大底追平、算法碾压,手机开始威胁到相机了

三易生活2021-03-02
智能手机在影像这条道路上,已经开始直面专业类相机产品。

编者按:本文来自微信公众号“三易生活”(ID:IT-3eLife),作者:三易菌,36氪经授权发布。

在春节假期结束后,随着MWC(世界移动通信大会)在上海的开幕,对于智能手机行业来说,也到了每年春季新机发布的热潮时期。 

如果大家平时多有关注手机行业的相关信息,可能已经知道即将登场的新机包括了Redmi的K40系列、realme的真我GT系列、OPPO的Find X3系列、魅族的魅族18系列、努比亚的红魔游戏手机6、黑鲨的黑鲨游戏手机4、华硕的ROG游戏手机5、联想的新款“拯救者”游戏手机,以及小米11的“大杯”、“超大杯”等一大批产品。 

如果你经常关注我们三易生活平日的产品分析与技术深度内容,或许就还会记得,今年这些新款旗舰机型的功能亮点,主要还是集中在影像、显示,以及游戏三大方面。特别在影像方面,2021年的新机相比2020年更是会在硬件用料、设计理念、细节做工方面进步巨大,并有望带来更为广泛场景下的高画质表现。 

说到这,可能有些朋友会不屑一顾了,就手机那么小的小摄像头再怎么进步,能与相机相提并论吗? 

讲真,我们三易生活以前其实也一直坚信,5000元以上的高端相机可能会是智能手机无法逾越的一座高峰。但时至今日,我们已经可以明确地说,很多5000元、7000元,甚至近万元的高端相机产品,都有可能已经或者即将被一些机型在部分影像效果方面超越了。 

快速“膨胀”的CMOS尺寸,日渐缩小了与相机的差距

相机相比于手机来说,在拍照设计上到底有哪些优势?如果将时间倒退五年,我们可以很明确地告诉大家,主要体现在三个方面。即尺寸大得多的影像传感器(CMOS)、素质高得多的光学镜头,以及性能强得多的独立ISP(影像信号处理器)芯片。 

但是大家要知道的是,在这三点上,智能手机与相机不仅仅原理相通,而且实际上技术差异的程度也并没有大家想象中的那么大。 

比如说现在大家都知道智能手机的兴盛,确实淘汰了过去千元级、两千元级的那些“卡片相机”,但说到理由,可能许多朋友会单纯地会将其归结为手机拍照更方便,更便于进行社交分享。其实这种看法并不全面,因为大多数朋友可能并不知道,卡片相机的CMOS尺寸,实际上大部分也只有1/3英寸、或者1/2.6英寸的水平。换而言之,差不多2014年大部分中高端机型所使用的CMOS尺寸,就已经比同期的卡片相机还要更大、更高端了。 

这样台徕卡相机,它的CMOS规格比当今绝大多数旗舰手机的规格都要弱很多 

然而,这还只是多年前的情况。放到现在来看,基本千元级以上的机型,主摄CMOS的尺寸都已经来到了1/1.7英寸或以上,部分旗舰产品甚至具备了多个1/1.7英寸以上级别的CMOS。那么1/1.7英寸在传统相机上是什么概念呢?简单来说,在索尼搞出1英寸底的“黑卡”之前,1/1.7英寸就曾经是专业卡片相机的CMOS标杆尺寸。举例而言,采用了1/1.7英寸的徕卡D-LUX6,就是一款上市价格高达7400元的“信仰神机”,然而谁敢说它的拍照就比当前的旗舰手机更强了呢? 

不仅如此,实际上1/1.7英寸在当今手机行业中甚至都已经“烂大街”了。对于那些真正的影像旗舰机型而言,它们所使用的CMOS通常都还要再大上一两圈。比如OPPO定制的5000万像素旗舰CMOS IMX766,就拥有1/1.56英寸大底;三星自家机皇Galaxy S21 Ultra独占的1亿像素HM3,CMOS尺寸就达到了1/1.33英寸;而vivo与蔡司联合推出的影像旗舰X60 Pro+采用的5000万像素双核对焦CMOS GN1,尺寸更是高达1/1.31英寸。 

你以为这就到头了?显然并没有。就在近日,三星方面推出基于GN1的高阶手机CMOS——GN2,它不仅延续了GN1上被证明十分成功的“大底+大像素+双核对焦”设计理念,还首次使用了1/1.12英寸的超大底设计。这不仅使得它成为了迄今为止最大尺寸的手机CMOS,更赋予了其久违的1.4μm超大单像素尺寸和强大的全像素八核对焦能力。 

而1/1.12英寸这个CMOS大小,实际上已经相当接近于部分中高端相机所采用的1英寸底了。这也意味着智能手机的CMOS尺寸在超越了普通卡片相机后,如今又已经呈现出追平部分专业级设备的趋势。 

