手机摄像头参数科普:苹果为什么拍照比不过华为?

手机拍照已成为人们选购手机的重要参考点,随着摄像头的增多和拍照能力的增强,厂商们也越来越热衷于公布摄像头的型号

面对这些琳琅满目的参数,大部分消费者都无所适从,今天我们简单科普下基本摄像头参数

在宣传中,我们常常能看见f 1.8,f 1.7,其中这个值表示的就是光圈大小,但需要注意的是其表示的不是实际光圈大小

而是一个系数,光圈F值 = 镜头的焦距/镜头口径的直径,且越小表示镜头光圈越大

为什么呢,很好理解,手机摄像头多位定焦镜头,焦距是固定的,虽然不同的摄像头焦距不同,但差异并不大

因此,也就是说镜头的直径越大,那F值代表的系数越小

光圈主要有以下作用,首先第一个决定单位时间内的进光量

光圈大,光通量就大它与快门速度共同决定曝光量

这也很好理解,将光圈看作水龙头,水龙头越大,相同时间内的水流量越大

而快门速度相当于开启水龙头的时间,长快门配上大光圈,就能得到一个高曝光量,而这也是目前夜景模式的基本原理

通过延长曝光时间,来获取更多的光线信息,再配合手机的多帧合成和降噪算法,便能得到一张亮度超过自动模式的照片

第二个作用,控制景深。什么是景深呢,从锐焦点到柔和焦点的过渡焦点区域,就叫做景深

看不懂没关系,顾名思义,景深指的就是景物从清晰到模糊的距离,或者说深度,用下面这张图便能很好地说明

在这组图片中,从左至右,前景和后景之间的景深依次变浅,最右边的图中,后景已经被虚化,前景更为突出

一般来说,光圈越大,景深越浅,同时景深也和镜头焦距有关,焦距越大,景深越小,反之亦反

不过需要注意的是,光圈并不是越大越好

在相机中光圈还要和镜头进行组合搭配,适当地选择合适的光圈大小以获得最好的成像质量

手机中也有这样的典例,三星在S9系列使用了“可变光圈”,通过摄像头的叶片遮挡来调节光圈大小,分别为f1.5和f2.4

其中的意义便在于,在光线充足的日间成像时调用更小的光圈,获得更大的景深,使图像更为锐利

而在光线条件更差的夜间,则是调用大光圈来保证高进光量以及更快的快门

感光元件和单像素尺寸

我们常常都能看到厂商在描述摄像头感光元件大小,即CMOS尺寸时,常常用到1/1.7",1/2.3",1/2.55"之类的数字

这些数字是什么意思呢,其实这表示的是摄像头传感器的对角线尺寸,单位是英寸

不过此英寸非彼英寸,并不是指的25.4mm,事实上这是个古老的标准

最早的电视是圆的,没错真的真的是圆的

而它用到的显像管自然也是圆的,而这时候人们定义的一英寸指的是直径为16mm的半圆弧长

大概计算一下,16×3.14×0.5=25.12mm,这样是不是就很接近一英寸了

而到了摄像机领域,元件则是从圆变成了长方形,而这时候直径也变成了对角线

因此在摄像领域,一英寸指的是对角线的长度,并且,为16mm

也就是说长宽比为4:3的一英寸元件,他们的长和宽分别为12.8mm和9.6mm

那么常见的手机CMOS尺寸怎么计算呢,以当前火热的索尼IMX 586为例,它的尺寸为1/2英寸

对应的其长和宽分别为12.8/2和9.6/2mm,即6.4mm和4.8mm,其对角线尺寸为16/2=8mm,同样我们也能计算感光面积

IMX 586的感光面积=6.4mm×4.8mm=30.72mm²

而当前手机拍照能力最强的P30 Pro,其CMOS型号为IMX 650,尺寸为1/1.7英寸

计算一下,IMX 650的感光面积≈42.5mm²,足足比IMX 586还要大38%

俗话说,底大一级压死人,指的就是相机的底,也就是感光元件或者说画幅越大,成像画质就越好

当然画质还和另外一个参数有关,单像素尺寸

这两个概念可以类比为雨天接水,画幅相当于下雨的区域和范围,而单像素尺寸相当于容器的大小

在同样多容器的情况下,容器越大,那么你能装到的水就越多

像素的尺寸用μm(微米)来表示,通常指的是其边长而非对角线,同样的我们举IMX 586和IMX 650的例子

这两个传感器都能通过索尼的“Quad Bayer”四像素合一,其中IMX 586合成后单像素尺寸为1.6微米,IMX 650为2微米

那么在单个像素的感光面积上,IMX 650就比IMX 586大了2×2/1.6/1.6-1=56.25%

形象地来说,IMX 650不仅雨水充足,并且用的盆还比你大

光学防抖和电子防抖

目前手机上用的光学防抖是一种硬件级技术,主要还是依靠镜片防抖,通常会增加相机模组的厚度

通过陀螺仪检测拍摄抖动,并通过移动增加的磁悬浮镜片,最后和处理器进行协同工作,来补偿抖动产生的位移,得到稳定的图像

可别小瞧这项技术,在需要手持稳定性的长焦成像以及快门更长的夜间成像时,光学防抖显得尤为关键

不过需要注意,常见的光学防抖属于两轴防抖,只能检测横纵的位移变化,即四个方向

而目前市场上所谓的四轴防抖和五轴防抖实际上也属于光学防抖的范畴,和增加镜片不同

四轴防抖通过检测抖动,利用马达来对整个镜头模组进行调整,从而补偿抖动位移

和两轴防抖不同,四轴防抖能检测八个方向的位移变化

说完了光学防抖,我们再来认识下电子防抖

和前者不同,电子防抖属于软件技术,说白了就是相机的算法检测到图像模糊

调整拍摄参数,例如更快的快门,更低的ISO(感光度),并通过边缘的图像对模糊部分进行补偿

其实也就相当于图像裁切,会损失照片或视频的解析力

除去原本的视角差异,在对比带有光学防抖和只使用电子防抖机型时,通常可以发现电子防抖拍摄的照片和视频取景范围更小

当然,也并不是说电子防抖就一定不如光学防抖,强悍的算法足以让你无法分辨两者的差异

比如Google的Pixel系列就不具备光学防抖,但依然是世界上最好的拍照手机之一

5P镜头?6P镜头

这个概念很好理解,指的就是镜头外覆盖的镜片数

一般来说,镜片分为塑料镜片(Plastic),玻璃镜片(Glass),以及蓝宝石玻璃镜片(SAPPHIRE CRYSTAL,本质上还是玻璃),后两者成本更高

那么P指的是什么意思呢,聪明的同学一定都猜到了,没错指的就是塑料镜片

当前手机除了最外层会使用玻璃或蓝宝石玻璃外,其余都是使用塑料镜片,比如某款手机宣称6P镜片

但实际上严格来说应该是5P1G镜片,不过行业内缺乏统一规范,并且为了便于宣传的目的,便直接称为6P镜头

多镜片是有一定好处的,一是加强光线的汇聚,而来能改善炫光,当然这主要和镜片素质有关

凡事有利有弊,多镜片的弊端在于光线在经过不断的反射折射后,强度必然有所下降

不过这些影响都可以结构的改进来弱化,否则智能手机也不会平稳地从5P过渡到主流的6P

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