手机可以拍照_“高像素即正义”热潮下，手机拍照能超过单反？_【快资讯】

【文/科技力量栏的作者陈兴华】

在市场竞争热烈的同时，智能手机制造商的“像素战争”也在不断进化。 2019年初，华为在购买了4800万像素的带摄像头的手机这一年间，vivo、OPPO、三星、红米等先行发布了6400万像素的手机。如今，继联想之后，小米依旧得到三星的支持，1亿像素的手机也大量生产出来了。

有趣的是，手机相机的像素数已经超过了中等像素相机，但是近两年前发表的1亿像素中等像素相机的价格接近32万，而拥有1亿像素的美国CC9 pro的销售价格只有2799元。 在“画素正义”这个假概念时代，高画素智能手机不断收购友商乃至照相机行业的市场。

现在，手机制造商利用AI算法陆续攻击夜间拍摄、手抖补偿、虚弱化、变焦等相机功能，应用于智能手机，预计式、TOF、超广角、望远镜头也在手机上登场。 因此，以手机和照相机为中心拍照的优劣之争成为焦点。 那么，手机的照片真的会取代照相机和单镜头反光镜吗？

同样的像素是“底部最大的是压住死者”

11月5日，美国在北京发布了1亿像素手机美国CC9 Pro。 这款手机相机是每款手机最好的作品，总共1亿像素，拥有10倍混合光学变焦、50倍数字变焦、1200万人物、2000万超广角和1.5CM超微距镜头，最终与华为Mate 30 Pro一起驱动，DxOMark相机

有趣的是，小米在发表会上用“像素的名字”将手机和一系列的照相机进行了比较。 很明显，1亿像素成为手机营销的卖点。 但是，2019年初，美国手机照相机的另一个逻辑似乎更加真实。 雷军当时在推特上强调:相机最中心的是感光部件的面积，通称“底”是分辨率*点尺寸。 基本上画质变好。

那么，再来看看是“底一级压死者”还是“高像素即正义”。 已知像素数与最终成像的解析能力密切相关，理想的是像素数越多，照片的解析能力越好。 但是，像素越高不就越好吗，不是吗？。 因为相同数量的像素的像素面积可能不同。

每个像素的面积足够大，捕捉到足够多的光，记录更多的信息，照片的画质变好，反之亦然。 一个CMOS图像传感器( CIS )有多少像素可以容易地理解将该传感器分成多少部分。 可以在同一传感器上将6400万个小块作为受光点进行分割，也可以将1亿个小块作为受光点进行分割。

感光点从数量增加，对应的像素也从6400万增加到了1亿，但是每个像素的感光面积变小了。 雷军所说的“底大一级压死者”，是因为其像素相同，单位像素的受光面积越大，入光量越高，容忍度、暗光等的表现就越好。 这样，单位像素的受光面积才是决定真正的照片画质的关键。

图源:富士数字公式微博

相同的1亿像素的手机和照相机，由于照相机的传感器大，受光元件接收的光量多，拍摄的照片细节多，噪声少，画质好。 有趣的是，小米发表了1亿像素的镜头后，富士数码官方微博发表了照片，小米将CC9 Pro的传感器p放入照相机，暂时迎来了很多网民的聊天。

然而，减小像素和增大CMOS图像传感器也是近十几年来的总体技术趋势。 研究机构TechInsights统计了近20年手机图像传感器、像素尺寸的趋势。 很容易看出像素变小了。 即使是索尼的4800万像素、三星的6400万/1亿像素传感器，像素尺寸也在0.8μm的节点。

基于0.8μm大小的1亿像素CMOS图像传感器，在抓住眼球的同时，也是下一代技术的扩展。 为了容纳这么多的像素，CIS的总尺寸正在变大。 索尼imx5864万像素CIS尺寸为1/2英寸，三星GW1 6400万像素CIS尺寸为1/1.72英寸，三星的1亿像素CIS尺寸为1/1.33英寸。

图/电子工程专辑

因此，虽然CC9 Pro的1亿像素的含义并不小，但是其1/1.33的大底CMOS才是这里的移动电话优于其他移动电话的地方。 1/1.33英寸和单镜头反光/微单镜还有水平差别，但是在手机领域几乎没有，而且接近1英寸的小DC。 当然，增大CIS意味着光学结构的成本、技术难易度大幅增加。

镜头、快门、处理器等硬件自然很重要

按照照相机拍摄的逻辑顺序，镜头-测光/快门-传感器-处理器( ISP )进行操作。 虽然大小不同，但无论是单反的巨大镜头，还是手机的镜头组，“基本构造”都是一样的。 多片透镜的前后的组合实现了透镜外光的捕捉，确保经过多次折射，垂直入射到快门/传感器表面。

另一个镜头的重要光学参数是光圈，也称为光圈系数。 光圈系数=镜头焦距/光圈孔径。 光圈系数越小，入射光量越大，但每个光圈系数的级别，实际入射光量存在倍数的差异。 另外，为了使一张照片的曝光完美，光圈越大，快门越快。相反，光圈越小，快门也越慢，照片的入光量得到充分确保。

