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    手机摄像头的前世今生 好似一局绝地求生

      [  中关村在线 原创  ]   作者:胡永彬   |  责编:胡永彬

    缩圈激战:高端装备齐上阵

            绝地求生游戏之所以有意思,不仅因为里面各式厉害的武器,还有每隔一段时间便会缩小战场范围的毒圈所营造的紧张感。因为随着战场范围的收窄,遭遇敌人的几率变得更大。然而你必须冒着风险奔去安全区,因为毒圈之外,只有死路一条。

             如果说2000年到2006年,处于手机摄像头的初始发育期,手机厂商凭借功能机体积,厚度要求不高的特点,可以硬塞下光学变焦以及氙气闪光灯等组件。那么到了2007年,则迎来了一次历史性的时刻——iPhone诞生。这是一款颠覆了功能机时代操作逻辑的产品,它轻薄便携,超大的屏幕以及内置的APP社交软件让手机拍照变得比任何时候都更加重要。然而智能机的轻薄属性却又限制了摄像头的性能发挥。谁能在更小的体积内带来更好地拍照体验,它才能较为舒服的生存下去。手机行业的“毒圈”开始收缩了。

    2012年,光学防抖技术诞生

           在绝地求生游戏里,人们最爱用的步枪之一便是M416,因为这把枪射击的时候稳,让你枪枪到肉的打在敌人身上。但这种稳定性并不是在你刚拿到枪的时候就能体会到,而是需要握把,尾拖等配件的加持下,来减小步枪射击时横轴与纵轴的后坐力。

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    Lumia 920

           2012年,诺基亚推出Lumia 920配备了卡尔蔡司认证镜头以及OIS光学防抖技术。这一技术通过镜头的浮动透镜来纠正“光轴偏移”。其原理是通过镜头内的陀螺仪侦测到微小的移动,然后将信号传至微处理器,处理器立即计算需要补偿的位移量,然后通过补偿镜片组,根据镜头的抖动方向及位移量,利用之前提到的VCM音圈马达的原理对镜头加以补偿;从而有效地克服因相机的振动产生的影像模糊。这种防抖技术对镜头设计制造要求比较高,而且成本也相对高一些。

           光学防抖功能的效果是相当明显的,一般情况下,开启该功能可以提高2-3档快门速度,降低手持拍摄产生模糊不清现象的几率。

    2012年,4100W像素手机诞生

           手机像素就好比游戏中自动步枪的子弹,如果一梭子子弹能容纳更多的数量,那么你的攻击能力(画质)就会显著提升。手机行业的像素一直都在进步,因为只有更高的像素,才能为图像带来更多细节。甚至CCD传感器被CMOS传感器所取代,一大原因也是CMOS能够带来更高的像素数量。

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    诺基亚808 PureView

            诺基亚对于拍照功能的探索可以用领先一个时代来形容。2012年诺基亚推出808 PureView,一款拥有令人乍舌的4100W像素手机,这样的参数即便是单反相机,也很难企及。而6年后的今天,有一款同它一样的配置手机,同样以此作为卖点。

    2013年,Ultrapixel技术带来2μ像素尺寸

             在手机领域,像素数量与像素尺寸是两个矛盾的概念。像素尺寸就好比游戏中子弹的口径,越大的子弹杀伤力(画质)就会越强。但由于子弹口径增大,势必会更占地方,所以在子弹匣容量不变的前提下,装载的子弹数量就会减小。

           放在手机上也是同理,由于手机轻薄的体积,感光元件的尺寸无法做大,所以如果追求高像素,那么单个像素的面积便只能控制的较小,一般会在1.2μ左右。

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    HTC One M7

           然而,HTC选择了增大单个像素的面积,从而带来让单个像素拥有更高的进光量,以此获得更优秀的夜间拍照体验。2013年2月19日HTC发布的新一代旗舰型智能手机HTC One M7。该机搭载自主研制的Ultrapixel(简译为“超像素”) 摄像头,最大的特点是拥有2μ超大像素,感光率比普通手机摄像头的高出300%。然而遗憾的是,同样因为高像素尺寸,使其摄像头的像素数量仅有408W。

