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鍵因素
像素
通常所說的“XXX萬像素”實際是指相機的分辨率，其數(shù)值大小主要由相機傳感器中的像素點(即最小感光單位)數(shù)量決定，例如500萬像素就意味著傳感器中有500萬個像素點，和手機屏幕中的像素數(shù)量決定屏幕是720p或1080p分辨率是一個道理。
像素決定照片質(zhì)量?
通常會以為相機像素越高，拍的照片就越清晰，實際上。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，以常規(guī)的300像素/英寸的打印標準來計算，1300萬像素相機所拍的4208×3120像素樣張，可打印17英寸照片，而800萬像素相機的3200×2400像素樣張，打印超過13英寸的照片就開始模糊了。很顯然1300萬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)量的關鍵因素，那么誰才是呢?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傳感器憑借著較低的功耗和價格以及優(yōu)異的影像品質(zhì)，在手機領域應用最為廣泛。
CMOS傳感器又分為背照式和堆棧式兩種，二者系出同門，技術最早都由索尼研發(fā)，索尼背照式傳感器品牌名為“Exmor R”，堆棧式傳感器為“Exmor RS”。
相對來說，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導致手機的體積、重量、成本增加。
背照式傳感器的出現(xiàn)，有效的解決了這個問題，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，光線信號通過時，鏡片們會層層過濾雜光(紅外線等)，所以，鏡頭片數(shù)越多，成像就越真實。
光圈
光圈由鏡頭中幾片極薄的金屬片組成，可以通過改變光圈孔的大小控制進入鏡頭到達傳感器的光線量。光圈的值通常用f/2.2、f/2.4來表示，數(shù)字越小，光圈就越大，兩者成反比例關系。
它的工作原理是，光圈開得越大，通過鏡頭到達傳感器的光線就越多，成像畫面就越明亮，反之畫面就越暗。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，我們時常會看到背景虛化效果很強的照片，不僅突出了拍攝焦點，還具有很唯美的藝術感，而這就是所謂的景深。光圈開的越大，景深越小，背景虛化效果就更明顯。
手機廠商的噱頭知多少?
關于后置攝像頭
通過上面的介紹，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，這里用單像素尺寸面積代替)各項硬件參數(shù)和軟件優(yōu)化(比如軟件算法支持)等多個方面。這幾年蘋果華為三星的旗艦手機主攝像頭都是1200萬像素，大街上的某些大廠用到了2000萬像素，拍照水平反而不占優(yōu)勢的原因就在這里。
這涉及三個主要的因素：像素數(shù)量、單像素面積、軟件算法。
說得通俗一點，像素數(shù)量 X 單像素面積 = 實際感光面積。感光面積越大，拍照越清晰。
打個比方這樣(數(shù)字僅做參考，不代表任何廠商參數(shù))：
一個1200萬像素的攝像頭，單像素尺寸是1.25μm，那么其感光面積=1.25*1.25*1200萬=1875萬平方微米
一個2000萬像素的攝像頭，單像素尺寸是0.9μm，那么其感光面積=0.9*0.9*2000萬=1620萬平方微米
也就是說，前者1200萬像素的手機比后者2000萬像素手機的感光面積還要大，這樣一來，蘋果華為三星的1200萬像素拍照水平，不比某些廠商的2000萬像素差，就不難解釋了。
再說自拍
自拍是區(qū)別于正常拍照的。這個主要取決于各個廠商的算法差異，有的傾向于美白，有的傾向于真實，有的傾向于唯美......反正是各不相同。這類算法，技術難度比普通拍照簡單得多，比較容易實現(xiàn)。
自拍800萬像素足夠，如果是大像素，400萬像素也能達到非常好的效果。
至于那些2000萬像素自拍，就是瞎胡鬧，通過“美顏、磨皮”之后，就算是100000000萬像素也還是一樣的效果，純粹就是噱頭。
再就是軟件算法。這是廠家的核心技術，一般不會對外的，比如現(xiàn)在的雙攝算法，其實就掌握在少數(shù)三兩家廠商手中。某些廠家跟風盲目上雙攝，卻沒有核心技術，又不舍得花錢去買，出現(xiàn)R11那種“假雙攝”的也就不足為怪了。
手機多攝像頭靠譜兒嗎?
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+長焦鏡頭方案，這種方案的側重點在于光學變焦，通過在兩顆不同焦距的鏡頭之間切換，來實現(xiàn)(通常是)2倍光學變焦;另一種方案是彩色鏡頭+黑白鏡頭，通過彩色鏡頭記錄整體畫面，黑白鏡頭記錄畫面細節(jié)及增加曝光量，這種方案的側重點是提升畫面細節(jié)及暗光環(huán)境成像效果。通過雙攝，這兩種方案都能能帶來“人像模式(背景虛化效果)”。
不可否認的是，多攝像頭確實給我們帶來了很多手機單攝像頭無法實現(xiàn)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，想要手機拍攝擅長哪個方面，就在手機上加一顆專門用于這個方面拍攝的攝像頭，專職化利用，這樣就能滿足用戶對手機拍攝更加專業(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有。
多后置攝像頭的趨勢還是值得一觀的，不僅僅是這些系統(tǒng)能提供更精細的圖像和更廣泛的攝影范圍，同時智能手機攝像頭軟件可以根據(jù)你拍攝的環(huán)境快速且智能地優(yōu)化照片設置，無論是低光、廣角、遠處的場景，還是近距離拍攝一個人。這樣的手機可以根據(jù)需要同時使用兩個攝像頭，而不需要用戶去切換不同的模式或者調(diào)整復雜的相機設置菜單。這并不是說，這些手機不提供這樣的設置：iPhone的肖像模式能夠被啟用來自拍和拍攝肖像，突出拍攝對象的臉，而不是她的背景環(huán)境。P20 Pro也有一個夜間模式，給你提供長達6秒鐘的曝光時間來拍照，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)，越來越多的鏡頭，越來越高的價格，最終買單的還是消費者。而且現(xiàn)在的智能手機本身性能過剩，繼續(xù)進行這些沒有意義的比拼顯得有些雞肋。
標簽： 攝像頭
