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從11萬像素到4000萬三攝,我們回顧了手機拍照技術的18年成長之路

圖片來源@視覺中國

用手機拍照,已成為大多數人習以為常的動作。上到白髮蒼蒼的老人,下到剛會玩手機的小孩,誰都可以拿起手機,打開攝像頭去記錄自己的生活。

從最早的手機拍照概念被提出,到現在成為手機上不可或缺的一項功能。短短18年間,手機上的這個小小的攝像頭從無到有,從點到面,從功能到玩法,一步一步融入並改變著我們的社交生活。

“前後2000萬像素、雙攝三攝、AI攝影……”這類科技小白都聽了無數遍的名詞,代表了一個年代的手機攝像頭髮展史,就在現代人對手機拍照這件事情越來越挑剔的時候,可曾有人想過,手機上的這個小小的攝像頭,都經歷了哪些變化?

如今手機拍照18歲了,鈦媒體梳理了手機攝影技術的發展史,看看這個剛剛成年的小伙子在自己的青春時代都學會了一身怎樣的本事。

第一個吃螃蟹的人:夏普J-SH04

夏普J-SH04

一項技術什麼階段最困難?那必然是從無到有的第一步,如果是一個廣大用戶急需的功能自然好說,但是在2000年這個時間,對於手機拍照來說可不是什麼好時代。從打電話發短信,到彩屏,再到拍照,這幾個基礎功能連接起來就需要十幾年之久,手機上塞下一個攝像頭,在18年前還是非常荒誕的念頭。

2000年9月,世界上第一款配備攝像頭的手機誕生——夏普J-SH04。它的攝像頭像素僅有區區11萬像素,你沒聽錯,11萬像素,連打印一寸照片的像素都不夠,並且,它還沒有自動對焦,沒有美顏,沒有閃光燈。夏普J-SH04一經發布就受到了空前的冷落,消費者根本不買賬,為什麼我要用手機拍照?它的像素還這麼低,我可以用相機啊。

一系列的質疑差點讓推動手機攝影的夏普懷疑人生,不過好在這一做法點醒了其他的手機製造商。雖然夏普J-SH04市場上的表現並沒有預想中的那麼熱情,但在手機上加上拍照模塊卻成了隨後幾年手機發展的主流趨勢。

在隨後的幾年中,夏普又先後發布了首款百萬像素級手機夏普J-SH53(2003年)、以及首款光學變焦手機夏普V602SH(2004年)。慢慢隨著科技的發展,夏普成功變成了手機拍照功能的領導者。

迎來千萬級像素:三星B600

三星B600

手機拍照這幾個字猶如投入湖中的石子,激起當時各大廠商的爭先發展。2003年,松下發布了世界上第一台能夠自動對焦的手機P505iS,雖然對焦速度和對焦成功率很一般,但在當時來講也已經是大大改善了人們的拍照體驗了。

而後到了2006年左右,消費者對手機的拍照需求進一步增多,對其拍攝質量也有了更高的要求,200-300萬像素的手機已經開始遭到了鄙視。為了配合2-3寸的手機屏幕,三星便率先發布了千萬級像素的手機——B600。

三星B600是全球首款內置1000萬像素攝像頭的拍照手機,具備3倍的光學變焦,5倍的數碼變焦,並具備閃光燈,自動對焦​​,快門速度為1/2000,但從鏡頭來看,它更像是款數碼相機。

傍大腿的鼻祖,諾基亞與卡爾·蔡司:N90

諾基亞N90

現在我們可以看到很多手機都會與傳統光學巨頭進行合作,例如摩托羅拉與哈蘇、華為與徠卡等,但你還記得這種合作模式的開端嗎?沒錯,它就是曾經的手機霸主諾基亞。

時間來到2005年,諾基亞發布了一款雙轉軸設計的“奇葩”手機N90,它為拍照在外形上專門設計成一個便攜開蓋相機的模樣。在手機攝像頭方面,諾基亞N9只有200萬像素的水平,實際呈現的畫質也沒有特別出類拔萃。

儘管如此,但N90還是開創了手機廠商與傳統光學影像巨頭合作的先河,並且其後代產品憑藉大師級光學影像巨頭的光環而收穫了市場的認可。

喬幫主帶著VGA視頻改變世界:iPhone 3GS

iPhone 3GS

說到手機,那蘋果家的喬老幫主就不能不提了。2009年,iPhone 3GS正式發布,這時國內對於蘋果這個品牌的認知度還沒有現在那麼火,但這也改變不了喬幫主對手機拍照的改變。