    2013年,首款双色温闪光灯诞生

           我们知道,但凡是高端相机,一般都会采用氙气闪光灯作为补光设备,一方面是因为它的光线强度更强,另一方面,也是因为它的色温非常接近太阳光的色温,从而令拍摄的照片更易于控制白平衡。

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    iPhone 5S

           然而随着手机行业进入到智能机时代,轻薄的外观决定LED光源才是最优的补光材料。它有节能,体积小巧的优点。尽管亮度不及氙气闪光灯是客观事实,但是色温的问题却可以通过技术手段解决。而2013年苹果推出的iPhone 5S采用了双色温闪光灯,便是通过调节两个不同色温闪光灯的光线强度,从而改善拍摄环境的色温水平,已达到成片的真实色彩还原。从后续友商的跟进情况便可以看出,这是一套成熟且有效的方案。

    2014年,激光对焦技术与相位对焦技术(PDAF)在手机应用

           在前文中,我们将对焦技术看做是绝地求生游戏中的准星,如果说最开始的反差对焦是机瞄的准星,那么激光对焦以及相位对焦技术则可以看做是红点或者全息瞄准具,能够带来更快的瞄准速度(对焦速度),并且能够适应更多环境。(暗光环境)

           2014年2月的MWC大展上,三星推出旗舰Galaxy S5,该机首次搭载PDAF相位对焦技术。该技术采用的图像传感器,感光区域中的部分像素点被牺牲掉,这些像素被称为掩蔽像素(Masked Pixels),是成对使用的。像素之间的距离、结合它们的相对变化,就可以帮助系统决定镜头到底需要为准确对焦而移动多远。就像人的双眼能够辨别物体远近一样。有了此对焦系统,手机的对焦就不用像传统反差对焦那样,来回调整焦距(俗称拉风箱)才能断定正确的焦点了。总之,这一技术可以显著提升对焦速度。后来苹果也在iPhone 6上搭载了这一相位对焦技术,名叫Focus Pixel。

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    LG G3

           同年5月,LG发布2014年度旗舰LG G3,让人眼前一亮的是,LG G3不仅配备双LED闪光灯,更拥有具备激光自动对焦功能的传感器。该传感器会从和摄像头同侧的一个窗口中发射出一道锥形激光光束,不断的反复根据激光反射回来的时间长短来判断物体的距离,继而完成对焦。该技术使对焦速度达到276毫秒,甚至比人眨一下眼还要快。并且,由于它采用主动发射的对焦技术,所以在暗光环境下,也能带来迅速准确的对焦体验。不过它也有个弊端,就是因为激光发生的功率有限,所以只能对焦近处的物体。

    2014年,ISOCELL深槽隔离技术

             说起手机图像传感器的制造,大家可能首先相当的是索尼的IMX系列,但是其实三星在这一领域也有着举足轻重的地位。在2014年发布S5的时候,三星就位该机的摄像头感光元件配备了ISOCELL深槽隔离技术。

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    三星Galaxy S5

            这一技术建立在BSI(背照式传感器)技术的基础上,更注重减少像素之间的干扰;相比于BSI技术,ISOCELL技术能够减少30%的像素串扰。通过在形成像素间的物理屏障,从而避免像素间形成的干扰问题,让像素能够吸收更多光子,获得更好的照片效果,从而提升画质。另外,在设计集成化方面,ISOCELL还能够进一步缩小相机模块,让手机变得更加轻薄。

            或许,看完刚才这些,大家会觉得这一技术有些似曾相识。那很有可能是因为大家了解过iPhone 6s的拍照性能。因为它也搭载了这一技术,而且相比于三星的相对低调,苹果似乎更愿意将这一技术作为拍照方面宣传的重点。然而该机的发布时间是2015年,和相位对焦技术一样,比三星晚了一年。


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