手機攝像頭如何拍出好照片

先來談?wù)凴GBW傳感器

在智能手機領(lǐng)域，CMOS傳感器一統(tǒng)江湖，而RGBW就是基于CMOS之上的技術(shù)（圖1）。簡單來說，CMOS是由無數(shù)個單色像素小點組成的陣列，要想為我們呈現(xiàn)一個彩色的“視界”，就需要在圖像傳感器前面增加一個布滿濾光點且與下層像素點一一對應(yīng)的濾光層。

其中，每一個濾光點只能通過紅（R像素）、綠（G像素）、藍(lán)（B像素）之中的一種顏色，而在每個綠點的四周都分布著2個紅點、2個藍(lán)點、4個綠點，最終R像素、G像素和B像素會呈現(xiàn)出1：2：1的比例分布（圖2）。這些RGB三色經(jīng)過調(diào)和計算可以組合出各種顏色，于是CMOS采集的信號在經(jīng)過一番處理后就能拍出彩色照片來了。

顧名思義，RGBW的原理就是用一個白色（W像素）的濾光點，替換原1：2：1比例紅綠藍(lán)（RGB）三色之中的一個綠色濾光點，組成四種顏色后再進(jìn)行計算。這么做有什么好處呢？

RGBW傳感器的優(yōu)缺點

由于濾光層中的紅、綠、藍(lán)三色濾光點在透過一個顏色的同時會過濾掉其他顏色，這就導(dǎo)致光線損失過多而降低了亮度。而白色濾光點不會過濾光線，此時透過濾光層照射到CMOS上的光線就會更多（圖3），從而起到增加亮度、減少光環(huán)境下噪點的功效。華為稱RGBW傳感器能幫P8提升照片32%的亮度（高對比度），低光環(huán)境下降低78%的彩色噪點，聽起來貌似好處多多。

實際上，索尼早期IMX135（1300萬像素）和IMX134（800萬像素）堆棧式傳感器理論上就已支持RGBW編碼技術(shù)，但最終索尼卻沒有將該技術(shù)付諸實施。原因很簡單，RGBW存在一點點“副作用”。

我們都知道，每一個CMOS傳感器上的像素點陣數(shù)量都是有限的，當(dāng)RGBW將四分之一的綠色點換成了白色，這就意味著色彩信號下降了四分之一，這種原始信號的減少將導(dǎo)致色彩飽和度的下降和色彩層次的丟失。當(dāng)然，我們可以通過后期“軟處理”強行提高色彩飽和度，但色彩層次感的下降卻是很難通過后期ISP的算法來優(yōu)化解決的。

因此，在跳過IMX200（2070萬像素）、IMX214（1300萬像素）、IMX220（2070萬像素）、IMX240（1600萬像素）等傳感器之后，索尼最終才在最新的IMX278傳感器（1300萬像素）中引入了RGBW編碼技術(shù)，而這顆IMX278傳感器也就有了“RGBW傳感器”的稱號。

像素靠邊站 傳感器是王道

繼續(xù)前面的話題，智能手機清一色都是800萬、1300萬、1600萬、2070萬像素攝像頭（圖4），為什么會出現(xiàn)1300萬不如800萬，或是兩款同屬1300萬像素的手機拍照效果也會大不同呢？

首先我們需要淡忘像素值，1300萬像素只代表能拍攝出比800萬像素更高分辨率的照片，但絕不代表拍照效果。iPhone 6/6 Plus憑借一顆800萬像素攝像頭秒殺一眾Android旗艦就足以說明問題，影響手機拍照效果的最核心要素其實是CMOS傳感器型號（圖5）。目前智能手機領(lǐng)域的傳感器品牌主要以三星ISOCELL、索尼IMX和豪威OV三家為主，而索尼堆棧式IMX傳感器更是占據(jù)了90%以上的中高端智能手機市場份額，因此本文后面的內(nèi)容也將以索尼傳感器為主。

比如索尼IMX135和IMX214都是1300萬像素堆棧式CMOS傳感器，但I(xiàn)MX214是IMX135的升級版，不僅支持1300萬像素每秒30幀高動態(tài)范圍（HDR）輸出，還減少了片上微透鏡與感光二極發(fā)光管之間的距離，使其相比IMX135擁有更高的集合光線效率（圖6）。

而索尼自家的Xperia Z3和Xperia Z2手機都是2070萬像素攝像頭，但由于Z3武裝的是IMX220傳感器（ISO范圍是50～12800），而Z2則為上一代的IMX200傳感器（50～6400），前者還具備更大的廣角與更小的對焦距離等優(yōu)勢，所以Z3無論是夜拍環(huán)境還是日常拍攝效果都要領(lǐng)先Z2很多。

問題來了，如果說CMOS傳感器是影響手機拍照效果的最核心要素，那理論上只要CMOS傳感器相同，兩款手機的拍照效果應(yīng)該一模一樣才對。那實際和理論為什么出現(xiàn)了偏差？

