手機(jī)像素更高是否代表更好的成像質(zhì)量

“像素”是衡量手機(jī)攝像頭素質(zhì)的基本參數(shù)之一。步入2019年后，越來(lái)越多的新品紛紛武裝4800萬(wàn)像素?cái)z像頭，較主流的1200萬(wàn)像素足足提升了四倍。那么，更高像素是否代表更好的成像質(zhì)量？同樣是4800萬(wàn)像素的攝像頭，又該如何分出高下呢？

超高像素并不稀奇

繼華為P20 Pro在2018年初帶來(lái)4000萬(wàn)像素?cái)z像頭（索尼IMX600傳感器）之后，華為nova4、榮耀V20、紅米Note 7/Pro、魅族Note9、魅族16s、Nokia X71、vivo X27、OPPO Reno、聯(lián)想Z6 Pro等產(chǎn)品又先后武裝了破天荒的4800萬(wàn)像素?cái)z像頭，價(jià)格覆蓋從999元到4xxx元整個(gè)價(jià)位區(qū)間。

看到這里，相信不少小盆友已經(jīng)難掩心中的激動(dòng)，并驚呼“智能手機(jī)鏡頭像素終于超過(guò)絕大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)啦！”

實(shí)際上，早在2012年，手機(jī)圈就已經(jīng)出現(xiàn)超過(guò)4000萬(wàn)像素的攝像頭了。

沒(méi)錯(cuò)，它就是諾基亞808 PureView，一款用上了高達(dá)4100萬(wàn)像素卡爾蔡司鏡頭和像素超采樣技術(shù)的拍照旗艦（前照式FSI傳感器、傳感器尺寸1/1.2英寸、F/2.4光圈）。2013年，諾基亞又帶來(lái)了Lumia 1020（背照式BSI傳感器、傳感器尺寸1/1.5英寸、F/2.2光圈），在Windows Phone 8系統(tǒng)、Nokia Procam APP、第二代OIS光學(xué)防抖和支持專業(yè)參數(shù)調(diào)節(jié)等特性的幫助下，其拍照能力在當(dāng)年更是冠絕群雄。

需要注意的是，無(wú)論808PureView還是Lumia1020，由于傳感器像素分割等原因，它們的攝像頭所主打的“4100萬(wàn)像素”只是理論值，在拍攝4:3比例照片時(shí)最多硬件直出3800萬(wàn)像素，而拍攝16:9比例照片時(shí)分辨率則會(huì)進(jìn)一步降低到3400萬(wàn)像素。而為了照顧Lumia1020默認(rèn)較小的存儲(chǔ)空間和方便社交軟件分享照片，在相機(jī)APP中還可選擇僅以500萬(wàn)像素模式拍照。

可能有童鞋會(huì)問(wèn)了，為何直到Lumia1020發(fā)布的5年后，Android手機(jī)領(lǐng)域才剛剛出現(xiàn)重新獵裝4000萬(wàn)像素?cái)z像頭的手機(jī)呢？為何5年間智能手機(jī)的攝像頭像素值都在1200萬(wàn)像素~2400萬(wàn)像素之間徘徊？

攝像頭的軍備競(jìng)賽

這個(gè)問(wèn)題取決于很多方面。

首先，一款手機(jī)能用上多高像素的攝像頭，取決于處理器以及ISP（圖像處理器）的性能。想當(dāng)年，808PureView預(yù)裝的還是塞班系統(tǒng)，諾基亞是依靠一顆來(lái)自博通定制的ISP獲得了驅(qū)動(dòng)4100萬(wàn)像素蔡司鏡頭的能力。到了Lumia1020，這款產(chǎn)品是諾基亞聯(lián)合微軟（WP8系統(tǒng)層面）和高通，重寫了MSM8960處理器的整個(gè)圖像處理堆棧才為之賦予了駕馭4100萬(wàn)像素?cái)z像頭的力量。

