紅米、榮耀搶著發 4800 萬畫素手機,但像素多就等於好照片嗎?

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自世界第一款帶鏡頭的手機——夏普 J-SH04 面世開始,人們對手機相機功能的追求就從未停止過。相位對焦、光學變焦、堆棧式、背照式、防手震、多鏡頭….. 而隨著向機上的感測元件越來越多樣化,相機的拍攝能力也在不斷提升。

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提高拍攝畫素,是手機廠商們提升照片畫質最常用的方法之一。相比起軟體優化,透過直接升級相機感光元件,能給照片品質帶來立竿見影的效果。

但一味地追求畫素並不是提升畫質的萬靈丹,畫素高也並不代表最終影像會更好看。

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在過去半個月裡,發表了兩款 4800 萬畫素的手機,實際上相比於我們看到的表面數字,在這些數字的背後,其實還蘊含著手機廠商對相機升級的思考。

千萬畫素的背後,是手機廠商的「瘋狂」追求

手機廠商對相機畫素的追求,早在智慧手機出現前就已經開始了,而且 4000 萬畫素的手機也不是今天才有。

早在 2012 年,諾基亞就已經在諾基亞 808 PureView 這款手機裡實現了 4100 萬畫素相機,這款手機被堪稱是諾基亞在相機功能上的再一次創新和巔峰。

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為了實現 4000 萬的超高拍攝畫素,這家芬蘭手機廠商竟然大膽地將當時面積最大的手機相機感光元件(CMOS),以及一組蔡司的全非球面鏡頭塞進了面積只有巴掌大小的手機裡。最終實現了超高解析度,以及至今都仍未被忘記的業界記錄。

當時的智慧型手機相機畫素普遍都在「千萬級」以內,「4100 萬」這個數值,對於當時的大眾認知來說,就是個天文數字。

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不過儘管諾基亞 808 PureView 的相機在當時讓人足以感到驚豔,官方也為這款手機爭取了更多曝光,但由於其所搭載的 Symbian 系統已入遲暮之年,消費者的關注度正從 Symbian 向 iOS 和 Android 陣營轉移。

加之,當時的網路環境並未能完全滿足 4100 萬畫素的照片分享,產品優勢不能被完全發揮,最終諾基亞 808 PureView 雖享有美譽,但卻黯然退出了市場。

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在諾基亞 808 PureView 面世後的次年,諾基亞依然將這套高畫素方案應用在 Lumia 1020 這款手機上,這款手機被大家戲稱為「OREO」,原因是因為該機背部擁有碩大的黑色相機模組,其設計看上去就像是一塊 OREO 餅乾。

可惜該機同樣受限於軟體生態和其他客觀因素,市場表現仍然是叫好不叫座。

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在之後的時間裡,1200 萬、1300 萬、1600 萬、2000 萬畫素的拍照手機陸續登陸市場。更有意思的是,隨著 SoC 等元件的升級,手機的拍攝畫素已不再侷限於硬體模組,軟體系統也開始透過多幀合成去介入拍攝優化當中。

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OPPO 曾經在 Find 7 這款手機上透過多幀合成的方法,將十張連拍的照片進行合成,用填補空白畫素的方式,把原本只是 1300 萬畫素的照片擴充到 5000 萬畫素(8160 x 6120),以此來加強畫面細節表現。

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當然,這種後期處理的效果對比真實的超高畫素拍攝還是有一定差別,只是相對於原本的 1300 萬畫素,後期處理過的成片能呈現出更多細節而已。

嚴格來說,真正將 4000 萬畫素「發揚光大」的設備,是 2018 年初發佈的 P20 Pro。不過這款手機並沒有因為超高畫素感光元件,而像諾基亞 808 PureView 和 Lumia 1020 那樣凸起一個碩大的鏡頭,而是採用 Sony 的 Quad Bayer(拜耳排列)「畫素四合一」方法,透過在 4000 萬畫素的 CMOS 輸出一張 1000 萬畫素的照片,從而減輕手機壓力。

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這個方法其實和當年諾基亞的 PureView 超採樣相似,都是透過超高畫素,來提升相機解析力、減少變焦所帶來的畫面損失。今天的 4800 萬畫素,其實也是同樣的道理,只是畫素點增加了 800 萬。

都是 4800 萬畫素,兩款 CMOS 有何不同?

