學會看手機樣張 細節后面的技術魔鬼
夏昆岡 于 2017.06.15 13:49:34 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創
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《學會看手機樣張》可能寫成一下小系列,我們計劃從成像的一些量化和觀感指標上去讓大家學會分析樣張,分析其畫質、分析其背后可能用到的技術。我們盡可能用通俗易懂的方式描述,不知道反響如何,先來一篇有關細節的、之后可能還有HDR、防抖、EXIF相關的,以及實例解析。

解析力、細節

解析力、細節是被法師們經常提起的,其實差不多就是一回事。解析力傾向于硬體能力的描述,而細節說的是看到的結果,其實想表達的意思都是“看起來真清楚”。解析力和細節與畫素井結構設計有關,與畫素密度有關,也與感光器解析度有關,除此之外,還和鏡頭的光學素質有關。還和軟體有關。

畫素井的鏡子

iPhone 6s 發布之時,提到了改進的畫素井結構,它在畫素井之間插入了“鏡子”,讓光線不再斜射到隔壁的畫素井,這樣讓光線實現了更精準的捕捉,降低了畫素井之間相互的影響,它對提高成像的細節是有幫助的。這個技術其實不是蘋果首發,而是三星,三星在自家ISOCELL感光器上使用了F-DTI[Front-Side Deep-Trench Isolation 前側深槽隔離]及VTG[Vertical Transfer Gate垂直傳輸]技術,其實就是一回事。

FSI、BSI和堆棧式

古老的的感光器的感光單元結構,它從上至下的層分布為微透鏡、色彩濾鏡、金屬連接層、基板的受光面。這種結構叫做前照式[FSI,Frontside illumination]。前照式受光面位于畫素井井底,光線入射角度較大時,受光效率會降低,處于感光器邊緣的畫素井會受光不足,容易出現暗角。改良的結構是背照式[BSI, Backside illumination],它將金屬連接層放置到受光面下方,這樣畫素井變淺,能接受更大角度的入射光線。它的好處是不只是受光效率的提升,它還更好的支援了大光圈鏡頭,因為暗角和邊緣成像都獲得了改善。

堆棧式[Stacked]是背照式的一種衍生結構,它受光面中占用面積的電路基板放置于受光面下方,在畫素井面積沒增加的情況下,受光面積獲得提升。堆棧式對高密度畫素的感光器成像質量的改進是相當明顯的,它已經成為當前手機感光器的技術主流。相機用感光器畫素井結構也在逐漸在普及這些技術。

RGBW

傳統的感光器子畫素結構是RGGB,即紅綠綠藍四個子畫素構成。在子畫素上層有個色彩濾鏡,濾鏡實際上是會影響透光率的。所以出現了RGBW結構,用一個白色的子畫素替代綠色的子畫素,理論上,白色的子畫素可以更好的感知光學的明暗變化。另外還有OmniVision的RGBC,其實和RGBW是一個意思。三星也搞過更激進的RWB,即用白色子畫素完全取代綠色。

缺失的綠色怎么處理?靠軟體猜色還原,早期的算法有問題,這種感光器的成像雖然看上去噪點確實少一些,但色彩看上去怪怪的,現在情況有了改變,RGBW在色彩表現上已經和正常設計沒什么太大區別。

暴力的堆棧成像

當前的手機感光器都具有高頻寬高速度的技術特點,大部分型號可以輕松達到20FPS-30FPS的全畫素連拍能力,甚至更高,這背后的技術支援是足夠的的數據頻寬以及強大的圖像處理器。

制造商=MICROSOFT;型號=LUMIA 950 XL;焦距=0毫米;等效焦距=0毫米;光圈=F1.9;測光模式=平均;感光度=ISO50;白平衡=手動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=549/1000000秒;場景類型=標準;日期=2016.05.16 14:42:33;鏡頭=手動

手機感光器單個畫素單元尺寸很小,采樣質量不高,但可以通過多次采樣來提升質量。一次采樣不夠,那就采集4次?甚至更多。通過堆棧圖像提升成像質量。它可以通過對齊、對比畫素差別排異等方法提升細節保留量。Google Pixel、微軟Lumia 950XL以及iPhone等機型都可能使用了這種成像方法。

堆棧成像是多幀的一種,但并不是多幀的全部,多幀不一定是堆棧。大家熟知的多幀降噪,是堆棧成像的一種。

高畫素

高畫素就是王道,這是放之四海而皆準的真理,前提是不湊數。高畫素有什么好處?諾基亞早已指明了道路,就是超采樣。4個畫素當一個畫素用,自然一顆賽艇,這是硬體層面的超采樣。堆棧成像也可以視為一種超采樣的方法,這是軟體層面的。超采樣帶來的細節是明顯提升的,諾基亞808并不是為了實現4000萬畫素這個數量,而是為了實現更好的800萬畫素的成像,808的4000萬畫素在100%展示時并不會比普通手機好多少。現在的手機感光器畫素止步于2000W左右,作為硬體超采樣還不夠多。

