真一億像素時(shí)代來臨 如何辨別真假像素

在智能手機(jī)領(lǐng)域，配備“超高像素?cái)z像頭”一直都是廠商用于宣傳的不二法門，畢竟在絕大多數(shù)普通消費(fèi)者的潛意識(shí)中，像素越高就等于拍照越好。我們暫且不論這個(gè)想法正確與否，還是先將目光投向高像素的“真假”之爭(zhēng)上吧。

突破4000萬像素關(guān)口

2012年，諾基亞808 PureView首次配備了高達(dá)4100萬像素的卡爾蔡司鏡頭（圖1），刷新了手機(jī)攝像頭領(lǐng)域的像素紀(jì)錄?？上В谝?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/502/" target="_blank">Android和iOS系統(tǒng)為主的生態(tài)圈中，直到2018年初上市的華為P20 Pro，才再次實(shí)現(xiàn)4000萬像素的回歸。步入2019年后，4800萬像素逐漸成為智能手機(jī)圈的主流，上到頂級(jí)旗艦，下到千元機(jī)都紛紛獵裝了這種超高像素的攝像頭（圖2）。

圖1 當(dāng)年相機(jī)模組的厚度非?！案腥恕?，再看如今手機(jī)的纖薄身材，讓人不禁感嘆科技的進(jìn)步

圖2 哪怕是千元級(jí)別的手機(jī)也紛紛用上了4800萬像素AI多攝

問題來了，貌似早在2014年就有Android手機(jī)支持3200萬、5000萬和6400萬像素拍照，2015年還有手機(jī)帶來了1.2億像素的拍攝能力。為什么多年后的新品在攝像頭像素參數(shù)方面反而下降了？

來自超像素技術(shù)的加成

在2014年前后，很多新品在拍照能力上都突破天際，明明標(biāo)配的是一顆1300萬、1600萬或2400萬像素的攝像頭，卻可以拍攝像素值數(shù)倍于這組數(shù)字的照片。比如，OPPO旗下手機(jī)利用了“超清畫質(zhì)模式”，讓Find 7、R5可以進(jìn)行5000萬像素，N3和R7進(jìn)行高達(dá)6400萬像素的拍照體驗(yàn)（圖3）。隨后，主打拍照體驗(yàn)的金立E8更是通過“超像素模式”帶來了一億兩千萬像素即1.2億像素的拍照能力（圖4），其創(chuàng)下的拍照像素紀(jì)錄至今還沒有被人打破。

實(shí)際上，無論“超清畫質(zhì)模式”還是“超像素模式”，它們的基本原理都是相同的。OPPO采用的超清畫質(zhì)算法是連續(xù)拍攝10張照片進(jìn)行合成，金立的超像素算法則是采用5張連續(xù)拍攝的照片進(jìn)行多幀合成，中間過程生成的照片不會(huì)保留到ROM（閃存）之中。在將多張照片進(jìn)行合成的過程中，涉及到將每張照片中物體邊緣、紋理細(xì)節(jié)最清晰的部分，通過“多幀超分辨率零噪聲模式”等技術(shù)進(jìn)行重建，讓用戶最終看到的只是一張超高像素的完美照片。

然而，這種通過軟件手段將拍照分辨率“躍升”的能力存在很多先天不足，比如需要CPU、內(nèi)存和閃存的處理速度足夠快，合成照片的細(xì)節(jié)是否完美還取決于成像算法的優(yōu)化。此外，超像素技術(shù)會(huì)顯著提升照片容量，5000萬像素的照片大小會(huì)從3MB左右一下猛增到8MB至20MB，1.2億像素在復(fù)雜的場(chǎng)景下也有望突破50MB容量大關(guān)，從按下快門拍攝一張照片還需要等待5秒以上，并且期間拍照界面按鈕都會(huì)變成灰色，不再響應(yīng)其他操作，非常影響實(shí)際體驗(yàn)。

可惜，當(dāng)年的手機(jī)無論是存儲(chǔ)容量還是處理速度都無法完美駕馭這種超像素技術(shù)，而拍攝超高分辨率的照片本身也不是剛需功能，在“隨手一拍就是大片”的理念下，這種華而不實(shí)的功能逐漸被后續(xù)新品所拋棄，而智能手機(jī)們也轉(zhuǎn)向了更具實(shí)際價(jià)值的AI場(chǎng)景的優(yōu)化算法上（圖55）。

超像素的逆向思維

就在手機(jī)總在試圖拍攝更高分辨率的照片時(shí)，還有一種將像素由多變少的逆向思維也需要引起我們的重視。其中最具代表性的就是Lumia 1020的PureView超采樣技術(shù)和HTC的UltraPixel超像素技術(shù)。

武裝4100萬像素?cái)z像頭的Lumia 1020在拍照時(shí)根據(jù)畫幅尺寸可以同時(shí)拍攝一張3800萬像素（4:3畫幅）或3400萬像素（16:9畫幅）的照片，外加一張500萬像素的照片。其中，主要用于社交分享的500萬像素照片，在細(xì)節(jié)的表現(xiàn)力上可以秒殺當(dāng)時(shí)一眾同像素或更高像素的競(jìng)品，原因就是它是通過“超采樣”技術(shù)，將每7/8個(gè)像素合成為一個(gè)“超級(jí)像素”，相當(dāng)于系統(tǒng)自動(dòng)將4100萬像素的圖像“濃縮”至500萬像素，如今4000萬/4800萬/6400萬/1.08億像素傳感器主打的Quad Bayer陣列和四合一像素聚合技術(shù)，就與PureView超采樣技術(shù)有著異曲同工之妙。

HTC的UltraPixel超像素技術(shù)特指一種特殊定制的傳感器在競(jìng)品紛紛用上800萬、1300萬和1600萬像素時(shí)，這款手機(jī)的攝像頭卻僅有408萬像素，它的傳感器尺寸為1/3.0英寸，但單個(gè)像素的感光面積卻達(dá)到了2μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同期手機(jī)常見的1.1μm像素尺寸，感光效率高出300%，翻譯過來就是夜拍時(shí)的細(xì)節(jié)表現(xiàn)更完美。

可惜，UltraPixel超像素相機(jī)的像素太低，并不利于營銷，而且正常光線拍照和更細(xì)膩的分辨率才是市場(chǎng)的主流。因此，HTC很快也放棄了這種非主流的逆向思維方式。時(shí)至今日，已成主流的4800萬像素傳感器通過四合一像素聚合技術(shù)也能獲得1.6μm的單個(gè)像素感光面積（圖8），再加上“手持超級(jí)夜景”等拍照模式和AI算法的加持，夜拍表現(xiàn)也逐漸趨于完美（圖9）。

真一億像素時(shí)代來臨

2019年8月初，小米在北京舉行的未來影像技術(shù)溝通會(huì)中曝光了來自三星旗下，擁有1.08億像素的傳感器——ISOCELL Bright HMX（圖10）。至此，智能手機(jī)終于用上了在物理層面真正破億的攝像頭，可以拍照分辨率高達(dá)12032×9024像素的照片?？梢哉f，ISOCELL Bright HMX是迄今為止像素?cái)?shù)量最高的手機(jī)傳感器，沒有之一。

編輯：hfy