目前具備 4800 萬畫素、且已經被量產裝配的 CMOS 一共只有兩款:一款是榮耀 V20 在用的Sony IMX 586;一款是紅米 Note 7 的三星 ISOCELL GM1。

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帳面資料上,兩款 CMOS 均採用了 1 / 2 英吋感光元件,提供 4800 萬畫素,採用四合一 Quad Bayer(四倍拜耳)陣列設計。

不過,三星的 GM1 雖然同樣採用了 Quad Bayer 的 RGB 排列方法,但相比於 IMX 586,GM1 則是先將 4 x 4 為一組排列的畫素點按照同色畫素排列合成為 2 x 2 的四個大「色塊」,然後與鄰近的其他組交換色彩訊息。

換言之,雖然同樣提供了 4800 萬畫素的感光元件,但在色彩輸出能力上,三星 GM1 的陣列方式僅相當於 1200 畫素的表現,剩下的 3600 萬畫素需透過軟體插值來完成。

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反觀 Sony 的 IMX 586,不但使用 Quad Bayer 陣列將陣列擴大為 4 × 4,而且 2 × 2 的排列方式為四格分散 RGB 相鄰排列。因此,Sony IMX 586 更像是傳統定義的拜耳 4800 萬畫素感光元件。

除了使用 Quad Bayer 陣列以外,Sony IMX 586 每一個畫素都能單獨控制曝光時間,並同步輸出相片,此舉能大幅提升成像動態範圍,單張成像即可媲美當下慣用的多幀合成 HDR 演算法,從而降低 ISP 和手機的負擔。

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另一方面,由於大部分 ISP 僅支援已使用多年的,傳統的 Bayer 陣列,因此 Quad Bayer 陣列設計所輸出的圖像,需要透過 Remosaic 技術轉換到 Bayer 陣列再輸出,三星 GM1 將這部分交由手機端的硬體配合軟體演算法去處理,而Sony IMX 586 可直接透過硬體即時處理完成,成像的速度和品質都要更勝一籌。

簡而言之,如果說前面的 IMX 586 是硬體直出 4800 萬,那麼 GM1 就是透過軟體演算法進行畫素補充。而由於要進行二次合成,因此在使用 4800 萬畫素拍攝時,所花的時間比前面的硬體直出要更多一些。

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透過實際對比能更直觀地看到 1200 萬和 4800 萬畫素的區別。在下面幾組對比中,左圖是 1200 萬畫素的 iPhone XS Max,右圖是榮耀 V20,看小圖好像區別不大,但當我們將樣張均放大 100%,就能看到不同畫素在細節上的不同。

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下面這組樣張能看到更明顯的細節處理區別,右邊樣張上的招牌文字、頂樓上的樹葉都能清晰可見,反之左邊的文字部分已經有點模糊了。

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同樣地,IMX 586 和 GM1 在 4800 萬畫素下也有一點區別。從紅米 Note 7 和榮耀 V20 的兩組對比樣張能看到,雖然同在超高畫素模式下兩者都擁有較高的解析力,但在日光環境下,IMX 586 的細節表現要比 GM1 稍勝一籌。

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第二組樣張我選在了光線較暗的室內環境裡,局部放大到書架裡的書名,IMX 586 在暗部解析力方面的表現對比 GM1 並沒有戶外那麼明顯。細節觀感上,GM1 的表現要更圓滑一些。

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總體來說,其實無論是 Sony IMX 586 還是三星 GM1,他們都能透過兩種不同的方法來實現最終的 4800 萬畫素成像,同時也能在一定程度上提升畫面品質。但放大來講,透過演算法合成的 GM1 雖然能實現標稱的 4800 萬,但在綜合表現上,仍然要比硬體直出的 IMX 586 略遜一籌。

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不過考慮到兩者的價格,999 元(人民幣)和 2999 元(人民幣)存在著 2000 元(人民幣)的價差,而且 IMX 586 仍處於華為系產品的「獨佔期」,因此紅米 Note 7 的表現也無可厚非。接下來我更期待的是同樣採用 IMX 586 的紅米 Note 7 Pro,相信能達到榮耀 V20 接近的效果。

