90%用戶都不知道?手機攝影冷熱知識科普
90%用戶都不知道?手機攝影冷熱知識科普

移動攝影,沒性能圈那普適性的評價方法(性能與功耗),也沒音頻圈那么玄學,但卻依然很“黑箱”,用戶對操作過程一無所知,因此也攢下了很多誤解和冷知識。

90%用戶都不知道?手機攝影冷熱知識科普

這次就為大家解答一些移動攝影的日常疑問和冷熱知識,結合之前的《簡單科普:計算攝影“算”的是什么?》科普食用,效果更佳 。知道之后,將獲得“你已超越全國90%用戶”認證。


鏡頭

  1. 手機鏡頭幾乎都是塑料/樹脂材質。

  2. 8P鏡頭的“P”,不是“片”的拼音縮寫,而是Plastic的英文縮寫,中文叫塑料或普拉斯提克。

  3.  1G6P鏡頭的“G”,是Glass玻璃的縮寫。Redmi K40游戲增強版、vivo X70 Pro+、vivo X80 Pro、小米Civi 2等部分機器在用。

  4. 手機上用玻璃鏡片,核心用處其實是降低厚度和降低裝配難度,其次才是玻璃能耐高溫可以上更多層鍍膜。1G6P的效果與8P接近,但透光率更高、厚度更低,唯一缺點是貴。

 

聯名與自研芯片

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  1. 為什么松下CM1、華為、夏普、小米的手機都看不到徠卡的“可樂標”?這是徠卡的鍋,其要求有可樂標就不能同時出現手機廠logo,所以大家只會用徠卡的文字標。

  2. 徠卡是多棲登陸的“渣男”,合作廠商不計其數,近代就有松下、華為、夏普、小米、Insta360、堅果投影、海信投影等等等等

  3. OPPO其實也嘗試過和蔡司合作,但沒談成,而徠卡則是被小米搶先了,最后只能和一加“共用”哈蘇了(這條算八卦)

  4. 2005年,諾基亞N系列開山之作N90就首發了卡爾蔡司鏡頭,比2021年帶蔡司小藍標的vivo X60系列早17年。

  5. 華為和徠卡分手后,出了自己的影像品牌XMAGE,有人說是手機廠推翻相機聯名的大山。但其實諾基亞在2012年初就有自己的影像品牌PureView(純景),首發機型就是大名鼎鼎的怪物——諾基亞808 PureView。

  6. 為了計算攝影,Google在2017年的Pixel 2系列上,搭載了和英特爾合作設計的Pixel Visual Core,同代的還有華為海思的NPU、增加“仿生后綴”的蘋果A系列芯片,多年后的vivo V1+、OPPO馬里亞納X,它們的初始核心用途全是搞計算攝影。

  7. 自研ISP,以前屬于一個聽起來那么高檔的范疇——外掛ISP。不要怪各大廠都搞自研ISP,因為高通、聯發科的集成ISP,性能真的不夠用。

  8. 2012年的HTC One X就有ImageChip圖像芯片(能每秒5張連拍、一次99張連拍、錄像時也能拍照),比vivo、OPPO、小米的自研ISP/NPU早了8年有余。


傳感器

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主流傳感器的尺寸比例對比↑

  1. 數碼相機,是膠卷相機大佬柯達在1975年發明的,最后把自己干趴了。

  2. 2019年主流的1/2英寸傳感器IMX586,只比2018年主流的1/2.3英寸傳感器IMX363大5%(因為在1/2.3英寸上下,“每英寸”分別對應16mm和18mm)。

