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手机拍照那么厉害,为何还是取代不了相机呢?

手机拍照那么厉害,为何还是取代不了相机呢?

土澳数码君
土澳数码君
218 浏览 2020-12-07 发布

随着近年来手机拍照能力和需求的急剧提升,越来越多的人愿意选择使用手机进行日常拍摄。其无与伦比的便携性和便利的后期处理能力就连相机都只能自叹不如,但是为啥手机还是取代不了相机呢?

这两年不管是国内手机厂商还是例如三星等老牌手机巨头,先后推出了高达一亿像素的拍照手机。根据大家普遍的认知是,像素越高的拍照设备应该最后的成像效果越好才对!那为何这些一亿像素的拍照手机最后拍出来的照片还不如2400万的微单相机呢?乍一看这好像不make sense,那事实背后的真相到底是什么呢?今天我们就好好聊聊这个话题!

在回答这个问题之前,我觉得有必要先说说以下知识点!

啥是像素(pixel)?

如果大家将拍摄好的照片放大放大再放大,最后会出现一块块类似于马赛克一样的小方格们,而这些密密麻麻的小方格就是传说中的像素点!大家可以发现,这些方方正正的“小格子”排列无比整齐,并都被赋予了特定的色彩数值,而将这些成千上万个小格子按照特定的排布放置到一起就会形成我们所常见的照片!

giphy.gif

那照片是怎么拍出来的呢?这些“小格子”又是怎么被排列的呢?

说到这里,又得不得不提一个大名鼎鼎的CMOS(互补金属氧化物半导体),说人话就是一块由硅和锗两个为主材料的半导体,被广泛用于各种集成电路里!这里我就不歪楼了,我们口中常说的CMOS往往指的是CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor)!

Matrixw.jpg
图片来自于@ https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Matrixw.jpg,版权属于原作者

在拍照的过程中,当CMOS传感器表面接受到了光信号后,通过传感器光电转换后,使得传感器表面每个像素点都被赋予了一个特定的色彩数值从而形成所谓的照片!

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图片来自于@https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ef/A_micrograph_of_the_corner_of_the_photosensor_array_of_a_%E2%80%98webcam%E2%80%99.jpeg ,版权属于原作者

这里我说的很轻巧,然而CMOS图像传感器的设计原理属于高精尖领域,绝不是三言两语就可以轻松概括的!当然作为我们普通用户并不需要彻底搞清楚到底CMOS是怎么工作的,只需记住!不管是手机拍照还是相机里,CMOS就好比于人类的“眼睛”,其重要性自然不言而喻!

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图片来自于@ 文森特最棒,版权属于原作者

而评判相机拍照能力的强弱,也和CMOS有着直接关系!下图里相机里那个黑乎乎的长方形就是我们所说的CMOS图像传感器!

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图片来自于@ 文森特最棒啦,版权属于原作者

这两年主打拍照功能的手机像素过亿,这就意味着手机里的CMOS感光元器件可以承载1亿多个感光像素点,(当然这不是绝对情况,也有通过算法合成出上亿像素的照片!)照理说应该比普通几千万像素的相机更为出色,毕竟像素点多了好几倍!然而实际却是,多并不一定精!手机CMOS的感光性能是远远不及单反微单的!为什么这么说呢?

咱们举一个例子,我特别爱买乐高!假设我家里只准备了一间房用于展示乐高,并且房间里只放置着1个乐高产品,那看起来会显得比较空旷;当放了5个至10个乐高产品后,排列组后给人的视觉感觉会越来越好!然而当我在这基础上继续不停的往房间里堆放乐高,我们可能会发现最后的效果也许还不如之前只放了10个乐高的时候那么出色;当我往房间里堆了50个甚至100个乐高后,乐高的数量的确是越来越多了,然而美感却因为太过拥挤而荡然不存!

我们可以把这些“乐高”想象成照片里的像素点。当像素点数量提升时,照片的整体画质会比之前出色;然而像素点总数的提升并不是永远和照片画质成正比的,在某一刻我们会发现其巅峰值;当像素点总数突破这个临界点后,画质的整体效果会一点点变差,直至大家通过肉眼就可以很明显的发现其中的缺陷!

我们可以将CMOS图像传感器的尺寸想象成存放乐高的“房间”,因为“房间”就这么点大,过度堆积“乐高”只会让房间看起来更为拥挤!对于CMOS来说,过度的像素点只会让传感器不堪重负,感光性能大大降低,分配给所有像素点色彩的能力自然也就越来越差!工程师为了弥足此中的不足,不得不通过软件算法人为的赋予其”自认为“最接近真实画面的色彩数值!这样的做法的确可以改善此不足,然而治标不治本!我们都知道最好的处理方式是将这些“乐高”移至另外一间更大的“房间”,这样就有空间更好的去选择乐高的放置位置了!

