4月12日开始,今年上半年的最后一部旗舰手机小米13Ultra也展开官方宣传,宣传中也提到了近几年手机影像发展的方向和其带来的问题:例如锐化,过度HDR……之类的各种计算问题;然后又说“我们始终认为,光是影像的原点……我们由此开启,移动影像光学时代” 那么?它到底能讲移动影像拓宽到什么程度甚至又可能是退步到什么程度那自然不是目前能了解到的,请稍作期待的等待发布吧。
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此篇文章由技术导向话题开始,如有不解可直接翻阅查看结论。
那么开始先超简易了解以下手机影像的成像流程吧:
1.手机打开相机软件给CIS进行通电后CIS提供信息给图像处理器或寄存器(由寄存器作信息缓冲后提供给处理器)
2.图像处理器/ SOC处理后进行边缘识别并驱动镜头马达进行对焦
3.图像完成合焦
4.操作者按下快门后图像处理器对一定时间内的图像进行处理(亮度还原,解码赛克,图像识别,图像分割,色彩映射,超取样/超采样,图像特征合并)
5.进入寄存器/存储器进行存储
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手机超简易成像流程就是这样,下面简单介绍以下CIS:
图像传感器并不能感知图像,它甚至不能感知颜色,它只能感知光强,将光子转换为电信号后再转换为数字信号输出
它的工作流程可极简化为:
光穿过IR Filter后光子射入CFA滤镜
由CFA滤镜削弱部分波长的光强
光子进入电势阱后被转换为电荷形成电势差
电势差形成电压后进行入可编程放大器进行放大
转换为模拟信号后进入模数转换器经过量化输出数字信号
当然,这只是极简化流程,CIS读出间隔和工作时间都是由CIS之外的东西给信号控制的
现在索尼,三星,豪威科技的部分CIS自己就能进行片上曝光合成,片上解码赛克,片上合并采样之类的操作,部分CIS考虑读出速度甚至给了模拟电路像素直连。读出模式的简单介绍也有但具体的合成模型和反马赛克模型那都是看家本领,这里本人就不过分显露自己的无知了[受虐滑稽][受虐滑稽][受虐滑稽]
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那么CIS的性能差异在?为什么有人说底大一级压死人?为什么也会有人说技术更新更强?有矛盾吗?
从技术层面看感光像元的光电转换效率(量子效率),电势阱容积,模拟层(模拟信号层)的制造工艺,像素间抗干扰能力,随机噪声强度,电路的暗电流强度,读出噪声,量化噪声,工作功耗,工作温度,ADC的量化精度等都直接影响成像质量
从输出层看信号输出速率,接口速率,持续输出能力等都影响产品性能
那么这些技术性能和输出性能都是可以靠堆成本解决的,性能越高自然价格就越高,问题是我消费级产品不想要那么高的价格有想要差不多的性能?加面积,我像素间距越大抗干扰能力不就更强了,下面的电路设计难度就更低了,噪声也更容易抑制了,成像效果就来了。效果来了卖的也更多了,研发经费有了,群体需求提升了能接受更高价格了直接给你整个背照式全画幅,中画幅,单位像素接收5W+个光子噪声还低,ADC精度也上去了,成像性能直接飞天
回头一看旧时代的小家伙不光面积小性能还差,成像性能直接差个十几倍,这不就底大一级压死人?
那之后就有人说产品体积这么大便携性和功能性打折扣了,附件品还贵的离谱不想要这么大体积有想要差不多高性能怎么办? 加钱,那还没有加钱解决不了的?你想要和面积比你大一个量级的产品比成像效果那自然是便宜不了,但半导体技术也在时间长流中迭代降价了,相对的价格涨幅也没有翻倍那么夸张。结果就是近几年大家看到的高性能紧凑相机价格虽说相对高昂,但其实并没有贵的离谱。
结果就是: 有人说技术迭代带来更新很强那也是看在眼睛里的事实,与底大一级压死人并没有矛盾
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回到手机相机:2014年诺基亚以高画质移动影像的全新战场推出了808Pure View搭载Type 1/1.2 传感器震撼世界
2017年华为以异色CFA和Type 1/1.7 传感器快速展开了手机摄影新的战场——暗光场景
2019年小米以高像素和Type 1/1.3 传感器再次展开手机摄影的画质竞争
2022年小米以高性能、高画质和Type 1 传感器让手机摄影的CIS面积竞争暂时画上句号
也许未来2年甚至3年手机CIS面积都不会再度突破,但以我个人观点看,提升价格目标购入更高性能的CIS并不是止步不前,而是为了设计美学和移动设备易用度所做的必要妥协
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回顾2022Q4-2023Q2发布的数款影像旗舰