到了剛剛上市的Nokia 9 PureView，這款手機(jī)內(nèi)置5個(gè)攝像頭，它們都是來(lái)自索尼旗下的IMX386傳感器?？紤]到驍龍845內(nèi)置的ISP不足以驅(qū)動(dòng)如此多的鏡頭，所以HMD為Nokia 9 PureView準(zhǔn)備了一顆來(lái)自Light的協(xié)處理器，并聯(lián)合谷歌開(kāi)發(fā)出了一套成熟的合成算法，彌補(bǔ)了驍龍845內(nèi)置ISP性能不足的尷尬。

另一方面，是消費(fèi)者已逐漸學(xué)會(huì)了理性看待攝像頭像素這一參數(shù)指標(biāo)。在Android手機(jī)領(lǐng)域，其后置攝像頭（主攝）的像素曾經(jīng)歷過(guò)從320萬(wàn)→500萬(wàn)→800萬(wàn)→1200萬(wàn)→1300萬(wàn)→1600萬(wàn)→2000萬(wàn)→2400萬(wàn)像素的軍備競(jìng)賽，但如今絕大多數(shù)旗艦手機(jī)的像素值卻都鎖定在了1200萬(wàn)像素。原因就是大家都很清楚——像素高并不代表成像好。

原因很簡(jiǎn)單，影響手機(jī)拍照性能的“核心參數(shù)”是CMOS傳感器（涉及傳感器尺寸、單個(gè)像素感光面積和對(duì)焦技術(shù)）、鏡頭玻璃、ISP性能、光圈大小和軟硬結(jié)合的后期成像算法優(yōu)化。

因此，去年旗艦級(jí)手機(jī)大都主打IMX380或IMX363這一級(jí)別的1200萬(wàn)像素傳感器，并增加了AI場(chǎng)景識(shí)別和手持夜景等特殊功能。

但是，如今哪怕是千元手機(jī)都在相機(jī)方面引入了所謂“AI”特性（如AI美顏、AI場(chǎng)景識(shí)別、AI人像等），絕大多數(shù)產(chǎn)品又站在了同一條起跑線上。此外，隨著新一代SoC（如驍龍855）的上市，以及主流價(jià)位手機(jī)的存儲(chǔ)空間基本都達(dá)到了64GB起步，eMMC5.1和UFS閃存也有效解決了超大像素照片存儲(chǔ)延時(shí)的問(wèn)題，這些都為更高像素?cái)z像頭的崛起奠定了基礎(chǔ)。

雖然像素值說(shuō)明不了什么問(wèn)題，但這也僅限于理性的分析。畢竟更高的像素，是一個(gè)非常好的營(yíng)銷賣點(diǎn)。而當(dāng)營(yíng)銷賣點(diǎn)與絕對(duì)實(shí)力劃上等號(hào)之際，便能成就經(jīng)典。

于是，就有了索尼IMX600傳感器，而它也成就了華為P20 Pro、Mate 20 Pro和Mate 20X在拍照領(lǐng)域的赫赫威名。

IMX600擁有4000萬(wàn)像素，這顆傳感器的尺寸達(dá)到了1/1.73英寸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手機(jī)CMOS領(lǐng)域主流的1/2.x英寸。大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)“底大一層壓死人”的說(shuō)法吧？而這里的“底”指的就是傳感器尺寸這個(gè)參數(shù)，傳感器尺寸越大意味著相機(jī)在拍攝時(shí)能接收到的光線也就越多，在暗光下的拍照表現(xiàn)也就越趨于完美。

此外，IMX600的單個(gè)像素感光面積雖然只有1.12微米（μm），但I(xiàn)MX600卻能通過(guò)QuadBayer四合一陣列的方式實(shí)現(xiàn)等效2.0微米像素密度，而這個(gè)指標(biāo)已然超越了所有手機(jī)專用的CMOS傳感器，哪怕是口碑極佳的IMX380（用于華為P20，魅族16系列）單個(gè)像素感光面積也只有1.55微米而已。

