高像素相机不一定有用,但它却影响着手机形态

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08-21 19:52

本月早些时候,三星发布了 1 亿像素的相机传感器(CMOS)ISOCELL Bright HMX,这款 CMOS 是全球第一款突破千万级像素的产品,也是三星继 6400 万像素的 ISOCELL Bright GW1 之后与 Redmi 联合推出的第二款高像素 CMOS。

虽然这款产品还没有被正式应用,但它已经成为小米和 Redmi 对外宣传的谈资,「小米首发 1 亿像素超清相机」就像当年的「性价比」,被放在各家媒体的封面题图上。

回望过去,智能手机的相机功能从过去的 30 万像素到今天的 1 亿 800 万像素,在不算长也不算短的 15 年里,已经悄悄翻了 360 倍。

在过去的这 15 年里,移动网络推动着互联网服务和 App 的生长,网络社交 App 的发达,也让拍照成为了大众分享生活的主要功能之一,更有用户会用选相机的标注去衡量手机的好坏。

你可能会问他们「你到底选的是相机还是手机呀?」,他们总会回答「选高像素的一劳永逸,总没错。」

不过在理性思考后,手机的高像素拍照到底是否有实际价值?越来越高的像素提升,如何影响着手机造型变化?实际上,在 4800 万、6400 万像素的今天,我们已经有了自己的答案了。

当下的高像素,营销意义大于实用意义

如果你问我,买手机选 4800 万像素还是 1200 万像素的好,我肯定会毫不犹豫回答你选 4800 万像素的没问题。但是,我会再后面补上一句「其实日常还是 1200 万像素输出」。

红米 Note 7 和荣耀 V20 是首批用上 4800 万像素 CMOS 的两款手机,这两款手机分别用上了索尼和三星的高像素传感器。在账面参数上,两枚 CMOS 能带来比常规 1200 万像素 CMOS 多 4 倍的拍摄像素。

在之前的测试中,我们能看到无论直出 4800 万的 IMX586 还是插值的 GM1,他们的样张在放大 100% 后都能比 1200 万像素更细致,所显示的细节也更多,得出的结论也确实验证了高像素能给画面的细腻程度带来成倍提升。

▲ 1200 万像素与 4800 万像素放大对比样张

然而 4800 万像素的手机拍出的照片都是 4800 万的吗?不一定。虽然 CMOS 在理论上是支持高像素拍摄,但真正拍摄一张照片,需要经过 SoC、ISP 处理器、运存、存储芯片……一系列的流水线运作,最终才能将镜头前的景物完整保存下来。而为了减轻手机在处理照片时的压力,日常模式下其实还是常规的 1200 万像素。

所以,单凭像素去评判手机拍照品质并不是严谨的说法。

举个例子,在同等配置下,一台旗舰手机拍摄并处理一张 1200 万像素的照片,大约需要 0.5 秒。但在拍摄一张 4800 万像素插值的照片时,就需要花费 1-2 秒。

因为处理器需要处理比 1200 万多数倍的像素,而且也要存储更大体积的数据、消耗更多的电量。

以 Redmi K20 Pro 为例,1200 万像素的照片大小是 4.7 MB,而 4800 万像素则达到了 12.5 MB。同时每张照片从拍摄到处理完成的耗时也从原来几乎可以忽略不计增加到了 0.5 秒,而这只是在骁龙 855 + IMX586 下的表现,若是中端处理器,处理耗时需要 1 秒或更多。

另外,在开启高像素模式后,摄像头不可变焦、也不可连拍,此时相机的实际功能,除了打了鸡血拍出一张高清照片外,其他功能都只能等你在把相机调整为「日常模式」的 1200 万像素才会恢复正常。

因此,在相机出品和用户体验下,厂商最终还是妥协了后者。尽管单在相机在硬件层面上能够支持 4800 万拍摄,但在软件层面上,它仍然还是用户的可选功能而已,主力像素依然还是 4800 万除以 4,即四合一之后的 1200 万。

所以,手机厂商追求高像素的 CMOS 有意义吗?当然有,至少在拍照体验上,它确实能给你带来更多的拍摄细节。即便是放大裁切画面,也能保持清晰的细节显示。

但是它所带来的好处,实际上是营销层面大于实用层面的。受限于移动网络和 App 平台的限制,图片都需要经过压缩才能上传,App 内的压缩机制最终还是会将图片进行压缩,继而方便在移动网络下发送。

