手機攝像頭的結構和原理大揭秘

　　影響手機攝像頭性能的一些關(guān)鍵因素

　　像素

　　通常所說(shuō)的“XXX萬(wàn)像素”實(shí)際是指相機的分辨率，其數值大小主要由相機傳感器中的像素點(diǎn)(即最小感光單位)數量決定，例如500萬(wàn)像素就意味著(zhù)傳感器中有500萬(wàn)個(gè)像素點(diǎn)，和手機屏幕中的像素數量決定屏幕是720p或1080p分辨率是一個(gè)道理。

　　像素決定照片質(zhì)量?

　　通常會(huì )以為相機像素越高，拍的照片就越清晰，實(shí)際上。相機的像素唯一能決定的是其所拍圖片的分辨率，而圖片的分辨率越高，只代表了圖片的尺寸越大，并不能說(shuō)明圖片越清晰。

　　高像素的優(yōu)勢在哪里呢?

　　更高像素的相機所拍圖片的尺寸更大，假如我們想把樣張打印出來(lái)，以常規的300像素/英寸的打印標準來(lái)計算，1300萬(wàn)像素相機所拍的4208×3120像素樣張，可打印17英寸照片，而800萬(wàn)像素相機的3200×2400像素樣張，打印超過(guò)13英寸的照片就開(kāi)始模糊了。很顯然1300萬(wàn)像素相機樣張可打印的尺寸更大。

　　傳感器

　　既然像素不是決定圖片質(zhì)量的關(guān)鍵因素，那么誰(shuí)才是呢?答案是傳感器。

　　相機傳感器主要分兩種：CCD和CMOS。CCD傳感器雖然成像質(zhì)量好，但是成本較高，并不適用于手機，而CMOS傳感器憑借著(zhù)較低的功耗和價(jià)格以及優(yōu)異的影像品質(zhì)，在手機領(lǐng)域應用最為廣泛。

　　CMOS傳感器又分為背照式和堆棧式兩種，二者系出同門(mén)，技術(shù)最早都由索尼研發(fā)，索尼背照式傳感器品牌名為“Exmor R”，堆棧式傳感器為“Exmor RS”。

　　相對來(lái)說(shuō)，傳感器尺寸越大，感光性能越好，捕捉的光子(圖形信號)越多，信噪比越低，成像效果自然也越出色，然而更大的傳感器卻會(huì )導致手機的體積、重量、成本增加。

　　背照式傳感器的出現，有效的解決了這個(gè)問(wèn)題，在相同尺寸下，它使傳感器感光能力提升了100%，有效地改善了在弱光環(huán)境下的成像質(zhì)量。

　　鏡頭

　　鏡頭是將拍攝景物在傳感器上成像的器件，相當于相機的“眼睛”，通常由由幾片透鏡組成，光線(xiàn)信號通過(guò)時(shí)，鏡片們會(huì )層層過(guò)濾雜光(紅外線(xiàn)等)，所以，鏡頭片數越多，成像就越真實(shí)。

　　光圈

　　光圈由鏡頭中幾片極薄的金屬片組成，可以通過(guò)改變光圈孔的大小控制進(jìn)入鏡頭到達傳感器的光線(xiàn)量。光圈的值通常用f/2.2、f/2.4來(lái)表示，數字越小，光圈就越大，兩者成反比例關(guān)系。

　　它的工作原理是，光圈開(kāi)得越大，通過(guò)鏡頭到達傳感器的光線(xiàn)就越多，成像畫(huà)面就越明亮，反之畫(huà)面就越暗。因此，在夜拍或暗光環(huán)境下，大光圈的成像優(yōu)勢就更明顯。

　　除了控制通光量，光圈還具有控制景深的功能。生活中，我們時(shí)常會(huì )看到背景虛化效果很強的照片，不僅突出了拍攝焦點(diǎn)，還具有很唯美的藝術(shù)感，而這就是所謂的景深。光圈開(kāi)的越大，景深越小，背景虛化效果就更明顯。

　　手機廠(chǎng)商的噱頭知多少?

　　關(guān)于后置攝像頭

　　通過(guò)上面的介紹，我們已經(jīng)知道，拍照好壞，不僅僅取決于像素多少，還取決于傳感器感光面積等(為了便于解釋?zhuān)@里用單像素尺寸面積代替)各項硬件參數和軟件優(yōu)化(比如軟件算法支持)等多個(gè)方面。這幾年蘋(píng)果華為三星的旗艦手機主攝像頭都是1200萬(wàn)像素，大街上的某些大廠(chǎng)用到了2000萬(wàn)像素，拍照水平反而不占優(yōu)勢的原因就在這里。