VIVO X90Pro+、三星S23Ultra 、OPPO Find X6 Pro 、华为P60Pro 目前已发布4款,小米13Ultra已进入官宣即将发布,影像模组性能也被完全暴露了,对比信息也没有困难
客观上说,早先的4款旗舰在模组性能设计上有刻意的进行差异化竞争,而小米13Ultra在大部分领域选择同台竞争,甚至想要反超对手。
目前结合各机型优点来看:
Vivo拥有23-60焦段内的最大有效光圈但超广角传感器较小
三星拥有14、23、200焦段的极端性能但传感器面积较小
OPPO拥有15和65焦段的极端性能但极端焦段覆盖率较低
华为拥有25和90端的极限景深优势但极限焦段覆盖率较低
小米拥有70和120端的原生采样优势但除23镜头外性能较弱
目前结合各机型缺点看:
Vivo超广角性能,边缘画质和信噪比较弱
三星整体传感器面积较小,不适宜在极低光环境中使用
OPPO整体焦段覆盖率紧凑,不适宜极端焦段使用
华为整体传感器面积较小,不适宜在低光环境和复杂光源环境使用
小米整体传感器面积中等,信噪比有部分劣势,不适宜在极低光环境使用
客观看整体13-400焦段内信噪比优势:
OPPO拥有高信噪比焦段最多
VIVO其次
小米相对较弱
三星相对最弱
但单看理论结果没有任何作用,并不会影响到各位自己所喜好的焦段选择,以己之长攻彼之短显然是不正确的,以上所有机型都拥有在自身原生焦段下的最高性能优势。
而单论焦段覆盖率,只会让自己学习惯用焦段越来越难
希望各自能以自己最常用,最喜欢用的焦段选择机器,而不是看着宣发的吹嘘被迷惑心智选择自己可能永远用不惯的焦段
镜头焦段视角及其优势,以及焦段视角对比人眼视角覆盖率在个人前篇有较为具体的介绍,如有不解可跳转查看
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——————————总结——————————
目前来看上半年手机影像旗舰的发布已经接近尾声,但各个厂家的产品宣发、营销和产品经理的话术还在不断更迭
说他们忽悠,那自然是太不理智了,宣扬自己的长处是产品宣发的必然,但关于相机/手机的选择还是要看自己的需求和相关技术能力。
选择自己可能完全没有相关需求甚至不会用的机器是非常不明智,避免陷入消费陷阱真的,相机那是买上一套4年之内都够用,买套Z9那是够你用到腻……
回到手机作为多媒体设备,星果谷那是三个家大业大的有话语权,而且给的开放式接口够全够快,第三方软体支持也是快速且全面,谁能想到现在苹果都能拍4K Prores HQ了?三星今年就连片上全速50MP接口的权限都给开了,谷歌近3代那是整个接口速率都给第三方开满了
反观国内这红黄绿蓝四家那是一个比一个能卷,影像破圈1年多了头来一看给开放的接口就是一……
你们教用户审美真的能教的过来?普通人连基础审美都需要你们去教了?便携多媒体设备时代接触摄影作品不要再简单了,摄影杂志,艺术杂志一本几十块一套几百人家放视频多几万兆流量就展示连带讲解,高画质视频数十种摄影风格上百张图片展示甚至只要几千兆流量?那些人那是需要教吗?那是需要一个展现自卑心的工具,为了让那些不愿提升自身审美却依旧自卑心强大又充满攻击性的人变得美好?不过是让手机摄影的饭圈从一个极端走向另一个极端罢了
不是说拍更高上限的JPG不好,普通人会因为你们做到更优秀的随手拍色彩和细节感到欣慰,感到开心是多久之前就能做到的事了?而现在宣发目标已经开始做到一个标榜创作创新的话术了还是这个样子真的是不够优秀
上面的话语仅代表我个人观点,非绝对客观事实,如你有更好的见解请友善讨论
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总结问题:
1.目前手机摄影已经做到让普通人很难感知近2代内技术更迭带来的极端变化了,越往后边际效应会越明显,持续购入新机器可能并不会感知到差异
2.底大一级压死人和技术优先就更好是绝对的吗?不是。但要具体以产品价位决定,体积小性能高且价格优异的产品暂且不是手机摄影圈能够达到的
3.对于光学问题手机的解决方案依旧处于光学设计阶段吗?不是。算法已经可以精准识别特定像差和像散并进行对应矫正了,但会出现下面提到的问题
4.手机拍摄图像出现“锐化过度”“计算痕迹”“光晕”是不可解决的吗?不是。JPG成像为了成像效率和出片速度和节省算力会降低一定的图像对齐精度以及图像修正精度,为了弥补对齐和修正过程中产生的伪像,振铃等问题在处理过程中图像的高反差边缘会被识别并进行修正,结果就是JPG高反差图像边缘可能并非原始成像中那样自然(例如白边,锯齿,低反差模糊)
5.手机拍摄图像出现上点中所提到问题有解决方案吗?有,使用第三方相机(NOMO,Gcam,Filmic pro,MotionCam),第三方相机不会吝啬系统资源,一切以成像性能为目标,但代价就是平均功耗可能会达到200%甚至更高,发热量自然也会增大,维持稳定性降低
6.其他问题请提出,本人在可以理解的范围内回答(超出认知范围的我自然不会跟你瞎扯误导)
7.请友善发言
挂几个相关话题……希望不要被封