淺談手機拍照的那些事，它的未來在哪
最近幾年隨著社交網路的發展，人們對手機拍照的需求越來越高，這無疑成為了手機廠商抓住消費者需求的一個重要賣點。從今年廠商發布的新機來看，相機部分成為了產品最重要的宣傳賣點之一，而且今年國產手機整體拍照性能進步巨大，特別是華為P20系列，真正做到超越國際一線品牌，在DXO榜單上得到了109的歷史最高分，一騎絕塵於三星蘋果。
在?過去幾年的手機拍照領域，一直都是三星蘋果等國際大廠的傳統優勢，特別是三星已經超越蘋果，成為手機拍照的業界標杆。那麼怎樣的圖片才是成像好的圖片，影響成像質量好壞的因素有哪些呢？
人們的傳統認知上，高像素=好圖片。其實，這種說法是片面的，只有在光線充足的條件下才成立。像素只是決定輸出圖片的顯示大小，並不決定圖片的成像效果，而且高像素會給手機的ISP（圖像信號處理單元，主要負責拍照）帶來壓力。
在感測器面積有限的情況下，像素越高，單位像素麵積就越小，到了夜晚弱光拍照的時候，畫面的噪點會增多，細節會丟失，成像質量慘不忍睹。那麼，單位像素麵積是一個什麼概念呢？筆者就拿三星S9為例，感測器面積為1/2.55英寸，像素是1200萬像素，用感測器的面積除以1200萬，得出S9相機的單位像素是1.4微米。而單位像素麵積越大，其捕捉的光子越多，感光性能越好，有利於提高夜間成像的畫面純凈度，減少噪點。
如果說到單位像素，就不能離開感測器的重要性，攝影界流傳著一句話：底大一級壓死人。而這個「底」就是指感測器的面積，底大的能夠「壓死」底小的，這是硬實力的表現，這句話同樣也適應於手機拍照領域。目前手機相機中感測器面積最大的是當年的王者諾基亞808（4100萬像素），感測器面積達到了1/1.2英寸，這在手機中是相當恐怖的，甚至比現在很多高級卡片相機的「底」還要大，因此在同等像素水平條件下的兩部手機，感測器面積越大成像質量就好。
而目前市面上拍照最強手機都離不開實力強大的感測器。同是1200萬像素級別的手機中，最強的是華為p20pro的IMX600，1/1.73英寸，1000萬像素輸出時單位像素接近2微米；然後就是華為p20和魅族15的IMX380，1/2.3英寸，單位像素1.55微米；最後就是以三星S7時代開始的1/2.55英寸1.4微米IMX260家族的各種機型，如三星S9/S9+（IMX345)、HTC U12+、小米8/MIX2S，與及堅果R1等都是IMX363。
在這裡不得不說，近年來三星在手機拍照領域取得的成績，上面提及到1/2.55英寸1.4微米的IMX260，這是三星在手機拍照領域一戰成名的神兵利器，是第一款支持全像素雙核對焦的感測器，加上光學防抖，F/1.7的大光圈，三星S7的相機實力吊打同時期的任何一部手機，尤其是暗光條件下成像效果非常優秀，三星手機拍照「夜視儀 」的稱號由此而來。
而IMX260家族系列對國產手機拍照的進步起到基礎性作用，除了廠商自身的努力，感測器的升級功不可沒。下面筆者列出近兩年三星IMX260家族的應用和外賣情況，如下：
索尼IMX260 /三星S5K2L1
三星旗艦：Galaxy S7/Note7（1200萬，1/2.55英寸，1.4微米）
外賣：索尼IMX362 三星S5K2L7（vivo x play6、紅米note5、魅藍note6、摩托、Google、努比亞）
索尼IMX333/ 三星S5K2L2
三星旗艦：Galaxy S8/Note8（1200萬，1/2.55英寸，1.4微米）
外賣：索尼IMX363（小米MIX2S/小米8/8se，HTC U12+，堅果R1，VIVO APEX，華碩Zenfone 5）
索尼IMX345 /三星S5K2L3
三星旗艦：Galaxy S9（1200萬，1/2.55英寸，1.4微米）
而影響成像效果除了感測器面積和單位像素外，光圈的作用同樣不可小視。
我們來了解下光圈的工作原理，它和我們人的瞳孔非常類似，當環境光線強的時候，我們的瞳孔會收縮變小；而當環境光線變弱時候，瞳孔就會放大，其目的就是為了接收更多的光線，以獲取更多的暗部細節，而手機的光圈也是如此。
