高像素相機不一定有用,但它卻影響著手機形態
2019年08月22日07:44

  本月早些時候,Samsung發佈了 1 億像素的相機傳感器(CMOS)ISOCELL Bright HMX,這款 CMOS 是全球第一款突破千萬級像素的產品,也是Samsung繼 6400 萬像素的 ISOCELL Bright GW1 之後與 Redmi 聯合推出的第二款高像素 CMOS。

  雖然這款產品還沒有被正式應用,但它已經成為小米和 Redmi 對外宣傳的談資,「小米首發 1 億像素超清相機」就像當年的「性價比」,被放在各家媒體的封面題圖上。

  回望過去,智能手機的相機功能從過去的 30 萬像素到今天的 1 億 800 萬像素,在不算長也不算短的 15 年裡,已經悄悄翻了 360 倍。

  在過去的這 15 年里,移動網絡推動著互聯網服務和 App 的生長,網絡社交 App 的發達,也讓拍照成為了大眾分享生活的主要功能之一,更有用戶會用選相機的標註去衡量手機的好壞。

  你可能會問他們「你到底選的是相機還是手機呀?」,他們總會回答「選高像素的一勞永逸,總沒錯。」

  不過在理性思考後,手機的高像素拍照到底是否有實際價值?越來越高的像素提升,如何影響著手機造型變化?實際上,在 4800 萬、6400 萬像素的今天,我們已經有了自己的答案了。

  當下的高像素,營銷意義大於實用意義

  如果你問我,買手機選 4800 萬像素還是 1200 萬像素的好,我肯定會毫不猶豫回答你選 4800 萬像素的沒問題。但是,我會再後面補上一句「其實日常還是 1200 萬像素輸出」。

  紅米 Note 7 和榮耀 V20 是首批用上 4800 萬像素 CMOS 的兩款手機,這兩款手機分別用上了Sony和Samsung的高像素傳感器。在賬面參數上,兩枚 CMOS 能帶來比常規 1200 萬像素 CMOS 多 4 倍的拍攝像素。

  在之前的測試中,我們能看到無論直出 4800 萬的 IMX586 還是插值的 GM1,他們的樣張在放大 100% 後都能比 1200 萬像素更細緻,所顯示的細節也更多,得出的結論也確實驗證了高像素能給畫面的細膩程度帶來成倍提升。

  ▲ 1200 萬像素與 4800 萬像素放大對比樣張

  然而 4800 萬像素的手機拍出的照片都是 4800 萬的嗎?不一定。雖然 CMOS 在理論上是支援高像素拍攝,但真正拍攝一張照片,需要經過 SoC、ISP 處理器、運存、存儲芯片……一系列的流水線運作,最終才能將鏡頭前的景物完整保存下來。而為了減輕手機在處理照片時的壓力,日常模式下其實還是常規的 1200 萬像素。

  所以,單憑像素去評判手機拍照品質並不是嚴謹的說法。

  舉個例子,在同等配置下,一台旗艦手機拍攝並處理一張 1200 萬像素的照片,大約需要 0.5 秒。但在拍攝一張 4800 萬像素插值的照片時,就需要花費 1-2 秒。

  因為處理器需要處理比 1200 萬多數倍的像素,而且也要存儲更大體積的數據、消耗更多的電量。

  以 Redmi K20 Pro 為例,1200 萬像素的照片大小是 4.7 MB,而 4800 萬像素則達到了 12.5 MB。同時每張照片從拍攝到處理完成的耗時也從原來幾乎可以忽略不計增加到了 0.5 秒,而這隻是在Snapdragon 855 + IMX586 下的表現,若是中端處理器,處理耗時需要 1 秒或更多。

  另外,在開啟高像素模式後,鏡頭不可變焦、也不可連拍,此時相機的實際功能,除了打了雞血拍出一張高清照片外,其他功能都只能等你在把相機調整為「日常模式」的 1200 萬像素才會恢復正常。

  因此,在相機出品和用戶體驗下,廠商最終還是妥協了後者。儘管單在相機在硬件層面上能夠支援 4800 萬拍攝,但在軟件層面上,它仍然還是用戶的可選功能而已,主力像素依然還是 4800 萬除以 4,即四合一之後的 1200 萬。

  所以,手機廠商追求高像素的 CMOS 有意義嗎?當然有,至少在拍照體驗上,它確實能給你帶來更多的拍攝細節。即便是放大裁切畫面,也能保持清晰的細節顯示。

  但是它所帶來的好處,實際上是營銷層面大於實用層面的。受限於移動網絡和 App 平台的限製,圖片都需要經過壓縮才能上傳,App 內的壓縮機製最終還是會將圖片進行壓縮,繼而方便在移動網絡下發送。