可以說(shuō)，華為P20 Pro喚醒了消費(fèi)者對(duì)更高像素?cái)z像頭的期待，只是它高昂的售價(jià)很難讓普通用戶得以嘗鮮。

因此，2018年底和2019年初陸續(xù)上市的多款武裝4800萬(wàn)像素?cái)z像頭且定位主流的手機(jī)，就受到了更多用戶的關(guān)注。

問(wèn)題又來(lái)了，眾多新品的主攝都是4800萬(wàn)像素，但像素值相同的背后還有什么不同？

來(lái)自傳感器層面的較量

OPPO Reno、vivo X27（高配版）、魅族16s、華為nova 4、榮耀V20、紅米Note 7 Pro后置主攝的傳感器是來(lái)自索尼旗下的IMX586，而紅米Note7、聯(lián)想Z6 Pro、Nokia X71等產(chǎn)品后置主攝傳感器則來(lái)自三星旗下的ISOCELL GM1，這兩顆傳感器都具備4800萬(wàn)個(gè)物理像素點(diǎn)，所以理論上都符合“4800萬(wàn)攝像頭”的定義。但是，由于底層結(jié)構(gòu)的不同，IMX586和ISOCELL GM1卻又有著非常大的差異。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，索尼IMX586和三星ISOCELL GM1的傳感器尺寸都是1/2.0英，單個(gè)像素感光面積都是0.8微米。由于它們都將Quad Bayer陣列擴(kuò)大到了4×4，并且以2×2的方式將RGB相鄰排列，所以通過(guò)四合一像素聚合技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)等效1.6微米的單個(gè)像素感光面積，同樣超越了口碑極佳的IMX380。

但是，從底層的結(jié)構(gòu)來(lái)看，三星ISOCELLGM1是讓4個(gè)0.8微米的小單位像素“共用”1個(gè)濾色片，從而組成1個(gè)1.6微米的大單位像素來(lái)識(shí)別同一種顏色。

索尼IMX586則是讓4個(gè)0.8微米的小單位像素“各用”1個(gè)相同顏色的濾色片，同樣可以組成1個(gè)1.6微米的大單位像素。而上面的“共用”和“各用”，就決定了兩款傳感器在直出4800萬(wàn)像素照片時(shí)的不同。

以IMX586為例，在使用搭載這個(gè)傳感器的手機(jī)拍照的時(shí)候，QuadBayer 陣列會(huì)讓每一個(gè)像素點(diǎn)就近計(jì)算周圍的顏色，并且通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)處理變換像素結(jié)構(gòu)，從而實(shí)時(shí)輸出4800萬(wàn)像素的高清照片。三星ISOCELL GM1雖然也將Quad Bayer陣列擴(kuò)大到了4×4，但是它每個(gè)2×2陣列都只能識(shí)別同樣的顏色，并且只能一起輸出數(shù)據(jù)。

換句話說(shuō)，索尼IMX586是真正傳統(tǒng)定義的4800萬(wàn)像素?cái)z像頭（傳感器），它能硬件實(shí)現(xiàn)4800萬(wàn)像素的照片“直出”。三星ISOCELLGM1雖然頂著4800萬(wàn)像素?cái)z像頭的光環(huán)，但它本質(zhì)上卻還是1200萬(wàn)像素傳感器，想“直出”4800萬(wàn)像素的照片只能通過(guò)插值算法實(shí)現(xiàn)，而這也是為什么以驍龍660的ISP性能就能完美驅(qū)動(dòng)有著4800萬(wàn)像素稱號(hào)的ISOCELL GM1的原因之一。

提到“插值算法”，相信不少讀者會(huì)聯(lián)想起不少手機(jī)品牌曾主打的所謂“超清畫(huà)質(zhì)”功能，比如用普通的1300萬(wàn)像素感光元件拍出了5000萬(wàn)像素畫(huà)質(zhì)的照片。這類功能大都是通過(guò)““復(fù)制像素的方式來(lái)增多像素”或“拍攝更多真實(shí)像素來(lái)合成”的方式合成一張超高分辨率的照片，照片大小也由原來(lái)的3MB左右一下猛增到8MB至10MB。

和這些通過(guò)軟件手段實(shí)現(xiàn)的插值算法相比，三星ISOCELL GM1是源于傳感器的“硬件級(jí)”插值算法，無(wú)論是處理速度還是最終的合成效果都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前者。