  3. 同樣是1/2.3英寸,不同CMOS間有14%的面積差異(ImX377對IMX230);同樣是1英寸,不同型號間也有12%的差別。

  4. 弱光噪點主要由藍色像素貢獻。裸片硅在可見光波段的光電轉換率是峰值的20%-60%,對1000nm紅外光達到峰值,另一端的藍光只有峰值的15%。

  5. 傳感器不能無限做小,因為紅色光波長范圍在620–750nm(即0.62到0.75μm)之間,亞波長尺寸的子像素,效果會下降很明顯。

  6. 現在最小的單位像素尺寸已小于理論極限。三星2億像素的HP3傳感器,單位像素已經壓縮到了0.56μm,豪威也有同尺寸的傳感器,但現在都沒有量產機搭載。好消息是,這些傳感器默認都是4合1、9合1輸出,日常等效1.12μm和1.68μm,離物理瓶頸還很遠,但高像素模式就基本廢了。

  7. 同是0.64μm的2億像素HP1、1億像素HM6、5000萬像素JN1,都是各自像素級別的恥辱,0.56μm的效果真的不堪設想。

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  8. 索尼傳感器最小的單位像素尺寸是0.8μm(IMX586/582/598、IMX686/682、IMX709/787等),為何索尼沒有像三星和豪威那樣跟進小像素?因為索尼工廠的制程太落后,無法低成本地把CMOS的單位像素做?。ㄈ呛退髂岷诵膫鞲衅鞫际亲约荷a的,豪威和索尼部分產線是找代工)。以公開信息中的豪威Purecel Plus傳感器為例,單位像素1μm用的是45nm工藝,0.8μm用的是28nm,然而索尼自己的廠,集中在40nm以上……

  9. 傳感器是色盲,只能感知光線強弱,不能分辨顏色。實際操作中,是用紅綠藍3顏色的濾光片(對應常見的RGGB拜耳陣列,但也有RYYB等其他方案),讓單個像素記錄3原色中的一個,犧牲了2/3的像素數量去換取記錄顏色的能力。結果100萬像素的屏幕會有300萬個子像素,而100萬像素的CMOS只有100萬個“子像素”。我們平時看到的照片,2/3的信息都是去馬賽克(Demosaicing)算法插值、猜色重建的結果。

  10. 現代傳感器濾光片最常用的Bayer拜耳陣列,就是柯達科學家Bryce Bayer發明的。

  11. 但濾光片排列在理念上沒有所謂的最優解。最普遍的RGGB排列(也有比較常用的GBRG/GRBG/RGGB,優勢是幾十年的積累,色彩準、易調,但光線損失大)、有華為在用的RYYB(Y是黃色的意思,進光量大,但易偏紅和高光溢出)、OPPO愛用的RGBW(W是白色,即無濾光片,進光量大,但色彩淡)、RWB(索性綠色都由無濾光片的白色代替,色彩也是問題)、MONO(黑白,最大進光量,但黑白)。

  12. ToF鏡頭(Time of Flight,飛行時間)沒那么高逼格。當年的激光對焦就算是ToF的一種,2014年的LG G3就有了,后來華為P9、HTC M10等大量機型使用(當年意法的ToF傳感器有效距離只有2米),后因雙核對焦普及而逐步被沒落。更low的ToF實現,是距離感應器(控制打電話和口袋里自動滅屏那個),2016年的iPhone 7就在用了。

 

算法/計算攝影

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  1. 手機上的計算攝影并沒有那么遙不可及,本質還是把相機老法師手動/半自動的拍照方法和后期修圖,進行自動化和硬件化。

  2. 以前手機拍照會有黑屏“咔嚓”一下的原因(現在基本不存在了):CMOS有預覽和拍照模式,為了省電和降低ISP壓力,前者可能是1080P,甚至可能是720P的。按下快門那下短暫黑屏,是CMOS轉去拍照模式,導致預覽視頻流短暫中斷的結果。

  3. 幾年前,Google相機能移植到各種手機上(成為小米6的“最后一塊拼圖”),是因為當時后期處理管線對硬件依賴不強,基礎版本只要支持Neon就能跑,但非官方設備沒有對應的校正(降噪模型等),可能會出現涂抹力度過輕或過重、偏色、還無法達到最佳的效果。