近幾年隨著智能手機相機的發展，光圈值也變得越來越大，由幾年前的F/2.4升級到現在的F/1.5超大光圈，當然同等光圈數值的手機是不能和單反相機相比的，後者遠要比前者大的多。
而在參數上，我們看到的寫在F之後的數值越小，光圈就越大，反之則越小。一般用戶對拍照認知，就是光圈大小的作用和高像素對拍照效果的作用一樣，就是光圈越大拍照效果越好。筆者也不能認為這種說法錯誤，在同等條件下，光圈大的手機拍照效果普遍要比光圈小的手機要好，具體表現在弱光環境下可以接收更多的光，從而提高畫面的亮度，以獲取更多細節。除此之外，大光圈還有利於增強背景虛化效果，特別是在微距和人像的淺景深作用。
然而事物具有兩面性，要一分為二地看待問題。上面提及到光圈大的好處，但光圈大同樣也會產生不好的影響，如果在白天光線良好的條件下使用大光圈拍照，會導致圖片四周邊沿解析力下降的問題，成片的銳度和清晰度不如小光圈犀利。
我們就拿三星S9為例，S9的相機模組上採用了兩檔可變的光圈（F/2.4 F/1.5）的模式，其目的就是為了避免大光圈在光線充足條件下導致的解析力下降問題，因此三星S9在自動模式在光線充足的情況使用 F/2.4的小光圈拍攝，提高了圖片的清晰度和解析力，而到了弱光和夜晚就換到F/1.5的大光圈以獲取更多的進光量，從而提高畫面亮度的同時保留更多的細節。
講到光圈，就要涉及到感光度（ISO）和快門，這三者都是控制進光量對成像影響的因素。簡單點來說，感光度就是感光元件的靈敏度，而快門就是決定光進入時間的長短。
在日常體驗中，用戶基本都是打開相機，在自動模式下按下快門完成拍攝，這個時候感光度和快門時間都是由手機根據周圍環境而調整好的參數，當我們打開手機的專業模式（手動模式），界面上就會顯示出感光度和快門的數值範圍。這裡需要提醒一下，不同品牌手機的專業模式（手動模式）參數值各不相同，以筆者手上這台三星為例，如下：
而目前夜拍最強的手機華為p20pro，在手動模式下感光度可以達到驚人的102400，已經達到了單反相機的水平，這對極限弱光環境下拍照是十分有利的。
而攝影的藝術是光和影的交錯，通過控制光圈，快門，感光度這三者的相互配合，可以拍出不同場景需求的圖片。筆者就拿可以拉開手機拍照性能差距的夜景來講，通過手動模式減少噪點，提高夜拍畫面的純凈度。
首先我們得弄明白什麼是噪點，為什麼會出現噪點。
百度百科對噪點的定義：
數碼相機的噪點（noise）主要是指CCD（CMOS）將光線作為接收信號並輸出的過程中所產生的圖像中的粗糙部分，也指圖像中不該出現的外來像素，通常由電子干擾產生。
高感光度產生噪點的原因：
相機的噪點主要產生於感光元件（CCD或CMOS），當感光元件在接受信號與輸出信號時，電路產生的暗電流 高感光度放大電路過高的增益等都對影像產生影響，變現形式為圖像中本來沒有的部位出現了色點 色斑 亮點 有點連成片，是人看不見影像本身的細節。
那麼怎樣才可以減少噪點，提高畫面純凈度呢？
上面提及到的光圈、感光度、快門，都是對控制進光量對成像影響的因素，而目前除了三星S9系列相機模組可以實現可變光圈，其他手機的光圈都是固定不變的，所以只能通過調整感光度和快門時間來對成像的影響。
手機在自動模式下，為了提高弱光拍照的畫面亮度，以獲取更多的暗部細節，手機會把感光度調到最大，這時如果感測器感光面積不夠就會產生噪點，所以要減少噪點，調低感光度是必要的條件。與此同時要增加快門時間，保證足夠多的進光量，這時拍出夜景圖的純凈度就會比自動模式下有所提升。但需要注意的是，在沒有三腳架固定情況下，手持快門時間超過0.5秒，超過手機光學防抖的極限快門時間，手抖動導致圖片出現糊掉情況就會明顯增多。
目前市面上拍照最好的幾部手機，在白天的成像效果差距不明顯，差距主要體驗在夜間複雜光線場景的成像。上面提到的感測器和單位像素，這是對手機夜景拍照硬實力的體現，也就是說其他條件水平不變的情況下，感測器和單位像素越大，夜景拍照表現越優秀。
