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，其數值大小主要由相機傳感器中的像素點(即最小感光單位)數量決定，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量決定屏幕是720p或1080p分辨率是一個道理。

　　像素決定照片質量?

　　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異的影像品質，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，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，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境下的成像質量。

　　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，在夜拍或暗光環境下，大光圈的成像優勢就更明顯。

　　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)各項硬件參數和軟件優化(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勢的原因就在這里。

　　這涉及三個主要的因素：像素數量、單像素面積、軟件算法。

　　說得通俗一點，像素數量 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(數字僅做參考，不代表任何廠商參數)：

　　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。

　　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，比如現在的雙攝算法，其實就掌握在少數三兩家廠商手中。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(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及增加曝光量，這種方案的側重點是提升畫面細節及暗光環境成像效果。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的功能：大光圈的淺景深虛化效果、更加多樣化的拍攝環境適應。

　　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你拍攝的環境快速且智能地優化照片設置，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，越來越多的鏡頭，越來越高的價格，最終買單的還是消費者。而且現在的智能手機本身性能過剩，繼續進行這些沒有意義的比拼顯得有些雞肋。