举个例子,当我在微博发送一张 13MB、8000 x 6000 大小的图片,在不点选原图发送的情况下,这张图片最后能被压缩成 162KB 的 1440 x 1080 规格,尽管能显示出物体的主要轮廓,但细节已经远不如原图高像素情况下清晰。

但是站在厂商角度看,首发一个参数夸张的拍照系统,其影响力总能比优化了哪款游戏的体验要强。大部分用户对性能追求的标准线是「流畅」,但对相机像素的追求,是没有止境的。

毕竟,人眼的视觉像素约等于 5 亿 7600 万,想要将眼前所看到的完整保留下来,1 亿像素只是个开始而已。

底大压人仍然真理,今年主要是表现在像素层面上

科技圈从古至今一直流传着一句话,叫做「底大一级压死人」,哪怕是再参数再高,CMOS 的底子不够大,这枚 CMOS 就是个弟弟。

相比起外行用像素数值来取得愉悦,内行法师会看 CMOS 的底,犹如车手看车要看引擎、老编辑总爱讲究选哪个键盘。

这里的「底」其实指的是 CMOS 的感光面积。它就像一个碗,碗越大,能够盛的米饭(像素点)就越多。

目前 4800 万像素的 CMOS 主要有索尼 IMX586 和三星 GM1 两款,他们都是采用 1 / 2 英寸的设计。

之后的 6400 万像素的 ISOCELL Bright GW1 是 1 / 1.7,最近三星发布的 1 亿像素 ISOCELL Bright HMX 采用的是 1 / 1.33。

要是把这三枚 CMOS 摆在一起,就是如此排列:

1 / 2 英寸(4800 万)< 1 / 1.7 英寸(6400 万)< 1 / 1.33 英寸(10800 万)

当我们把这三款高像素 CMOS 摆在一起,其实已经不难能看到传感器尺寸随着像素提升而不断增大。而在这个排列中我没有列出的一个信息是,这几款高像素 CMOS 的单个像素面积都是 0.8μm。

也就是说,在同等像素面积的条件下,越大的底就能放进更多的像素点,就像用碗盛饭一样,越大的碗就能盛更多的米饭。

当然,CMOS 的体积越大,能够装进的并不只有「更多」像素点,还有「更大」的像素点。相比于前面几款 CMOS 以大盛多的设计,更大的像素点能带来高进光量。

华为和索尼定制的 IMX600 就是个很好的例子,这个 CMOS 的体积虽然和 GW1 一样的 1 / 1.7,但单个像素面积却是 1μm,换来的就是更优秀的暗光成像表现。

所以底子大,就等于能实现的可能就会更多,高像素带来的清晰表现、单个像素大面积带来的暗光表现。它就像手机的 SoC,更强,就意味着能胜任更多的任务。

实际上,在 0.8μm 的单个像素面积下,6400 万像素和 1 亿像素的 CMOS 也能通过四合一像素合成的方式来提升暗光成像能力。

比如 6400 万像素能合成一张 1600 万像素的照片,1 亿像素能合成出一张 2700 万像素的照片,通过四个小像素合成一个 1.6μm 的大像素,从而以像素点来填补单个像素面积 0.8μm 下的进光量。

所以,即便是在手机拍照像素从 30 万进化成 1 亿的今天,「底大一级压死人」仍然是 CMOS 设计的永恒道理。

▲ Tetracell 像素合成原理

1 / 1.33 英寸的底子容纳着 1.08 亿个 0.8μm 像素点,在特殊模式下能进行比任何一款 CMOS 都要细致的细节记录。

常规模式下,1.08 亿个像素虽然在合成后只有 2700 万,但仍然是目前所有主流手机 CMOS 的最高值,而且单组像素的进光量也比之前提升了一个档次。

总的来说,当下更大的 CMOS 尺寸,就意味着能搭载更多的像素点;更多的像素点就意味着更大的合成空间;更大的合成空间,就等于在提升暗光拍摄能力的同时,也能保障在合成后的像素表现。

不过我并不认为 GW1 或 1 亿像素的 HMX 会成为未来旗舰手机的主流配置。他们的像素值虽然高,但主流大厂更偏爱于定制 CMOS,这一点无论是苹果、三星还是华为在过去的旗舰产品中都发挥得淋漓尽致。

旗舰手机的出品必然代表着品牌的顶尖水准和特色,而这里就必须要通过定制 CMOS 去实现。

但是定制一款 CMOS 并不容易,也不便宜。根据金融服务公司 Cowen 在之前公布的信息,一枚 IMX600 的成本价是 300 元,而相比「公版」的 IMX586,成本价是 180 元,只是前者售价的 60%。

