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手機攝像頭的結(jié)構(gòu)和原理大揭秘

影響手機攝像頭性能的一些關(guān)鍵因素

像素

通常所說的“XXX萬像素”實際是指相機的分辨率,其數(shù)值大小主要由相機傳感器中的像素點(即最小感光單位)數(shù)量決定,例如500萬像素就意味著傳感器中有500萬個像素點,和手機屏幕中的像素數(shù)量決定屏幕是720p或1080p分辨率是一個道理。

像素決定照片質(zhì)量?

通常會以為相機像素越高,拍的照片就越清晰,實際上。相機的像素唯一能決定的是其所拍圖片的分辨率,而圖片的分辨率越高,只代表了圖片的尺寸越大,并不能說明圖片越清晰。

高像素的優(yōu)勢在哪里呢?

更高像素的相機所拍圖片的尺寸更大,假如我們想把樣張打印出來,以常規(guī)的300像素/英寸的打印標(biāo)準(zhǔn)來計算,1300萬像素相機所拍的4208×3120像素樣張,可打印17英寸照片,而800萬像素相機的3200×2400像素樣張,打印超過13英寸的照片就開始模糊了。很顯然1300萬像素相機樣張可打印的尺寸更大。

傳感器

既然像素不是決定圖片質(zhì)量的關(guān)鍵因素,那么誰才是呢?答案是傳感器。

相機傳感器主要分兩種:CCD和CMOS。CCD傳感器雖然成像質(zhì)量好,但是成本較高,并不適用于手機,而CMOS傳感器憑借著較低的功耗和價格以及優(yōu)異的影像品質(zhì),在手機領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。

CMOS傳感器又分為背照式和堆棧式兩種,二者系出同門,技術(shù)最早都由索尼研發(fā),索尼背照式傳感器品牌名為“Exmor R”,堆棧式傳感器為“Exmor RS”。

相對來說,傳感器尺寸越大,感光性能越好,捕捉的光子(圖形信號)越多,信噪比越低,成像效果自然也越出色,然而更大的傳感器卻會導(dǎo)致手機的體積、重量、成本增加。

背照式傳感器的出現(xiàn),有效的解決了這個問題,在相同尺寸下,它使傳感器感光能力提升了100%,有效地改善了在弱光環(huán)境下的成像質(zhì)量。

鏡頭

鏡頭是將拍攝景物在傳感器上成像的器件,相當(dāng)于相機的“眼睛”,通常由由幾片透鏡組成,光線信號通過時,鏡片們會層層過濾雜光(紅外線等),所以,鏡頭片數(shù)越多,成像就越真實。

光圈

光圈由鏡頭中幾片極薄的金屬片組成,可以通過改變光圈孔的大小控制進入鏡頭到達傳感器的光線量。光圈的值通常用f/2.2、f/2.4來表示,數(shù)字越小,光圈就越大,兩者成反比例關(guān)系。

它的工作原理是,光圈開得越大,通過鏡頭到達傳感器的光線就越多,成像畫面就越明亮,反之畫面就越暗。因此,在夜拍或暗光環(huán)境下,大光圈的成像優(yōu)勢就更明顯。

除了控制通光量,光圈還具有控制景深的功能。生活中,我們時常會看到背景虛化效果很強的照片,不僅突出了拍攝焦點,還具有很唯美的藝術(shù)感,而這就是所謂的景深。光圈開的越大,景深越小,背景虛化效果就更明顯。

手機廠商的噱頭知多少?

關(guān)于后置攝像頭

通過上面的介紹,我們已經(jīng)知道,拍照好壞,不僅僅取決于像素多少,還取決于傳感器感光面積等(為了便于解釋,這里用單像素尺寸面積代替)各項硬件參數(shù)和軟件優(yōu)化(比如軟件算法支持)等多個方面。這幾年蘋果華為三星的旗艦手機主攝像頭都是1200萬像素,大街上的某些大廠用到了2000萬像素,拍照水平反而不占優(yōu)勢的原因就在這里。