理性看待超高像素?cái)z像頭

看到這里，相信又有不少童鞋會(huì)問(wèn)了，索尼IMX586和三星ISOCELL GM1的像素值都達(dá)到了4800萬(wàn)像素，那它們是不是比只有4000萬(wàn)像素的IMX600拍照效果還要好？

答案自然是否定的。雖然IMX600傳感器的像素值略低一點(diǎn)，但它無(wú)論是傳感器尺寸（1/1.73）、單個(gè)/等效單個(gè)像素感光面積（1.12微米/2微米）等核心參數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于IMX586和GM1，像IMX586只能算是IMX600的“簡(jiǎn)化版”。因此，對(duì)于喜歡拍照但卻預(yù)算有限的朋友來(lái)說(shuō)，降價(jià)后的華為P20 Pro要比很多新品更值得選。

索尼IMX586和三星ISOCELL GM1最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，應(yīng)該是索尼過(guò)去次旗艦級(jí)別的IMX380。理論上，這三個(gè)傳感器的性能排行是IMX586》ISOCELL GM1》IMX380，但想要充分挖掘IMX586和GM1的潛力，需要手機(jī)廠商為其準(zhǔn)備更大的光圈，并在相機(jī)APP成像算法上加以優(yōu)化，否則依舊難以撼動(dòng)IMX380的歷史地位。

傳感器迎來(lái)高感光時(shí)代

華為最新推出的P30系列將CMOS升級(jí)到了華為和索尼聯(lián)合開(kāi)發(fā)的IMX650，雖然它的像素值和我們熟悉的IMX600相同都是4000萬(wàn)像素，但I(xiàn)MX650卻使用RYYB濾鏡取代了傳統(tǒng)的RGGB濾鏡，從而讓進(jìn)光量提升了40%、最高感光度更是達(dá)到了ISO409600，在純黑環(huán)境下只要有一絲光亮就能捕捉足夠多的細(xì)節(jié)。

據(jù)悉，即將上市的榮耀20也將改用RYYB濾鏡的IMX586傳感器，進(jìn)一步提升其暗光下的拍照能力。只是，RYYB較RGGB濾鏡，容易出現(xiàn)偏色問(wèn)題，需要成像算法的不斷調(diào)校和優(yōu)化，這也是需要我們留心的地方。

6400萬(wàn)像素即將來(lái)襲

據(jù)悉，三星即將推出6400萬(wàn)像素的ISOCELL Bright GW1傳感器，這已經(jīng)逼近人眼的HDR動(dòng)態(tài)范圍了。GW1和4800萬(wàn)像素的GM1一樣都使用了像素合并Tetracell技術(shù)和重鑲嵌算法，光線好的狀態(tài)下可以拍出6400萬(wàn)像素的圖像，弱光環(huán)境下則是1600萬(wàn)像素，4合1像素提高感光能力，處理方式跟現(xiàn)在的4800萬(wàn)像素傳感器是一樣的。此外，GW1還支持高達(dá)100DB的HDR高動(dòng)態(tài)范圍、DCG雙轉(zhuǎn)換增益技術(shù)、480fps慢動(dòng)作視頻拍攝。

同時(shí)，三星4800萬(wàn)像素的GM1也將迎來(lái)升級(jí)版——ISOCELL GM2，雖然它的像素值不變，但卻支持DCG及SuperPD對(duì)焦技術(shù)。

需要注意的是，和GM1一樣，三星GW1同樣不支持6400萬(wàn)像素的照片直出，其本質(zhì)上只是一顆擁有等效1.6微米大單位像素的1600萬(wàn)像素?cái)z像頭。

總之，攝像頭的像素肯定是越高越好，但更高像素并不等于更好的性能。未來(lái)，基于傳感器層面的定制，將成為衡量手機(jī)廠商技術(shù)實(shí)力的表現(xiàn)舞臺(tái)，而基于相機(jī)APP和背后算法的優(yōu)化，也是各個(gè)手機(jī)廠商不斷努力的方向——相同的傳感器，誰(shuí)算法更好，誰(shuí)的效果就更棒。