的一个小分。传统的拜尔阵列是采用一红绿的排列方式,将灰度转换为彩色信息。华为的ryyb则用了一红两黄一蓝的排列方式。学过初中物理的同学都知道。黄色是绿色和红色的结合。在亮度上也是二者的叠加,ryyb= 25%的红色+2[25%的红色加上25%的绿色]+ 25%的蓝色。进光亮理论上是RGB列的150%。但是黄色光的分离是一个技术难题,而且会给画面带来一定的偏色问题。但是华为还是在p 30promate40这一期间的旗舰机型采用了这一方案,毕竟减少一颗摄像头的前提下,还能提升接近40%的进量是相当诱人的。 

      

      

      苹果这个具有极客精神的公司是选择了多焦段方案,苹果公司在201698日发布了iPhone 7 Plus。     

                   

      这一年的iPhone升级比较小,被人们戏称为iPhoneS S。但在影像系统上却有着不小的突破。iPhonePlus才用了双12,000,000像素的摄像头。这两个摄像头分别负责28毫米和52毫米的两个焦段,分别配备F1点八和f2.8的光圈。虽然这两个摄像头仍然是定焦镜头,但通过两个不同焦段的传感和数码变焦的配合下两倍光学变焦的效果还是不错的。但是这种变焦和数码相机上的变焦还是有本质区别的。数码相机是在固定焦段那可以实现连续变焦。对,这个连续很重要。手机上的变焦是不可连续的几个固定的焦段而不是一段连续的焦段,就好比数学上的连续区间和两个具体的数的区别。但是iPhone 7 Plus的相机过度动画和白平衡控制得十分优秀“变焦”的过程足以以假乱真。从iPhone七系列到iPhoneXS系列期间的iPhone都是使用广角加长焦镜头的方案。iPhone 11系列之后的iPhone又加入了超广角镜头组成了三个固定焦段。

      

      华为加入多焦段始于2018年发布的华为P二零pro,是广角镜头加上长焦镜头加上黑白镜头的搭配方案。到了华为P30系列,华为抛弃了黑白镜头,一头扎进了多焦段的阵营。丧心病狂的在狭小的手机那甚至加入了潜望式长焦镜头用于实现更长的焦段。到后来华为P四零pro Plus和三星S 21ultra更是采用四个焦段。超广角加上广角加长焦加超长焦,再多娇,段上比苹果的proMax系列更为激进。

      

      

      小米,在2018年开始在手机上机场发力。小米,mix 2S采用了lmx363+lmx350组合短暂拿过DX O Marx的排名第一。虽然第二天就被华为P20pro超越。2019年小米用红米note七系列拉开了手机的高像素时代。lmx586这颗传感器在2019年大放异彩年底发布的小敏睡得久部落更是将手机的像素到了一亿,并且在之后的小米10小米11小米mix4继续采用。在这一期间小米还和华为爆发了“高像素和大底之争”。其实小米采用的传感器,面积也不小。hmx1.33/1英寸,华为的像数量也不低,i m x 700也有50,000,000像素。他们俩走的都是诺基亚,8081020的那条路。高像素在光线充足的情况下,的确可以大幅度提高画面的解析力,但是高像素一定要和传感器的面积相匹配。否则单位像素变得太小,反而会使画面的噪点增多,所以在近光量不足的情况下,那些高像素传感器都会采用四合一,甚至九合一的形式进行输出。

      

      说了那么久的硬件,接下来来说一说软件算法,计算摄影是将成像系统采集与计算机的处理能力相结合,是计算机视觉图形学数字,信号处理光学系统等多个领域技术结合的产物。这几年随着手机爱熟悉的不断提高手机内部的IS P 、G P U、N P U的计算能力已经大幅度提升。良好的硬件为软件的发展提供了基础。但是手机计算摄影师一门大学问,并非我一个大二的学生能够说清楚的。我在这里主要说多帧合成和多镜头融合。

      