決定拍照效果的“三駕馬車”

無論是瀕于淘汰的傳統(tǒng)DC、高端的單反機還是時下正熱的小巧手機，都是由影像傳感器、光學(xué)鏡頭和影像處理器這“三駕馬車”決定實際的拍照效果，而這三駕馬車也會遵從“木桶原理”，共同影響輸出圖像的質(zhì)量。

有人說，索尼Xperia Z系列手機拍照很出色，是因為Exmor RS傳感器（CMOS）、G鏡頭（鏡頭玻璃）、BIONZ影像處理器（ISP）構(gòu)成了Xperia系列影像系統(tǒng)的三駕馬車（圖7）。實際上，所有的智能手機都包含上述三個要素，只是不同方案的搭配，最終會呈現(xiàn)截然迥異的結(jié)果。Exmor RS傳感器的重要性前文已經(jīng)介紹過了，接下來我們再來談?wù)勭R頭和ISP。

我們都知道，光線中包含紅外線等諸多“雜光”，未經(jīng)過濾處理的光線直接通過CMOS傳感器時會嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。因此，在CMOS傳感器的前面需要加入用于濾光的玻璃，也就是所謂的“鏡頭”。需要注意的是，這個鏡頭可以由數(shù)量和材質(zhì)不等的透明鏡片組成。

比如，絕大多數(shù)低端手機都是由5層塑料鏡片組成，我們就稱其為5P鏡頭；中端機則多由4層塑料鏡片+1層玻璃鏡片組成，我們就應(yīng)當(dāng)稱其為4P1G鏡頭（也能稱為5P鏡頭）；而很多熱門手機則會將那1層普通玻璃鏡片換成藍(lán)玻璃濾光，或是改用更高級的5P1G鏡頭（又稱6P鏡頭）?？傊R頭的片數(shù)越多（圖8），成像就越真實。

至于IPS，我們可以將它理解為攝像頭的“大腦”。這顆芯片負(fù)責(zé)對傳感器采集的信號進(jìn)行線性糾正、噪點去除、壞點修補、顏色插值、白平衡校正、曝光校正等“優(yōu)化”（圖9）。如某款手機4K錄制的幀數(shù)更高、美顏效果更自然、抓拍速度更快，這些都是ISP芯片的功勞。

由于ISP芯片成本相對較高，所以更多的品牌喜歡使用CPU內(nèi)集成的ISP芯片（比如高通驍龍?zhí)幚砥骶图蒊SP），最終成像效果取決于手機廠商自己對相機其他組件和軟件系統(tǒng)的調(diào)校與優(yōu)化。而一些“講究”的手機便會采用獨立ISP改善拍照效果，索尼手機專用的BIONZ影像處理器、三星Note4和美圖秀秀等手機常用的富士通獨立ISP芯片（圖10）。一般來說，獨立ISP芯片都是手機廠商向ISP提供商定制，三星Note4就把ISP硬件和后期調(diào)校都交給了富士通，所以獨立ISP與相機其他組件的契合度更佳，成像也有屬于自己的風(fēng)格和特色。

不可忽視的“軟實力”

當(dāng)兩款手機采用了同款CMOS傳感器，鏡頭和ISP規(guī)格相似時，為何拍照效果還是會出現(xiàn)不同的風(fēng)格呢？這個問題的答案就是手機廠商的“軟實力”了。

比如，索尼Xperia Z3和魅族MX4 Pro采用的都是IMX220傳感器，且均配有獨立的ISP芯片，但通過用戶的實際對比來看，還是索尼Xperia Z3的拍照效果更為優(yōu)秀一些。當(dāng)然，這可能是索尼對自家芯片的理解力更好有關(guān)。但是，三星Note4的IMX240傳感器規(guī)格貌似不如IMX220，但網(wǎng)友對其的評價卻要優(yōu)于索尼Xperia Z3，在這背后就是廠商對攝像頭軟件優(yōu)化部分的實力體現(xiàn)了。

用同一款單反相機拍攝相同的畫面，不同用戶拍攝的照片肯定存在優(yōu)良中差，而這背后源于用戶對當(dāng)前光線、角度、ISO等參數(shù)的設(shè)置不同。手機也是一樣，攝像頭軟件默認(rèn)會工作在自動模式下，它會根據(jù)光線、距離和對焦點自動微調(diào)ISO和對比度等參數(shù)，所以拍照效果自會不盡相同。有些手機拍照的色彩還原度更真實，而有些手機拍照的色彩更鮮艷討好眼球，就是這個道理。

為了讓普通用戶可以拍攝更專業(yè)的照片，已經(jīng)有不少廠商在APP方面做出努力了。比如OPPO在拍照APP里可以下載豐富的拍攝模式插件（圖12），而努比亞手機則提供了更為專業(yè)的手動拍攝模式（圖13），其目的就是讓用戶在特殊環(huán)境時使用指定模式，從而拍攝出更讓你滿意的照片。