照相机中，手机、照相机镜头、光圈等通常存在几个等级的天然硬件结构的差异。 而且，这些核心设备的空隙，靠空间狭小的手机的极限几乎无法弥补。 另外，透镜的光圈、焦距参数不会直接影响成像画质。 那么，透镜部分的什么因素直接影响画质呢？ 这就是透镜的结构(模块)，即材料。

结果显示，大多数高级卡片微机或单镜头反光、微透镜都具有复杂的光学结构、多片玻璃光学透镜、昂贵的特殊材质透镜和昂贵的涂层膜。 使用这些重磅材料保证了当光在镜头内部反复折射时，将损失抑制到最小。

但是，即使是没有高级透镜的材质，没有精密的多片非球面透镜，没有优质的光学涂层膜，经常被认为是“优质价格”的iPhone，在透镜外侧露出的蓝宝石玻璃中也含有杂质，强度下降。 发现其他制造商也经常不注意手机的镜头。 手机镜头模块的成本通常是几十元。

然而，手机用户也不必太悲观。 现在的智能机阵营中，华为和莱卡合作改善了手机的镜头模块，Moto和哈索开发了相机模块，华硕直接和华硕与日本着名的镜头品牌HOYA光学合作等，他们已经有了10枚包括非球面、低色散等元件在内的精密HOYA镜头

单镜头反光相机中，按下物理快门按钮打开后，光从镜头入射到受光元件。 快门遮挡光线就结束了。 但是，由于便携式电话的照相机模块没有遮挡光路的物理快门，因此成像处理传感器具有将光信号转换成电信号的功能。 电子快门的本质是传感器的“自拍”，与物理快门的作用也不同。

另外，为什么移动电话ISP (图形信号处理)和照相机图像主机的性能也存在差异？ 另一方面，由于手机支配着一块土地，ISP只是其中“相对不重要”的组成部分，手机制造商在功耗和成本因素上妥协的照相机的主要作用是拍照，主要是将大部分面积和能源消耗用于ISP的部分，自然性能更强

但是手机比照相机有很大的好处。 主流手机主导的流程现在已经发展到7纳米，超出了现有PC处理器的标准。 反视摄像机怎么样？以几家大型摄像机厂商受欢迎的富士通Milbeaut芯片为例。 最新一代刚刚升级了低电压流程，只有45纳米，几乎是2010年前后的PC处理器水平。

高像素背后的技术，芯片

在CMOS图像传感器中，相机对于手机是“底力一级压死者”，手机制造商也在不断改善这种状况。 据电子工程网报道，摄影中像素收集光子的过程，就像在某个空地上放置盆栽，下雨的时候落到盆里一样。 可以将一个像素充满光子的能力定义为“充满井的容量”。 也就是说，花盆能放多少雨水。

图/电子工程相册，以下相同

现在，像素尺寸变得这么小，进一步变小的情况下，增加全阱容量的方案是增加“阱深度”。 像素陷阱的设计需要制造商反复试验，早在1.0μm像素时代的active Si厚度为2.5-2.7μm，现已深入到3.9μm。

实际上，即使是不喜欢采用高像素相机的手机制造商，像素陷阱也有变深的倾向。 但是，如果像素阱变深，则在相邻像素之间容易发生串扰。 目前，移动电话CIS解决串扰问题的技术热点在于深沟道分离技术( DTI )，在各个像素阱之间加以阻断，以避免串扰。 在今年的MWC 2019上海展览会上，三星宣传了这一DTI技术，在市场宣传上被称为ISOCELL。

上图索尼和三星的最新0.8μm像素，两者的像素遮断差较大。 索尼采用B-DTI，但三星用的F-DTI方案必须采用VTG，因此其阻断比较完整。 这似乎也是现在三星力量的宣传点。 另外，索尼用的氧化物填充B-DTI被截断为150nm宽，三星为110nm。

随着像素变小并且有源si的厚度变大，DTI结构本身也继续进化。 与DTI对应的钝化技术是当前像素越小越重要的要点。 如果说高像素真的会因为搞笑而画质变差的话，三星、索尼、OmniVision等制造商为什么要花费大量的成本来开发这样的技术呢

除DTI外，近一两年手机CMOS图像传感器领域的另一项流行技术是芯片堆栈，技术核心是芯片到芯片的互联。 与索尼应用“Stacked”堆栈技术的Exmor RS图像传感器产品不同。 当时的stacked技术通过使像素周围的电路向下层移动，使得电路不需要占据像素的表面的位置而使得像素的受光开口变大。

所谓现在的芯片堆栈，是指将CIS、ISP、DRAM这3层重叠起来。 从结构上讲，堆栈CMOS是背光CMOS的新版本，具有高像素化、高性能化、小型化特征。 背光CMOS和堆叠CMOS均为2层，在iPhone XS耶和华为P30 Pro的照相机中，索尼使用6.0μm间距的Cu-Cu混合连接代替了TSV (硅穿孔)互连。