      多合成与苹果的deep fusion为代表。deep fusion采用的技术,其实本质上是zhang,那你按下快门时相机会先拍四张短曝光的照片,然后再拍四张郑长曝光时间的照片,最后拍一张长曝光的照片。然后选取这九张照片中各自解析率最高的部分进行合成这对手机处理器的算例有着较高的要求,苹果A系列强悍的算例刚好发挥了他的用武之地。当你按下快门的那一瞬间手机S O C就已经开始了疯狂的线性代数矩阵运算。在光线不足尤其是夜间的环境deep fusion对话质的提升是立竿见影的。这套双宝的原理,我举个例子,通俗的讲就是九个成绩不一样的学生在一起考试,如果是单独完成试卷的话,他们都只能考七到八十分左右。但是如果允许他们对答案的话,这些中等生就能考到九十分以上。deep fusion的合成需要一定的时间,有些人便将它与数码相机中的长曝光模式混为一谈,他们最大的区别在于一个是单张照片一个多张照片。但是最终都实现了增加进的目的。 

      

      多合成,无论怎么摆弄都只是在当个摄像头上面做文章。也就是说,在手机成像的时候都是当个摄像头独立工作,这对当今动辄三,四个摄像头的手机来说无疑是一种浪费。

      曾经的华为黑白加彩色摄像头,双是一种多镜头和。在iPhone 11以后的iPhone多镜头相互之间也有一定的配合主摄像头会辅助长焦和超广角摄像头进行测光。运用主摄像头拍摄时,超广角会在两侧参与成相。在虚化和获取景深时,一般的手机多摄像头也会有一点点配合,但这些还远远不够。

      

      在手机的多摄像头中,往往主摄像头的配置作为优秀。但是需要记录更大画面场景的超广角镜头,却往往传感器面积和光圈都比主摄像头更小。用更少的镜头记录更大的画面场景,很显然画质和像素都会被大大稀释,画面完全经不起放到和主摄像头拍摄的区域与超广角镜头拍摄的中心区域是重复的。如果用画质更好的主摄像头拍摄的区域代替超广角镜头拍摄的中心区域画面的画质就会有极大的提高。以此类推藏娇镜头也可以替代主镜头的中心区域。在定焦镜头焦段缺失的焦段,以前使用的是数码变焦的方式,其实就是画面的放大缩小裁切。而裁切会使画质损失极大。但如果在“变焦”的各个不同焦段,发挥个镜头的特殊优势,进行多镜头融合,便可以极大地减少画质的损失无限逼近真实的变焦状态。额,荣耀Magic3就采用了这一做法。真正发挥了多镜头成像的潜力。

      

      

      荣耀magic三系列在外观和处理器的使用上并无太大的亮点。甚至在发布之初,因为标准版没有上光学防抖还被吐槽了很久。后来八月中旬,他更新了一波影像系统之后,多镜头融合,这个算法的确是近些年来手机影像系统算法的一大创新。他将之前的多焦段多合成黑白彩色合成集于一身,算是目前为止,手机影像的集大成者。

      之后的手机影像旗舰认为两个方向发展。第一种是像荣耀Magic3这样。各个焦的定焦镜头都覆盖,并且附加一个黑白镜头,镜头数量在五个左右,各自相互配合,进行多镜头融合。

      第二种我认为手机上的摄像头数量会变少,减少到两个,保留下来两个摄像头分别是超广角和长焦,也就是说,以前一直作为主摄像头的广角镜头会消失,换言之则是广角镜头和超广角镜头合二为一,超广角镜头成为主摄像头。这是因为在超广角广角和长焦镜头中,超广角镜头的焦距是最近的,相应的摄像头模组可以做得更薄一点,可以搭载更大的传感器,面积和更大的光圈。作为超广角的主摄像头可以直接上原生一英寸的大底和F 1.5的大光圈。这样大的传感器,即使是从18毫米的焦距图像进行才接得到之前的广角画面也经得起损失,当焦距超过36毫米以上超广角镜头,就可以和长镜头进行融合。超广角镜头的焦距选定为18毫米。保留的那一颗长胶镜头焦距选定为77毫米。这样,即使只有俩个响头,也能覆盖大部分焦段,而且成像质量还不错。并且两个摄像头在计算的背部带来的简洁程度是不言而喻的,能进一步提升手机的美观和一体性。

      

      

      以上的各种不同方案并非独立发展毫无关联,他们因为探索手机摄影各自出发,但终将会通向同一罗马城

    作者:罗烨 录入:hebeiczhou 来源:百姓中国凯发注册
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