　　這涉及三個(gè)主要的因素：像素數量、單像素面積、軟件算法。

　　說(shuō)得通俗一點(diǎn)，像素數量 X 單像素面積 = 實(shí)際感光面積。感光面積越大，拍照越清晰。

　　打個(gè)比方這樣(數字僅做參考，不代表任何廠(chǎng)商參數)：

　　一個(gè)1200萬(wàn)像素的攝像頭，單像素尺寸是1.25μm，那么其感光面積=1.25*1.25*1200萬(wàn)=1875萬(wàn)平方微米

　　一個(gè)2000萬(wàn)像素的攝像頭，單像素尺寸是0.9μm，那么其感光面積=0.9*0.9*2000萬(wàn)=1620萬(wàn)平方微米

　　也就是說(shuō)，前者1200萬(wàn)像素的手機比后者2000萬(wàn)像素手機的感光面積還要大，這樣一來(lái)，蘋(píng)果華為三星的1200萬(wàn)像素拍照水平，不比某些廠(chǎng)商的2000萬(wàn)像素差，就不難解釋了。

　　再說(shuō)自拍

　　自拍是區別于正常拍照的。這個(gè)主要取決于各個(gè)廠(chǎng)商的算法差異，有的傾向于美白，有的傾向于真實(shí)，有的傾向于唯美......反正是各不相同。這類(lèi)算法，技術(shù)難度比普通拍照簡(jiǎn)單得多，比較容易實(shí)現。

　　自拍800萬(wàn)像素足夠，如果是大像素，400萬(wàn)像素也能達到非常好的效果。

　　至于那些2000萬(wàn)像素自拍，就是瞎胡鬧，通過(guò)“美顏、磨皮”之后，就算是100000000萬(wàn)像素也還是一樣的效果，純粹就是噱頭。

　　再就是軟件算法。這是廠(chǎng)家的核心技術(shù)，一般不會(huì )對外的，比如現在的雙攝算法，其實(shí)就掌握在少數三兩家廠(chǎng)商手中。某些廠(chǎng)家跟風(fēng)盲目上雙攝，卻沒(méi)有核心技術(shù)，又不舍得花錢(qián)去買(mǎi)，出現R11那種“假雙攝”的也就不足為怪了。

　　手機多攝像頭靠譜兒?jiǎn)?

　　目前手機后置雙攝已經(jīng)普及，主要有兩種方案：一種是廣角鏡頭+長(cháng)焦鏡頭方案，這種方案的側重點(diǎn)在于光學(xué)變焦，通過(guò)在兩顆不同焦距的鏡頭之間切換，來(lái)實(shí)現(通常是)2倍光學(xué)變焦;另一種方案是彩色鏡頭+黑白鏡頭，通過(guò)彩色鏡頭記錄整體畫(huà)面，黑白鏡頭記錄畫(huà)面細節及增加曝光量，這種方案的側重點(diǎn)是提升畫(huà)面細節及暗光環(huán)境成像效果。通過(guò)雙攝，這兩種方案都能能帶來(lái)“人像模式(背景虛化效果)”。

　　不可否認的是，多攝像頭確實(shí)給我們帶來(lái)了很多手機單攝像頭無(wú)法實(shí)現的功能：大光圈的淺景深虛化效果、更加多樣化的拍攝環(huán)境適應。

　　理論上說(shuō)，想要手機拍攝擅長(cháng)哪個(gè)方面，就在手機上加一顆專(zhuān)門(mén)用于這個(gè)方面拍攝的攝像頭，專(zhuān)職化利用，這樣就能滿(mǎn)足用戶(hù)對手機拍攝更加專(zhuān)業(yè)化的需求。所以，在手機上看到更多鏡頭的可能性也不是完全沒(méi)有。

　　多后置攝像頭的趨勢還是值得一觀(guān)的，不僅僅是這些系統能提供更精細的圖像和更廣泛的攝影范圍，同時(shí)智能手機攝像頭軟件可以根據你拍攝的環(huán)境快速且智能地優(yōu)化照片設置，無(wú)論是低光、廣角、遠處的場(chǎng)景，還是近距離拍攝一個(gè)人。這樣的手機可以根據需要同時(shí)使用兩個(gè)攝像頭，而不需要用戶(hù)去切換不同的模式或者調整復雜的相機設置菜單。這并不是說(shuō)，這些手機不提供這樣的設置：iPhone的肖像模式能夠被啟用來(lái)自拍和拍攝肖像，突出拍攝對象的臉，而不是她的背景環(huán)境。P20 Pro也有一個(gè)夜間模式，給你提供長(cháng)達6秒鐘的曝光時(shí)間來(lái)拍照，從而免去三腳架的需要。

　　當然，也需要注意的是，不論多攝像頭拍照效果如何，這種比拼硬件的做法本身就不太適合手機行業(yè)，越來(lái)越多的鏡頭，越來(lái)越高的價(jià)格，最終買(mǎi)單的還是消費者。而且現在的智能手機本身性能過(guò)剩，繼續進(jìn)行這些沒(méi)有意義的比拼顯得有些雞肋。