弯道超车的硬件性能,让相机反而落于下风

稍有摄影知识的朋友可能知道,CMOS尺寸的增大,本身也会导致相同焦距下镜头组件的厚度增加,因此对于智能手机来说,CMOS尺寸的增加必然也是存在一定上限的。再加上手机镜头受到体积和功耗的制约,不可能真就做到像单反那么又粗又长,所以即便是相近的CMOS尺寸,智能手机的相机进光量和光学分辨率也必然会与传统相机存在一定的差距。 

然而正因为智能手机很难只通过单帧拍摄获取优异的画质,因此无论是上游的芯片厂商还是下游的手机品牌,都很早就开始强调“多帧合成”与“计算摄影”这两大技术路线。 

所谓多帧合成,就是在按下快门的一瞬间快速拍摄十几张至几十张照片,然后将它们重叠在一起把画面的细节相互补充,从而得到噪点更少、明暗对比更清晰的成像方式。 

iPhone 12 Pro拍摄的计算摄影样张 

而所谓计算摄影,就是通过AI进行对象识别和场景侦测,在按下快门前就已经“认出”所需拍摄的对象及场景等信息,进而在整个拍摄过程中对白平衡、曝光时间、对焦点的位置等进行自动控制,并在拍摄完成后对图像细节通过算法进行自动修复和增强的一种机制。 

售价47999元的旗舰微单Alpha 1所具备的AI对焦功能 

那么问题就来了,传统的相机是否也能实现上述这些拍摄功能呢?首先我们告诉大家,同样可以。但相机上的多帧合成与手机相比,一方面是合成的帧数要少得多(相机上通常都只会用三帧进行合成,而手机如今则是几十帧);另一方面,相机上的AI技术诞生时间要比手机晚得多,基本是到2020年前后才开始有极少数相机配备AI对焦及AI白平衡等技术。相比之下,手机上早在2015年就已经出现了基于AI处理的计算摄影技术,并且取得了很好的效果。 

为什么会这样?一方面正如我们在前文中所讲到的那样,是因为手机行业意识到了本身设备体积所带来的制约,所以更加积极地研发更强的ISP,并且开发更为复杂的成像算法。而另一方面,相机行业拘泥于传统的成像思路,却反而在机内处理方面有所怠慢。 

手机上的ISP如今算力早已反杀相机ISP很多倍了 

举个典型的例子,如果大家平时有关注各大相机厂商所使用的处理器方案就会知道,他们通常会根据机型的像素级别和功能设计,来为其搭配刚好够用的ISP。比如一台5000万像素的相机,就会只搭配能满足5000万像素处理需求的ISP芯片,只有等到未来需要推出更高像素的机型时,相机厂商才会换用新的ISP方案。 

但是智能手机则不然,现在那些1亿像素、5000万像素的机型所集成的ISP本身的吞吐量,很多都已经高达每秒十几亿、甚至每秒二十几亿像素了。也正是这种远远超过CMOS本身的图像处理能力,给了手机进行超多帧合成处理的底气。更不要说,很多当前最新的相机主控芯片,AI算力才刚刚达到1TOPS左右,而手机呢?早就已经到10TOPS、甚至26TOPS了。 

学习手机改变产品定位,相机行业已然“服软”

如果说几年前传统相机厂商还可以仗着自己有“大底”,放弃低利润的家用卡片机市场,而在单反、单电领域继续耀武扬威的话。那么当手机上的主摄CMOS已经逼近高端相机的尺寸,当手机上的成像技术和算法复杂度早已超出相机数倍甚至数十倍的情况下,即便是相机厂商如今也已经很明显地从他们的产品阵容中,表现出了“露怯”的情绪。 

例如现在越来越多的相机都配备了与手机“联动”的功能,最简单的是可以直接在手机上查看相机里的照片,便于用户随拍随发。高级一点的是可以通过手机屏幕远程控制相机,从而将复杂的旋钮和按钮操作变为现代人习惯的触控操作。而更高级一点的设计,甚至还能直接让手机成为相机或摄像机的一部分,通过结合手机的算力、显示能力和通讯能力,来为传统影像设备增添更多的功能。 

索尼刚发布的FX3,硬件基于微单,但定位却是电影摄像机 

我们前文中曾讲到,现在很多最新款的相机都开始强化ISP配置,开始配备一些基于AI算法、基于对象识别的成像技术。而这实际上就意味着相机厂商已经逐渐放弃了传统光学系统的“矜持”,逐步在认同智能手机上基于算法成像的理念。 

松下S1H,很强的全画幅相机,但主打的是视频拍摄能力 

甚至于当我们审视近来的相机新品时,大家会发现绝大多数的单电、单反和专业级卡片相机,都不再把静态图像拍摄能力作为主打设计,相反它们已经开始强调对焦速度、连拍速度,以及还有6K或8K的专业级摄像功能。为什么要强调这些?因为对于如今的智能手机来说,超快速的连续拍摄和专业级(影视级)的摄像功能其实是相对比较明显的短板,而在最寻常的静态图像拍摄上,即便是高价的相机产品,也已经很难再与手机拉开决定性的差距了。 

文图片来自网络

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