  4. 現在大部分自動夜景的樣張,其exif信息中的快門時長不再有參考性(幾秒鐘的夜景,結果快門顯示1/4秒)。其顯示的不是多幀合成的總時長,而是長曝光幀EV0正確曝光的樣張快門速度。

  5. HDR算法會降低細膩材質的質感(如毛發、線條等密集紋理),多幀合成的幀數越多,翻車幾率越大,所以Google和很多廠商在光線好時,HDR是2幀合成的(蘋果Smart HDR是9張,Google HDR+是2-8幀)。

  6. 雖然現在流行自研拍照算法,但算法供應商依然是大頭。著名供應商有虹軟科技(100億市值,21年營收5.7億,2.7億研發,444人研發)、商湯(300億市值,2000人)、曠視科技(市值200億,總數1400人)、Core Photonics(以色列,市值2.5億,50人研發)和 Morpho(日本,研發人員未知,7.6億市值)

  7. 手機拍照算法值多少錢?在虹軟19年財報曾有提及,計件模式下,平均每臺手機算法費用0.55元……

 

日常使用

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  1. 為什么相機一開,后臺的app就沒了?

    因為相機app真的很吃內存。手機大廠為了做多幀合成+零延時延時快門,相機打開后就在不停拍照,按下快門后會把最近的2-15幀送去做多幀合成(蘋果Smart HDR和Deep Fusion一般都是9張)。跑進RAW域(籠統理解為,從jpg文件到RAW文件)的圖片處理流程,加上各種算法模型,以及部分機型那機關槍一樣的快門響應,內存不爆就有鬼了。

    反過來,要不是計算攝影巨大的內存需求,摳到家的蘋果也不會讓iPhone從2017年的3GB漲到現在的6GB。這樣騙自己,心理會舒服點(蘋果只用9合1,沒有往上堆,一來是功耗和內存頂不住,二來是邊際效用遞減,以及樣張太多就更難對齊,容易糊片)

  2. 都說安卓拍照比蘋果好,但為什么安卓機發的朋友圈比蘋果差?因為張小龍。安卓版微信對圖片壓縮更猛、分辨率更低。張小龍?。?!

  3. 安卓第三方app拍照或錄視頻不如原生相機好?因為第三方app(包括用微信內置的拍照和錄像入口)無法/沒去調用原生相機的算法,甚至會用預覽畫面來輸出視頻,不糊才有鬼(因此改善第三方app的影像效果,也成了2017年Google Pixel Visual Core、2021年OPPO馬里亞納X等外掛芯片的目標之一)。

  4. 拍視頻的視野為何比照片???因為錄像沒調用所有像素,以常見的4:3 1200萬像素傳感器為例,4K 16:9(比例這里損失一道)錄像單幀只用了1200萬像素中的829萬像素,8K視頻只用了4800萬模式中的3318萬像素,視野自然會小一圈。理論上可用合并采樣、超采來避免視角縮水,但算力和功耗要求太高。

  5. 近幾年所有旗艦手機,連拍時都可能因為處理不及而偶爾出現幾張沒算法處理的“廢片”,俗稱“夾生”。iPhone情況很輕微,但安卓旗艦比較明顯,連拍或抓拍時,要珍惜前幾下快門,前面都拍不清,后面大概率也是糊的。

  6. 即便是在2022年,絕大部分安卓旗艦,都會因為發熱問題,根本無法堅持30分鐘的4K 60fps錄像(效果就更別提了)……而相機的30分鐘視頻拍攝限制,不是防止過熱,而是避免進出口時被歸類到攝像機,后者的關稅更高(雖然確實有不少相機會過熱)。

  7.  掌握大量可作為談資的攝影冷/熱知識,甚至報了68888元的大師班學了一個療程,想著在吃飯和聚會時或許能用上,這是怎樣一種體驗?

    答:就像昨晚夢到和女朋友分手,我哭得很慘,第二天醒來想起自己沒有女朋友,哭得更慘了90%用戶都不知道?手機攝影冷熱知識科普


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