也正是iPhone 3GS,人們不再止於用手機記錄簡單的照片,其VGA畫質(640*480分辨率)的錄像讓人們還可以開始用手機錄下生動的動態視頻,記錄更多更美好的生活細節。

拍照雖專業,但是是條不歸路:諾基亞N8

諾基亞N8

2010年,一個新老時代交替鬥爭的年月,先有諾基亞N8應運而生。其憑藉1200萬像素的卡爾·蔡司認證鏡頭,支持2倍數碼變焦,以及F/2.8的光圈,還加入了前所未有的氙氣閃光燈,高大上的配置和讓人眼前一亮的新閃光燈,讓人有種“專業”的錯覺。

不過這種“專業”也讓諾基亞與群眾基礎產生了距離感,其複雜的拍照設置,讓初學者望而卻步讓老玩家恨之入骨。沒想到自此之後,諾基亞每代新機都沒有逃過這條老路,從哪跌倒的繼續在哪跌倒,直到被多家收購層層專賣,最終變成了走上神壇成為全世界市值最高的公司!

第一款雙攝手機:LG P925

LG P925

對於現在這些新發布的手機來說,雙攝已經成為了必備特點,可你知道嗎,最早的雙攝手機可是在2011年就有了,並且還是LG最現在發布的。

2011年的2月14日,LG在MWC展會上發布了P925這台安卓機,配置本身亮點不多,重頭戲在背面:雙500萬像素攝像頭,可以通過偏振技術拍出類3D效果的照片,這個創新性功能確實足夠亮眼。

但市場冷靜過後才明白到:這其實只算是一個食之無味棄之可惜的雞肋功能,人們初期還會幻想兩個攝像頭合作會不會拍出超級清晰和驚豔的照片,然而再到後來的HTC G17,也沒有實現手機雙攝像頭的畫質突破。

但是,雙攝像頭的引入,也為當時發展速度放緩的手機傳感器、鏡頭、軟件算法帶來了一口甘露,它在向市場證明:手機拍照在夠用的基礎上,還應該要具有更高的可玩性和趣味性。

高像素之爭打響:2010-2013年百花爭艷

諾基亞808 PureView

其實關於手機拍照像素的問題,一直是各家廠商必爭的領域之一,而這個戰場最火熱的時代就是2010-2013年間。在當時的情況下,更高的像素將會為手機拍照的細膩程度帶來質的提升。也正是因為這個原因,提高像素幾乎成了智能手機發展史上,很長一段時間裡的“主旋律”。

2012年諾基亞推出808 PureView就是非常典型的一個例子,“PureView”作為全球首款採用PureView成像技術,4100萬像素傳感器、卡爾·蔡司鏡頭和像素超採樣技術的智能手機,諾基亞808 PureView開啟了智能手機影像的全新時代。

不過可惜的是,Symbian當時已經是遲暮之年,無法和大熱的Android、iOS等智能變革下的新寵爭鋒,這也促使該款手機成為諾基亞開發的最後一款Symbian手機,自此Symbian變為絕唱。

索尼XperiaZ1

與諾基亞不同,索尼的手機一直在國內市場不溫不火。但這並不能成為其不努力的理由,喜歡“樹標杆”的索尼一直在傳感器領域擁有非常深厚的功底,想要將其放在移動終端也不是難事。順應“高像素”的趨勢,索尼XperiaZ1橫空出世。

索尼XperiaZ1裝載了索尼G鏡頭,內置1/2.3英寸2070萬像素傳感器,以及移動版BIONZ影像處理器。擁有F2.0大光圈27毫米廣角鏡頭,能夠在弱光條件下獲得更好的照片效果。

而根據專業DxOMark的評價稱,索尼XperiaZ1在曝光、白平衡、室外拍攝、色彩還原、降噪性能等一系列指標上表現異常出色,同時其自動對焦性能非常快速和乾淨利落,在智能手機中也首屈一指。

前有高像素後有大像素:HTC

HTC Ultrapixel技術

其實高像素也並不是手機攝像追求的唯一話題,在原本就有限的體積內,塞入更多的像素,成像質量未必會好。在這種情況下,個別廠商開始在增大單像素尺寸,其中最激進的非HTC莫屬了。

如果將有限的體積比作一個盤子,高像素就是往盤子中放紅豆,通過數量增多形成像素更高的像素。而HTC的做法則是放入大棗,減少像素數量增大單個像素點大小,讓單個像素擁有更高的進光量,以此獲得更優秀的夜間拍照體驗。