但是手機拍照除了硬體實力外，演算法優化也十分重要，甚至可以達到彎道超車的情況。這些年來手機廠商除了提升相機的硬體水平，演算法也在不斷優化，這方面三星蘋果一直做得比較出色，以前國產手機就算用上好的CMOS，演算法優化依舊不盡人意。比如：小米5S搭載了實力更強的IMX378，卻被同年搭載了IMX260的三星S7吊打。這說明了演算法調教的重要性，也側面反映了以前國產手機只會堆疊硬體參數，而演算法調教落後，發揮不了硬體本該有的水平。
不過值得高興的是，今年以華為和小米為代表的國產手機，拍照性能進步明顯，趕超國際大廠不再是PPT上吹牛逼的事，下面是法國著名的相機測評機構DxOMark對目前市面上拍照最好手機進行的綜合評分排名，如下：
我們可以看到，在榜單的前10名中，有一半是中國大陸的手機廠商，特別是華為的p20 pro得到了DxO歷史最高的109分，尤其是在拉開差距的夜景部分，p20pro就像兩年前的三星S7一樣吊打所有對手。下面筆者將分析下p20pro究竟強在哪，為什麼這麼強。
首先華為p20pro在相機硬體上就遵循了「底大一級壓死人」規律，在手機中首次搭載萊卡三攝。它們分別是：
主攝彩色攝像頭
CMOS：IMX600，1/1.73 英寸，4000 萬像素 Quad Bayer 陣列
鏡頭規格：等效焦距 27mm，光圈 F/1.8
黑白副攝像頭
CMOS：IMX318，1/2.78 英寸 2000萬像素
鏡頭規格：等效焦距 27mm，光圈 F/1.6
長焦攝像頭
CMOS規格：OV13A40，1/4.4 英寸約 800萬像素
鏡頭規格：等效焦距 80mm ，光圈F/2.4，帶 OIS 光學防抖，支持3倍光學無損變焦
華為p20pro最厲害的地方主要體驗在IMX600，這是華為、Sony及芬研共同研發出來的神器。上面講到的單位像素麵積的計算方法，可能有人會問4000萬像素的1/1.73英寸的CMOS，單位像素麵積只有1微米，此不是弱爆了嗎？
其實不然，IMX600支持4000 萬像素 Quad Bayer 陣列，4 個同色像素在一起，16 個像素才組成完整的 4 拜耳陣列。通過四個像素合成一個超採樣，當1000萬像素輸出的時候，每個像素分為 4 份，這代表一個顏色的像素可以有 4 個明暗的層次感。
通過超採樣可以提升畫質，細節，銳度，純凈度，極大地提高了華為p20pro的夜景拍照實力，看夜拍樣張對比：
左為p20pro，右為IPhoneX
通過對比，IPhoneX樣張看起來好像更亮一些，但是P20pro畫面整體通透性，純凈度，噪點都要比IPhoneX優秀，特別是在高光部分控制極其出色，細節表現突出。
放大到100%
DxO給它結論是：改變遊戲規則的手機。毫無疑問，華為p20pro是手機拍照歷史上的一個旅程碑，這同時也是給了老牌夜視儀的三星一個警示，再擠牙膏就會被對手超越。
而手機拍照不僅在硬體上軍備競賽，同時在玩法上也跟上了時代發展的潮流。現如今新產品發布會上，若沒有個AI技術加持都不好意思上市了，就比如前段時間發布的小米8系列：驍龍845AIE，人工智慧語音助手——小愛同學，而且AI技術還應用到手機拍照上。如後置相機的AI場景識別，AI識別到風景時，圖片的色彩飽度和對比度、亮度等都會有所提升，拍出的圖片更加討喜。
而前置相機的AI微整形美顏，在拍照的同時對下巴、鼻子、面部等五官進行一系列「微整形」
同時還可以做出影棚拍攝的明星大片的效果，有窗邊光、電影光和彩虹光。另外，還可以智能判斷人臉的朝向，從不同角度打光。
AI在手機拍照的應用不僅提高了用戶體驗，而且促進了人工智慧的發展，兩者相輔相成，共同促進。因此手機未來的發展必然離不開AI技術的發展，無論是SOC還是語音助手，真正體現了「智能」這兩個字。同理，手機拍照的發展方向一定是走在更加成熟AI技術上，逐步減少攝影師的判斷和後期修圖，提高手機拍照的用戶體驗，這才是手機拍照發展的未來。