  舉個例子,當我在微博發送一張 13MB、8000 x 6000 大小的圖片,在不點選原圖發送的情況下,這張圖片最後能被壓縮成 162KB 的 1440 x 1080 規格,儘管能顯示出物體的主要輪廓,但細節已經遠不如原圖高像素情況下清晰。

  但是站在廠商角度看,首發一個參數誇張的拍照系統,其影響力總能比優化了哪款遊戲的體驗要強。大部分用戶對性能追求的標準線是「流暢」,但對相機像素的追求,是沒有止境的。

  畢竟,人眼的視覺像素約等於 5 億 7600 萬,想要將眼前所看到的完整保留下來,1 億像素只是個開始而已。

  底大壓人仍然真理,今年主要是表現在像素層面上

  科技圈從古至今一直流傳著一句話,叫做「底大一級壓死人」,哪怕是再參數再高,CMOS 的底子不夠大,這枚 CMOS 就是個弟弟。

  相比起外行用像素數值來取得愉悅,內行法師會看 CMOS 的底,猶如車手看車要看引擎、老編輯總愛講究選哪個鍵盤。

  這裏的「底」其實指的是 CMOS 的感光面積。它就像一個碗,碗越大,能夠盛的米飯(像素點)就越多。

  目前 4800 萬像素的 CMOS 主要有Sony IMX586 和Samsung GM1 兩款,他們都是採用 1 / 2 英吋的設計。

  之後的 6400 萬像素的 ISOCELL Bright GW1 是 1 / 1.7,最近Samsung發佈的 1 億像素 ISOCELL Bright HMX 採用的是 1 / 1.33。

  要是把這三枚 CMOS 擺在一起,就是如此排列:

1 / 2 英吋(4800 萬)< 1 / 1.7 英吋(6400 萬)< 1 / 1.33 英吋(10800 萬)

  當我們把這三款高像素 CMOS 擺在一起,其實已經不難能看到傳感器尺寸隨著像素提升而不斷增大。而在這個排列中我沒有列出的一個信息是,這幾款高像素 CMOS 的單個像素面積都是 0.8μm。

  也就是說,在同等像素面積的條件下,越大的底就能放進更多的像素點,就像用碗盛飯一樣,越大的碗就能盛更多的米飯。

  當然,CMOS 的體積越大,能夠裝進的並不只有「更多」像素點,還有「更大」的像素點。相比於前面幾款 CMOS 以大盛多的設計,更大的像素點能帶來高進光量。

  華為和Sony定製的 IMX600 就是個很好的例子,這個 CMOS 的體積雖然和 GW1 一樣的 1 / 1.7,但單個像素面積卻是 1μm,換來的就是更優秀的暗光成像表現。

  所以底子大,就等於能實現的可能就會更多,高像素帶來的清晰表現、單個像素大面積帶來的暗光表現。它就像手機的 SoC,更強,就意味著能勝任更多的任務。

  實際上,在 0.8μm 的單個像素面積下,6400 萬像素和 1 億像素的 CMOS 也能通過四合一像素合成的方式來提升暗光成像能力。

  比如 6400 萬像素能合成一張 1600 萬像素的照片,1 億像素能合成出一張 2700 萬像素的照片,通過四個小像素合成一個 1.6μm 的大像素,從而以像素點來填補單個像素面積 0.8μm 下的進光量。

  所以,即便是在手機拍照像素從 30 萬進化成 1 億的今天,「底大一級壓死人」仍然是 CMOS 設計的永恒道理。

  ▲ Tetracell 像素合成原理

  1 / 1.33 英吋的底子容納著 1.08 億個 0.8μm 像素點,在特殊模式下能進行比任何一款 CMOS 都要細緻的細節記錄。

  常規模式下,1.08 億個像素雖然在合成後只有 2700 萬,但仍然是目前所有主流手機 CMOS 的最高值,而且單組像素的進光量也比之前提升了一個檔次。

  總的來說,當下更大的 CMOS 尺寸,就意味著能搭載更多的像素點;更多的像素點就意味著更大的合成空間;更大的合成空間,就等於在提升暗光拍攝能力的同時,也能保障在合成後的像素表現。

  不過我並不認為 GW1 或 1 億像素的 HMX 會成為未來旗艦手機的主流配置。他們的像素值雖然高,但主流大廠更偏愛於定製 CMOS,這一點無論是Apple、Samsung還是華為在過去的旗艦產品中都發揮得淋漓盡致。

  旗艦手機的出品必然代表著品牌的頂尖水準和特色,而這裏就必須要通過定製 CMOS 去實現。

  但是定製一款 CMOS 並不容易,也不便宜。根據金融服務公司 Cowen 在之前公佈的信息,一枚 IMX600 的成本價是 300 元,而相比「公版」的 IMX586,成本價是 180 元,只是前者售價的 60%。