HTC Ultrapixel技術即是如此,其最大的特點是擁有2μ超大像素,感光率比普通手機攝像頭的高出300%,進光量是當時多數手機的3倍。然而遺憾的是,同樣因為高像素尺寸,使其攝像頭的像素數量僅有408萬。實際拍攝效果慘不忍睹,無論是顯示器觀看還是打印照片都有“馬賽克”現象。

HTC的想法其實並沒有錯,可是怎奈當時的科技與研發還沒有更深入。近年來,隨著傳感器與軟件技術的逐漸完善,大像素又被人重新提起。谷歌Pixel、三星S7以及更多的國產廠商都加入其中,1.4μm、1.55μm甚至更大的單位像素都開始冒出來,不過他們實際拍攝效果要比HTC好太多了。

拍照重點轉向對焦:LG G3&三星Galaxy S5

LG G3

G3作為LG的旗艦產品在2014年被推到市場,在這個階段大家更注重拍照的像素,1300萬乃至2100萬、4100萬像素的手機都陸續上市,但消費者對像素追求的心已經被各大廠商刷的不再那麼敏感。這個時候LG就將拍照的重點轉向了對焦的升級,G3就帶著激光對焦的傳感器而來。

G3搭載了傳感器會從和攝像頭同側的一個窗口中發射出一道錐形激光光束,不斷的反复根據激光反射回來的時間長短來判斷物體的距離,繼而完成對焦。該技術使對焦速度達到276毫秒,甚至比人眨一下眼還要快。

並且,由於它採用主動發射的對焦技術,所以在暗光環境下,也能帶來迅速準確的對焦體驗。同時也配備了完整專業的光學防抖系統,消費者舉起手機拍照的場景和慾望又得以加強了。

不過它也有個弊端,就是因為激光發生的功率有限,所以只能對焦近處的物體。

Galaxy S5

在2014同年的MWC大展上,三星也發布了自己的旗艦Galaxy S5。與LG不謀而合,三星這次也將手機拍照的重心轉向了對焦,在Galaxy S5上次搭載PDAF相位對焦技術。其可以採用的圖像傳感器,感光區域中的部分像素點被犧牲掉,這些像素被稱為掩蔽像素(Masked Pixels),是成對使用的。像素之間的距離、結合它們的相對變化,就可以幫助系統決定鏡頭到底需要為準確對焦而移動多遠。

其實手機中的PDAF相位對焦技術,就像我們人類的雙眼,利用實際視覺感受就可以判斷物體的遠近。有了PDAF技術就不會像傳統反差對焦一樣,來回調整焦距(俗稱拉風箱)才能斷定正確的焦點了。總之,這一技術可以顯著提升對焦速度。後來蘋果也在iPhone 6上搭載了這一相位對焦技術,名叫Focus Pixel。

雙攝讓手機攝影全面提升:iPhone Plus&華為

iPhone 7 Plus

在諾基亞沒落以後,蘋果用iPhone扛起了手機發展的大旗,一代代的iPhone迭代總會讓人看到更新的未來,在手機攝影上也不例外,iPhone Puls機型讓我們看到了雙攝的另一種用法,讓雙攝從3D的歧途回歸正軌。

雙攝的優點在低光成像和景深效果上優化全面,讓很多廠商趨之若鶩。雙攝之所以會流行,最主要的原因就是因為通過算法,它可以為我們的拍照帶來類似大光圈拍照的背景虛化效果。目前市面上的主流雙攝方案,可以大致分為四種:景深雙攝、黑白+彩色雙攝、超大廣角+普通雙攝以及廣角+長焦雙攝,其中最典型的就是蘋果與華為的雙攝解決方案。

而蘋果就是通過採用兩個不同焦距的攝像頭,使其實現2倍的光學變焦能力。並且通過雙攝算法,使iPhone也有自己的大光圈模式。擁有了硬件上的強大優勢,蘋果再結合自己優秀的算法,自然而然就得到了更好的拍攝效果。

華為P20 Pro

與蘋果的雙焦段鏡頭不同,華為採用的則是黑白彩色雙攝的解決方案,黑白攝像頭由於去掉了色彩濾光片,所以像素接受光的能力更強,能夠帶來細節更豐富銳利的畫面,而通過算法,使它和彩色攝像頭的色彩信息相結合,從而保留了兩個攝像頭的優點。並且支持大光圈模式。

在最新發布的P20 Pro上,華為更是“喪心病狂”的用上了三攝的方案,在原有方案基礎上增加了一個長焦鏡頭,從而讓自家產品也有了光學變焦的能力。並且,現在華為的軟件層面其實並不比蘋果差,各種面對小白與專業攝影愛好者的功能層出不窮,滿足了不同階段用戶的需求,在市場中獲得了不錯的口碑。

從卡爾·蔡司到徠卡,為什麼手機攝影總喜歡傍大腿?