這涉及三個主要的因素:像素數(shù)量、單像素面積、軟件算法。

說得通俗一點,像素數(shù)量 X 單像素面積 = 實際感光面積。感光面積越大,拍照越清晰。

打個比方這樣(數(shù)字僅做參考,不代表任何廠商參數(shù)):

一個1200萬像素的攝像頭,單像素尺寸是1.25μm,那么其感光面積=1.25*1.25*1200萬=1875萬平方微米

一個2000萬像素的攝像頭,單像素尺寸是0.9μm,那么其感光面積=0.9*0.9*2000萬=1620萬平方微米

也就是說,前者1200萬像素的手機比后者2000萬像素手機的感光面積還要大,這樣一來,蘋果華為三星的1200萬像素拍照水平,不比某些廠商的2000萬像素差,就不難解釋了。

再說自拍

自拍是區(qū)別于正常拍照的。這個主要取決于各個廠商的算法差異,有的傾向于美白,有的傾向于真實,有的傾向于唯美......反正是各不相同。這類算法,技術(shù)難度比普通拍照簡單得多,比較容易實現(xiàn)。

自拍800萬像素足夠,如果是大像素,400萬像素也能達到非常好的效果。

至于那些2000萬像素自拍,就是瞎胡鬧,通過“美顏、磨皮”之后,就算是100000000萬像素也還是一樣的效果,純粹就是噱頭。

再就是軟件算法。這是廠家的核心技術(shù),一般不會對外的,比如現(xiàn)在的雙攝算法,其實就掌握在少數(shù)三兩家廠商手中。某些廠家跟風(fēng)盲目上雙攝,卻沒有核心技術(shù),又不舍得花錢去買,出現(xiàn)R11那種“假雙攝”的也就不足為怪了。

手機多攝像頭靠譜兒嗎?

目前手機后置雙攝已經(jīng)普及,主要有兩種方案:一種是廣角鏡頭+長焦鏡頭方案,這種方案的側(cè)重點在于光學(xué)變焦,通過在兩顆不同焦距的鏡頭之間切換,來實現(xiàn)(通常是)2倍光學(xué)變焦;另一種方案是彩色鏡頭+黑白鏡頭,通過彩色鏡頭記錄整體畫面,黑白鏡頭記錄畫面細節(jié)及增加曝光量,這種方案的側(cè)重點是提升畫面細節(jié)及暗光環(huán)境成像效果。通過雙攝,這兩種方案都能能帶來“人像模式(背景虛化效果)”。

不可否認的是,多攝像頭確實給我們帶來了很多手機單攝像頭無法實現(xiàn)的功能:大光圈的淺景深虛化效果、更加多樣化的拍攝環(huán)境適應(yīng)。

理論上說,想要手機拍攝擅長哪個方面,就在手機上加一顆專門用于這個方面拍攝的攝像頭,專職化利用,這樣就能滿足用戶對手機拍攝更加專業(yè)化的需求。所以,在手機上看到更多鏡頭的可能性也不是完全沒有。

多后置攝像頭的趨勢還是值得一觀的,不僅僅是這些系統(tǒng)能提供更精細的圖像和更廣泛的攝影范圍,同時智能手機攝像頭軟件可以根據(jù)你拍攝的環(huán)境快速且智能地優(yōu)化照片設(shè)置,無論是低光、廣角、遠處的場景,還是近距離拍攝一個人。這樣的手機可以根據(jù)需要同時使用兩個攝像頭,而不需要用戶去切換不同的模式或者調(diào)整復(fù)雜的相機設(shè)置菜單。這并不是說,這些手機不提供這樣的設(shè)置:iPhone的肖像模式能夠被啟用來自拍和拍攝肖像,突出拍攝對象的臉,而不是她的背景環(huán)境。P20 Pro也有一個夜間模式,給你提供長達6秒鐘的曝光時間來拍照,從而免去三腳架的需要。

當(dāng)然,也需要注意的是,不論多攝像頭拍照效果如何,這種比拼硬件的做法本身就不太適合手機行業(yè),越來越多的鏡頭,越來越高的價格,最終買單的還是消費者。而且現(xiàn)在的智能手機本身性能過剩,繼續(xù)進行這些沒有意義的比拼顯得有些雞肋。

標(biāo)簽: 攝像頭

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