還有一種理論上可以實現的硬體超采樣的方法就是雙攝像頭,目前難以解決的是視差問題,一旦實現,比單攝像頭有明顯優勢是可能的。但目前,畫質最好的手機都是單攝像頭設計的。這也說明雙攝超采樣存在理論和現實的差距。

大畫素單元

經常看到手機廠商提多少微米的大畫素。說的是大面積的畫素單元,簡單的道理,越大越好。其中HTC愛說的UltraPixel,最大可達4微米,然而,UltraPixel在同時期的成像質量對比中,并沒優勢。大畫素單元意味著畫素密度的下降,它是雙刃劍,畫素密度與光學解像度是有一定正相關關系的,低解析度一樣會導致細節不夠。又是大畫素單元又是高解析度感光器有沒有,當然有,就是大底們了。

鏡頭

手機攝像頭鏡頭體積很小,結構簡單,量產規模大,所以可以做到降低成本,且保持良好的光學素質。手機鏡頭鏡片很小,可以使用一些相對昂貴的鍍層,大部分手機的抗眩光能力其實不比中高階單眼鏡頭差,而解像度也保持了非常高的水準,這么小的鏡頭要完成幾千萬畫素的成像,不好是不行的。這些年成像技術的進步,與鏡頭光學素質的提升緊密相關。至于LEICA蔡司G頭什么的,只是個標,這些品牌對手機鏡頭的技術研發參與度其實不高。

鏡頭矯正

使用傳統的前照式感光器,是很難使用大光圈鏡頭的。隨著堆棧式的普及以及機內處理水準的提升,使用大光圈鏡頭也不會出現明顯的暗角。因為新型的感光器對于斜射光更加友好,所以手機也在使用更大的廣角,在數年前26毫米的等效焦距還是稀罕物,現在成為很多主流機型的選擇。

這背后是機內處理的功勞。機內處理包括畸變矯正、色散矯正、去暗角等。這些機內后期理論上都會引起畫素重排導致畫質下降,但新算法把畫質影響降低到了很低的程度。現在的手機拍照,枕形失真球形失真都不再明顯,紫邊綠邊很少見了,而邊緣畫質有了顯著的進步。對比最近2年和以前的樣張,能明顯的看出這種巨大差異。

細節表現的進步是技術綜合的體現

細節表現的進步是技術綜合的體現,不能簡單的說,因為用了LEICA鏡頭所以好,也不能說我堆棧了因此我牛,或者我大畫素單元,SO成像杠杠的。進步依靠累積,它基于硬體軟體技術的綜合改善,我們看到手機樣張時,如果能對其后的技術有所了解,將會更容易明白所以然,而不會被例如德味這樣的洗腦,國產手機在攝像頭硬體上不落后,但軟體則明顯落后,這也是與優秀品牌差距所在。在后續的文章中,我們會有針對樣張的實例講解。

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發表于2017.09.30 22:32:06
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113.138.016.***
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101.095.173.***
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058.214.252.***
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發表于2017.07.04 08:40:46
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036.057.***.***
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發表于2017.07.03 11:19:17
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183.063.181.***
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發表于2017.06.28 15:11:43
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117.136.041.***
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發表于2017.06.28 07:22:24
61
211.097.***.***
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算法是怎么設計的,或者怎么編寫出來的?
此帖使用NX531J提交
發表于2017.06.27 16:00:29
60
180.118.037.***
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發表于2017.06.24 00:47:52
58

此帖使用SAMSUNG SM-G9550提交
發表于2017.06.24 00:47:31
57
058.042.241.***
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發表于2017.06.23 16:13:43
56
很多時候鏡頭沒擦干凈是導致照片不清晰的重要原因~
此帖使用Win10提交
發表于2017.06.21 22:01:57
55
039.189.***.***
039.189.***.***
國產一些所謂的名牌,比如華為之類,不注重質量,實力也不夠,擅長欺騙國人,其實其產品比如手機,做的比較差的,而且還會弄虛作假.
發表于2017.06.21 12:25:30
54
222.041.044.***
222.041.044.***
發表于2017.06.21 00:53:41
53
有時候看到那么銳利的樣張,懷疑是不是使用了假的手機……
發表于2017.06.19 15:10:25
52
202.109.166.***
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發表于2017.06.18 21:17:31
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發表于2017.06.17 19:06:04
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