華為與徠卡合作

從諾基亞與卡爾·蔡司,到現在華為與徠卡、OPPO與施耐德,為什麼手機廠商總會在自己的攝像頭上加上這些相機廠商的認證?他們之間到底是怎樣的關係?

其實卡爾·蔡司、徠卡以及施耐德這些廠商,在相機領域都是大名鼎鼎處於金字塔最頂尖的位置,手機廠商與其合作也是無可厚非,通過他們強大的技術底蘊對自己的攝像頭、色彩以及虛化等方面進行調校。

這裡有個誤區,並不是打上這些LOGO就是他們生產的鏡頭,而是由其他廠商代工的,在設計好樣品之後送到鏡頭廠商那邊,進行標準檢測,修改好一些不符合標準的地方,最終合格的鏡頭就會打上其Logo,以證明該鏡頭達到了該廠商的標準。

其中最成功的就屬徠卡與華為之間的合作,本來徠卡在攝影圈無人不曉,但對於大眾消費者來說則比較陌生,憑藉華為的產品,徠卡得到了更高的認知度。而華為呢,則是大量使用徠卡的獨家技術,例如Summilux光學結構、色彩控制算法以及各種光學控制數據等,得到了更加完美的手機攝影優化方案。

手機攝影未來還有廣闊天地:硬件與AI

各類傳感器對比

手機作為一個移動終端,小巧輕便是它的必備屬性,這個特點也限制了它在拍照硬件上的大小。上面這張圖就可以清晰表現手機CMOS與相機之間的差距。

隨著技術的發展,手機的CMOS也在日益增大,例如1/1.7英寸級的CMOS如今成為手機攝像頭傳感器的新選擇。而更多手機也用上了1/2.3英寸級的傳感器。這些傳統卡片DC相機使用的傳感器,已經成為了新一代拍照手機的選擇。

除此之外,索尼作為手機CMOS最大的上游供應商,也研發出了堆棧結構的CMOS。它在傳統的感光層與底部電路之間增加了一層DRAM動態存儲器,從而讓感光元件具備短時間拍攝大數據量影像的能力。比如1秒鐘能錄960幀720P分辨率的視頻,正常視頻可以進行32倍的慢放處理。

當然,手機攝影硬件也不止CMOS單一一項那麼簡單,包括電子光圈、鏡頭結構以及變焦方案等等方面都會成為硬件限制發展的門檻,面對這些問題的解決,我們也將看到未來手機攝影更好的發展。

AI場景識別技術

除了硬件上的提升外,拍照功能搭配軟件輔助已經不是什麼新鮮事了,雙攝方案下的虛化算法算是先行軍,而後像華為的夜景降噪、AR萌表情以及各種美顏算法,都是基於軟件層面對手機攝影的更深入探討,這些功能不單能彌補手機攝影的不足,也能提高消費者的可玩性。

在未來的手機發展中,手機攝影與AI相結合是一個必然的趨勢。利用AI算法識別拍攝場景,優化手機拍攝參數這已經是小Case,眾多廠商目前已經都有相應技術公佈。而大熱的美顏自拍就更不用提了,其中以美圖為代表的超強補償算法深的各路小姐姐們的喜愛,現在甚至能視頻動態美顏。

但更深入的AI應用將會更多,舉個例子,在一個美麗的戶外風景,AI會通過定位、時間以及以往用戶在此地的拍攝習慣,為消費者進行拍攝教學,給出最佳拍攝時間、拍攝參數以及拍攝角度等信息。還有就是AR的實際使用,通過AI進行動態捕捉、環境重造,未來的某一天也許你可以足不出戶用手機拍遍世界任何一個角落。

通過軟硬件結合的方式,未來手機攝影將會提供給我們更加優異的拍攝效果,並且滿足小白與專業攝影師兩方面的需求,這也成為現在各家手機廠商追逐的目標和賣點。(本文首發鈦媒體,作者/Kiwi)

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