其實也不是任何時候都是 4800 萬

和此前 P20 Pro 的相機原理一樣,儘管它們都能用不同的演算法帶來 4800 萬畫素的成片。但實際上,雖然手機廠商一直都在用 4800 萬來做產品的宣傳賣點,可在大眾最常用的「自動模式」下,相機的預設輸出仍然還是 1200 萬畫素,4800 萬畫素需要在專業模式下手動啟用。

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降低畫素的做法,其實和為手機減壓有一定關係。從前面兩款 CMOS 的原理解析能看到,無論是Sony還是三星,處理一張 4800 萬畫素的照片都需要 SoC 和 ISP 的支援才能完成,但這相比於目前的 1200 萬畫素照片,足有數倍之多。

因此為了降低處理元件的壓力,同時也為了不影響手機其他方面的體驗(比如拍攝速度、續航、儲存空間等),這些 4800 萬畫素的手機在預設情況下都是 1200 萬畫素輸出的。

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當然這並不完全是件壞事,畢竟不是每個人都願意為得到極致的畫面細節,而額外付出手機續航和儲存空間的代價。而且即便是分享到社群平台,這些平台都會壓縮圖片品質,縮短圖檔的上傳時間。

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所以從綜合體驗出發,雖然 4800 萬畫素擁有極高的細節保留優勢,但就目前的手機性能來講,1200 萬畫素的體驗仍然會相對比 4800 萬更可靠一些,同時也能滿足到大部分人的觀感要求。

高畫素=好照片?並不是絕對的

回望過去,手機廠商一直以來熱愛追求高畫素,一方面其實除了為了達到「讓照片看上去更清晰」的最終目的以外,其實同時也想讓廣告宣傳更吸睛。

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想要將畫素的優勢發揮出來,最簡單方式就是直接升級照片解析度,把遠處樹木的枝葉、天上飛的鳥、蝴蝶翅膀紋路這些細節最大限度地保留下來,突出高解析的作用。在過去,無論是過去的 500 萬畫素抑或是今天的 4800 萬畫素、前置還是後置,手機廠商在宣傳相機功能時,其實都離不開在「清晰度」上做文章。

我不否認更高的畫素能給照片品質帶來更高的品質,但一張好照片是否取決於物理畫素一項,我認為未必是絕對的。事實上,在「如何拍出好照片」這個問題上,存在著主觀和客觀兩種因素,客觀是手機內的軟硬體的綜合配置,主觀就是看拍攝技巧了。

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比如說,三星的 Galaxy S6 和 Galaxy S7 的相機區別。

在 Galaxy S6 這款手機上,三星為其配備了一枚 1600 萬畫素的 IMX240 感測器,到了更新一代的 S7,這款手機裝配的是 1200 萬畫素的 IMX 260,咋一看資料,新機的畫素居然還要比舊款少 400 萬。

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但這裡需要注意的是,IMX 240 和 IMX 260 的 CMOS 面積幾乎是一致的(IMX 240:1/2.6,IMX 260:1/2.55),雖然 260 的畫素分佈更少,可它的單個畫素的面積分攤更大(1.12μm→1.4μm)。

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因此相比起前者,IMX 260 雖然是犧牲了一定的畫面解析力,但在弱光場景下的表現反而要比 240 更加明晰,綜合觀感更佳,最後我們便自然會覺得新機的成片比上一代更好看了。

所以究其根本,雖然物理畫素能對成片的解析力帶來一定影響,但它在今天也不至於能對相機拍照品質起到決定性作用。

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更直觀的例子是 DxOMark 的排行榜單,你會看到排在前 10 的產品裡,雖然 4000 萬畫素的 Mate 20 Pro 和 P20 Pro 都排在了前列,但其實 1200 萬畫素手機在得分上也跟前者沒有太大的差距,實際上單純的物理畫素對畫質的幫助有限。

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況且,如今的相機功能已經有了軟體演算法和 AI 加持,即便是 1200 萬畫素,也已經能滿足到大部分用戶的需求。考慮到超高畫素的 CMOS 目前尚未正式量產、裝機成本較高和市場熱度平平,對於供應鏈掌控較弱的廠商而言,「跟著大趨勢走」顯然才是目前最穩妥的做法。

站在普通用戶的角度看,雖然手機硬體升級是一件好事,但也不必過於追求畫素上的大小,畢竟要用到超高畫素的情況,還真沒多少。

  • 本文授權轉載自:ifanr
ifanr
作者

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