目前，索尼的MotionEye™照相机堆栈存储器芯片传感器已经采用了3层堆栈方式，该传感器的核心技术是在像素层和信号处理电路层之间放入DRAM缓冲器形成夹层结构，是真正的3层互连。 三星的“三层”堆栈将DRAM die倒装芯片放置在ISP和CIS双die堆栈的后面，DRAM将RDL层和高纵横比TSV融合到ISP中，实现了连接。

在CMOS影像传感器领域，现在索尼和三星被称为两雄。 实际上三星今年5月推出了4800万像素输出的GM2 CIS，索尼更早在IMX586上实现了支持，在市场上具有更广的地位。 这是索尼技术领先的实例。 然而，三星在CIS和像素细节制造方面掌握了技术优势。 这也是抢夺6400万像素甚至1亿像素产品的理由。

图源: counterpointresearch

手机照片整体升级，追逐照相机

在拥有数百个零件的智能手机的内部空间可以说是“寸土寸金”。 这意味着手机照相机镜头的传感器自然地受到尺寸限制，无法与照相机或单反相机进行比较。 但是，在激烈的市场竞争下，手机照片的改善和升级显然比预期的要快。

目前，许多高像素蜂窝电话支持所谓的像素四合一技术，其中，传感器在成像时通过排列四个相邻的传感器像素来形成大像素。 明亮的照明条件下可拍摄超高像素的照片。暗光条件下，通过增大各个像素的面积，提高画质。 “昼夜兼顾”才是能拍摄1亿像素的手机比照相机更强的场所。

值得注意的是，像素四合一技术也存在技术上的差异，以4800万像素传感器为例，索尼IMX586“硬件达到4800万分辨率”，而三星g m 1“ai超分辨率输出为4800万分辨率”。 因此，三星的照相机被怀疑是“假4800万像素”。

其实，如果手机能够填补与单镜头反光的间隙的重要阵地是算法的话，结果硬件是如何升级的，自然会受到限制，所以现在无法与单镜头反光相比。 但是，为什么现在的智能手机在夜间也能拍到鲜明的照片呢？ 这是利用芯片的强大运算能力和AI保持的照相机算法，直接处理照片进行“补充”的。 很多人发现了华为手机的夜间拍摄功能很好，实际上基于麒麟芯片的AI算法功能也很大。

华为消费者业务CEO馀承东在发表会上展示了P3O Pro拍摄的月亮照片

近年来，HDR功能也越来越强大，相机的清晰度、颜色的调整更加精致，更加具有超夜景这一“逆天”技能。 显然，可以提高软件上照片的后期水平，填补硬件上的缺口，这也可以使手机拍照满足一般用户的最佳需要。 可以找到很多手机照片优化应用程序和应用程序。

并且，与高像素相比，多拍摄的体验提高似乎更大。 目前主流的三影组合是高像素相机、望远相机和超广角相机(或ToF镜头)，能够满足日常使用过程中清晰拍摄、远距离拍摄、广场景拍摄的各种需求。

随着相机技术的成熟，专业摄影对手机镜头的要求越来越高，产生了潜在的镜头等。 “潜望镜式变焦”透镜通称为“内变焦”透镜，光学变焦在主体内部完成，因此能够简单地安装滤镜，不需要另外安装透镜镜筒。 但是，照相机并不是越多越好，只要能充分发挥主要的摄影功能即可。

华为P30 pro镜头组合，角为潜望式镜头。

光学变焦成为手机制造商的一大卖点。 未来的光学变焦倍率进一步发展，以5x到10x的光学变焦为主流。 潜在的设计大大缩小了镜头模块的高度，实现了手机薄型化的倾向，引领了新相机领域的升级。 进一步弥补单镜头反光拍摄的硬件之间的差距。

现在很多手机制造商的智能手机，不仅镜头增加，算法也在推进，模块变大，像素也在增加。 另外，包括夜景、虚弱化、手抖修正、变焦、像素等要素而构成的移动电话的拍摄能力，在移动电话制造商的激烈竞争下，与照相机、单反照相机的整体差异进一步部分地超出，逐渐有“逼近”的单反、微创的发展现象。

结语

决定照片表现的因素很多，镜头传感器、快门、处理器、ISP等硬件对图像产生很大影响，但AI算法、软件优化的重要作用不容忽视。 现在，总体来说，照相机、单镜头反光摄影在同等或近似的条件下比手机有很多优点，但在软件的提高、AI算法、芯片技术等方面，手机摄影的表现已经领先于照相机。 当然，手机和照相机的拍摄差异也因具体的使用场景和需求而不同。

摄影是一种全面平衡的综合体验，摄影技术的发展不仅要考虑像素的线性提高，还要考虑多方面的“和谐”问题。 例如，最近公布的美国CC9 Pro，由于处理器的性能弱，以一亿像素模式拍摄需要很长的处理时间，会影响体验。 由此可见，软硬协同的系统影像技术框架是未来影像领域的重大探索发展方向。 很明显，“不前进就不退出”的相机和单反相机制造商，有必要赶上手机制造商的技术革新步伐。 总有一天，用手机拍摄也许会取代相机和单反相机