  因此,諸如 ISOCELL Bright GW1、HMX 等高像素傳感器更多的是被用在中高端產品當中,通過高像素來換取更多的進光量,並且去兼顧高像素拍照,達到接近定製 CMOS 的一個取中方案。

  高像素相機如何影響手機形態

  Nokia 808 是我印象最深的高像素拍照手機。它所搭載的 CMOS 尺寸達到了 1 / 1.2,要是這款 CMOS 還在的話,它的尺寸就比 1 億像素的 HMX 還要大。

  但是在這 1 / 1.2 英吋的空間里,只有 4100 萬個像素點,因此每個像素點的面積能達到 1.4μm,CMOS 的感光能力在當時堪稱誇張。

  ▲ 圖片來自:Softpedia

  與此同時,高像素特性也給Nokia 808 帶來了「無損變焦」的附加特性。高像素畫質在裁切後依然能提供標準 500 萬像素水平的畫面輸出,進而實現出手機「變焦」的功能。

  簡單來說,在只有一枚鏡頭的條件下,Nokia 808 用 4100 萬像素來換取當時大部分手機都做不到的無損變焦,其實和今天的高像素拍照差不多。

  不過,Nokia 808 最大的問題就是它把後置相機做得很大。那「奧利奧」造型的後置相機和其他手機的後置鏡頭比起來,還真的要大不少。

  這裏的原因其實也很好解釋。手機跟相機一樣,當你用上感光面積更大的傳感器時,鏡頭需要覆蓋的面積就變得更大。如果要讓鏡頭覆蓋更大的面積,那鏡頭的體積也必然會變大。

  這個規律我們也能從 iPhone 5s、iPhone 6、iPhone 7 的後置鏡頭變化中看出來,隨著機身越來越薄、CMOS 尺寸越來越大,相機凸起的程度就越漸明顯:

  從圖表中能夠看到,iPhone 5S 到 iPhone XS 的進化過程中,傳感器面積增大的同時,鏡頭凸起也變得越來越明顯。而在同樣使用 1/3 英吋 CMOS 的前提下,iPhone 7 用上視角更廣的 28mm 鏡頭,鏡頭體積會比用 iPhone 5S 的 30mm 鏡頭大,鏡頭凸起部分就自然更加明顯了。

  顯然,超大尺寸的 CMOS 並不符合之後手機越做越薄的設計需求。

  不過在手機圈當中,Samsung則是以祖傳 1 / 2.55 英吋的 CMOS 成為圈中的一股清流。從 2016 年的 Galaxy S7 Edge 開始,到本月發佈的 Galaxy Note 10,Samsung依然還是給旗艦配置這塊 1 / 2.55 英吋的傳感器。

  可以說是流水的型號鐵打的底,也可以說是以不變應萬變了。

  1 / 2.55 英吋的祖傳規格會不夠用嗎?事實告訴我們不是這樣。儘管Samsung一直保持用這個規格的 CMOS,但模組配置和算法調校卻一直在變化,可變式光圈、AI 後期、多攝……

  因此,即便在過去 4 年里Samsung一直在用 1 / 2.55 英吋 CMOS,但今年的 Note 10+ 仍然能登上 DxOMark 的冠位,而且還將機身厚度控製在 7.9 毫米,其實這裏也是堅持打磨這個 CMOS 的「成果」之一。

  然而,Samsung就打算一直把 1 / 2.55 英吋延用下去嗎,那倒未必。

  1 / 2.55 英吋的 CMOS 在過去 4 年的使用後已經到了發展盡頭,哪怕在觀感上它仍然能保持頂級水準,但在參數上對比 4000 萬像素起步的 CMOS 卻占不到太大優勢,顯然在市場方面並不利於Samsung之後的營銷。

  如何從根本上拔高相機的硬件素質,這裏就要「借」5G 硬件讓手機變大變厚的東風了,在手機內放進一枚更大尺寸的 CMOS 獲得更高像素,突破 1200 萬像素的物理屏障,提升硬件成像表現。

  據悉,Galaxy Note 10 將會是Samsung最後一款採用 1 / 2.55 英吋規格 CMOS 的手機,明年開始Samsung的新旗艦將有望搭載尺寸更大的 CMOS。

  「祖傳 1 / 2.55 英吋」的日子,或許就要到頭了。

  最後我們能預見到的是,在 5G 零件和高像素 CMOS 的影響下,智能手機會繼續保持較厚(7 毫米以上)或鏡頭凸起的設計狀態。而高像素成像所帶來的硬件變革,則是規格越來越高的屏幕解像度、存儲空間和 ISP 圖像處理能力。

  不過在當下,手機拍照依然還是會以 1200 萬像素為主,畢竟要在當前的硬件條件下時刻保持高像素輸出,顯然是個不現實的做法。

  本文來自愛範兒  

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