手机拍照进化史:看得见的数字,与看不见的创新

业界 作者:亿欧网 2020-12-07 15:40:29 阅读:112
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全文2593,阅读约需5分钟


文 | X科技实验室


最近几年,手机的创新,往往体现为像素的无限增加,摄像头数量的不断增多。


不过有人会怀疑,单纯怼参数,也能算创新吗?当然算,最近10多年,摄像头一直是手机中最重要的元器件之一。回望过去,诺基亚、三星、夏普,推出过的这些奇葩造型手机,都是工程师不断探索手机拍照极限留下的印证。


而手机拍照从最开始的聊胜于无,走到今天的1亿像素、后置5摄,这个过程,其实是用创新能力将一个个不可能化为可能的过程。




 

奏鸣曲:提升像素数


去年年底,小米CC9 Pro发布,号称是第一款1亿像素手机。


与20年前全球第一款搭载摄像头的手机,夏普J-SH04的11万像素相比,数字提升了将近1000倍。


过去20年,诺基亚、三星、苹果、华为等不同时期的手机巨头,突破了一个又一个手机像素数字的极限。而像素数的提升,也确实给手机拍照质量带来了长足的进步。


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但你是否想过,为什么用了20年,像素才变成1亿,为什么没有厂商直接做个10亿像素的手机呢?


相机成像的原理,是物体发出的光穿过一组透镜后,映射在传感器的阵列上,阵列上的光信号会转化为电信号,再以数字信号输出,才形成了我们在屏幕上看到的照片。


这里面最关键的元器件是传感器,传感器面积越大,成像质量越好。而像素数,就是在传感器上分割出了多少个感光点。比如1200万像素就是在传感器上分割出了1200万个感光点。



目前较主流的提升手机像素的方法,是一边略微扩大传感器面积,一边尽量缩小感光点面积。


比如对比华为的两代旗舰机型,P30Pro和P40Pro,主摄的传感器尺寸从 1/1.7 英寸扩大到1/1.28英寸,同时像素也从4000万提升到5000万。


可惜的是,当光学原理应用在当下的技术工艺上时,传感器的扩大变得十分艰难,手机厚度这一项要求,就严重阻碍了这件事的发展。


刚才提到的P40 pro使用的传感器,已经是当今最大的手机传感器,这款由索尼生产的传感器与单反相机相比仍是小的可怜。



另外一面,缩小感光点面积也不轻松,感光点面积的缩小意味着照片能展示更多的细节,不过同时带来了大量的副作用,比如在光线不是很好时,更多的像素会加剧照片的模糊程度。


不同像素摄像头对比(白天&夜间)


另外越多的像素也对手机运算能力要求更高,使用1亿像素手机的用户肯定深有体会,开启1亿像素拍照,总是要等待好几秒钟,才能完成拍摄。


这也就是为什么没有厂商直接做个10亿像素手机的原因。



 

协奏曲:增加摄像头


当单个摄像头像素提升变得越来越困难时,厂商们开始尝试用数量来解决问题。


从2016年,华为P9搭载后置双摄像头开始,主流机型后置摄像头的数量,就以接近1年1个的速度持续增加。今年华为推出的两款旗舰机型,后置摄像头数量均达到了5个。



现在最流行的多摄解决方案是,利用主摄、广角、长焦等不同摄像头的属性,应对不同场景分别发挥长处。能独立工作的同时,多个镜头也会相互配合,将不同摄像头的取景进行合成,从而优化拍照质量。



今天我们能轻易地调侃iphone20可能的样子,甚至千元机都已经能安排个后置4摄。


但在4年前,对工程师来说,突破性地让多个镜头组合在一起,并能配合工作发光发热,这个过程却是异常艰难。


我们知道,手机摄像头由镜头、马达、传感器等一系列元器件组合封装而成。


当手机摄像头变多之后,组装摄像头的过程,不仅需要保证单个摄像头的封装质量,还要让各摄像头的光轴保持平行,摄像头模组的生产也就必须配备更精密的生产工艺,比如需要引入自动对准技术。



我们以华为的多摄模组主供应商舜宇光学为例:


有专业机构计算过,这家来自中国宁波的厂商2018年的设备成本,以7*24小时的效率工作,要达到每月100万颗双摄模组的产能,设备投资需要约4600万元,另外还需要大量技术熟练的生产线工人。



由此可知,当年想制造高质量的双摄手机并非易事。


这还不算完。为了调动多枚摄像头相互配合,实现背景虚化、图像合成、夜景高清等功能,软件算法的支持是必不可少的,这看似简单的事情,需要相机工程师们无数次的测试,才能实现。


多摄手机的花洒、浴霸、火箭炮等等造型,消费者褒贬不一,但你可能从没想过,这每一枚摄像头模组背后,凝聚着的是全世界最优秀的手机工程师的智慧和发量。




 

变奏曲:非光学镜头


手机行业发展到今天,当千元机都已经拥有千万像素,后置四摄的“豪华配置”。


一些富有创新精神的厂商们开始另辟蹊径,在光学镜头之外做起了文章。


今年苹果在iPhone 12 Pro系列上增加了一枚激光雷达,利用激光束,可以测算物体离手机的大致距离,用来辅助暗光环境下对焦的同时,也很大幅度提升了AR的能力。


华为在刚刚发布的 Mate 40 保时捷版中则是在摄像头模组里加入了红外测温模块,在手机上实现了测温功能。



可以预见,未来几年,这种非传统光学镜头,或许将会越来越多地被搭载在手机上,成为手机新的创新标识。


手机像素的持续提升,摄像头数量的不断增加,拍照效果的持续优化,都离不开无数工程师的不断突破创新,是这些创新者的努力,才让我们随时可以按下手机快门,就能把生活中的美好记录下来。





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