因此,诸如 ISOCELL Bright GW1、HMX 等高像素传感器更多的是被用在中高端产品当中,通过高像素来换取更多的进光量,并且去兼顾高像素拍照,达到接近定制 CMOS 的一个取中方案。

高像素相机如何影响手机形态

诺基亚 808 是我印象最深的高像素拍照手机。它所搭载的 CMOS 尺寸达到了 1 / 1.2,要是这款 CMOS 还在的话,它的尺寸就比 1 亿像素的 HMX 还要大。

但是在这 1 / 1.2 英寸的空间里,只有 4100 万个像素点,因此每个像素点的面积能达到 1.4μm,CMOS 的感光能力在当时堪称夸张。

▲ 图片来自:Softpedia

与此同时,高像素特性也给诺基亚 808 带来了「无损变焦」的附加特性。高像素画质在裁切后依然能提供标准 500 万像素水平的画面输出,进而实现出手机「变焦」的功能。

简单来说,在只有一枚摄像头的条件下,诺基亚 808 用 4100 万像素来换取当时大部分手机都做不到的无损变焦,其实和今天的高像素拍照差不多。

不过,诺基亚 808 最大的问题就是它把后置相机做得很大。那「奥利奥」造型的后置相机和其他手机的后置摄像头比起来,还真的要大不少。

这里的原因其实也很好解释。手机跟相机一样,当你用上感光面积更大的传感器时,镜头需要覆盖的面积就变得更大。如果要让镜头覆盖更大的面积,那镜头的体积也必然会变大。

这个规律我们也能从 iPhone 5s、iPhone 6、iPhone 7 的后置镜头变化中看出来,随着机身越来越薄、CMOS 尺寸越来越大,相机凸起的程度就越渐明显:

从图表中能够看到,iPhone 5S 到 iPhone XS 的进化过程中,传感器面积增大的同时,镜头凸起也变得越来越明显。而在同样使用 1/3 英寸 CMOS 的前提下,iPhone 7 用上视角更广的 28mm 镜头,镜头体积会比用 iPhone 5S 的 30mm 镜头大,镜头凸起部分就自然更加明显了。

显然,超大尺寸的 CMOS 并不符合之后手机越做越薄的设计需求。

不过在手机圈当中,三星则是以祖传 1 / 2.55 英寸的 CMOS 成为圈中的一股清流。从 2016 年的 Galaxy S7 Edge 开始,到本月发布的 Galaxy Note 10,三星依然还是给旗舰配置这块 1 / 2.55 英寸的传感器。

可以说是流水的型号铁打的底,也可以说是以不变应万变了。

1 / 2.55 英寸的祖传规格会不够用吗?事实告诉我们不是这样。尽管三星一直保持用这个规格的 CMOS,但模组配置和算法调校却一直在变化,可变式光圈、AI 后期、多摄……

因此,即便在过去 4 年里三星一直在用 1 / 2.55 英寸 CMOS,但今年的 Note 10+ 仍然能登上 DxOMark 的冠位,而且还将机身厚度控制在 7.9 毫米,其实这里也是坚持打磨这个 CMOS 的「成果」之一。

然而,三星就打算一直把 1 / 2.55 英寸延用下去吗,那倒未必。

1 / 2.55 英寸的 CMOS 在过去 4 年的使用后已经到了发展尽头,哪怕在观感上它仍然能保持顶级水准,但在参数上对比 4000 万像素起步的 CMOS 却占不到太大优势,显然在市场方面并不利于三星之后的营销。

如何从根本上拔高相机的硬件素质,这里就要「借」5G 硬件让手机变大变厚的东风了,在手机内放进一枚更大尺寸的 CMOS 获得更高像素,突破 1200 万像素的物理屏障,提升硬件成像表现。

据悉,Galaxy Note 10 将会是三星最后一款采用 1 / 2.55 英寸规格 CMOS 的手机,明年开始三星的新旗舰将有望搭载尺寸更大的 CMOS。

「祖传 1 / 2.55 英寸」的日子,或许就要到头了。

最后我们能预见到的是,在 5G 零件和高像素 CMOS 的影响下,智能手机会继续保持较厚(7 毫米以上)或镜头凸起的设计状态。而高像素成像所带来的硬件变革,则是规格越来越高的屏幕分辨率、存储空间和 ISP 图像处理能力。

不过在当下,手机拍照依然还是会以 1200 万像素为主,毕竟要在当前的硬件条件下时刻保持高像素输出,显然是个不现实的做法。

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