在摄影圈,我们将这间“房间“称为“底”,也就有了一句很有名的话:“底大一级压死人!” 说的就是当“底”的尺寸变大了一级,画质的提升是极其显著的!

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图片来自于@ 文森特最棒啦,版权属于原作者

那手机CMOS的“底”和其他拍摄设备又有啥区别呢?

大家都知道现在的手机都力求越做越轻,越做越薄!手机内部的空间可谓是寸土寸金,因此留给相机镜头模块的区域自然十分有限!通常情况下,手机的CMOS尺寸大小都在1 英寸以内!

  • iPhone 11 Pro的主传感器尺寸为1/2.55 英寸(备注:此为网络数据!)
  • iPhone 12 Pro Max的主传感器尺寸为1/1.9 英寸(备注:此为网络数据!)

至于1/2.55''到底是多大,我们可以通过以下公式换算一下:

1/2.55'' = (12.88/2.55)X (9.6/2.55) = 5.02 mm X 3.76 mm

同理,1/1.9" = (12.88/1.9) X (9.6/1.9) = 6.77 mm X 5.05 mm

接下来我又掏出了我的索尼A7R3微单相机,它的CMOS尺寸为35mm,也就是所谓的全画幅(Full Frame)!下图这行英文小字就标明着这是一款搭载35mm全画幅CMOS图像传感器的相机!

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图片来自于@ 文森特最棒啦,版权属于原作者

还是没概念?那就接着来,通过下图我们可以发现,最新的iPhone 12 Pro Max的CMOS尺寸和下图里左下方那个菊花色的1/1.8" 差不多大,而全画幅微单则是最最大的那个35mm的框框!这么一对比的话,就会发现其中的差距是多么的大!

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图片来自于@ https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f0/Sensor_sizes_overlaid_inside.svg/1280px-Sensor_sizes_overlaid_inside.svg.png,版权属于原作者

那一亿像素的拍照手机还有什么局限性呢?

毫无疑问,像素更高的拍照手机在放大照片后比传统的1200万像素照片有着更多的细节,的的确确能给画面带来细腻程度的提升!然而在使用过程中并不是那么友好,因为拍照真的很慢!往往拍一张高像素的照片需要1到2秒的等待时间,因为此时手机内部的SOC,存储设备,相机模组都在疯狂处理数据,就算是世界顶级的手机处理器芯片都很难做到把时间控制在1秒以内。说人话就是,这个时候的手机就跟疯了一般,其他啥事都不干,拼了命的进行图像处理就为了生成这一张高像素的照片。还有一个局限性就是高像素模式下摄像头是不能变焦的,因此局限性就显得比较明显了!而拍一张普通的1200万像素照片就能方便快捷的多,处理速度快,还能随心所欲的进行构图,支持连拍,用电还省!

知识小总结

  1. 照片的画质好坏和拍照设备内部的CMOS图像传感器有着直接的关系!
  2. 当两个拍照设备像素相同时,CMOS传感器尺寸越大,往往画质会更优秀!
  3. 当两个拍照设备CMOS传感器尺寸相同时,像素越高并不代表着画质越好!因为随着像素点的增加,像素密度也会增加,CMOS的感光度会越来越弱,从而无法正确给像素点赋值,此现象在黑暗的黑暗环境中尤为明显!这也是为何手机在拍摄夜景的能力远远不如白天光线充足的时候!
  4. 拿手机和相机比哪个拍照更好是不公平的,就好像拿民用汽车和F1赛车比谁开的更快是同一个道理!

说到最后

在没有巨大技术革新之前,现阶段手机拍照依旧很难和专业相机媲美,其硬件上的劣势实在是太过于巨大!在大家纷纷抱怨苹果旗舰机iPhone 12 Pro Max还只停留在可怜的1200万像素的时候,有没有想过苹果为何如此坚持呢?毫无疑问,如果苹果想,出一台1亿像素的手机没有任何技术上的问题,然而一亿像素带来的回报也许并不如现在的1200万像素。想要将像素提上去并保证一定的画质,那必须留地方给更大尺寸的“底”,这么做的代价无疑压榨了其他元器件的放置空间。如何权衡利弊,真是件两难的选择!说了那么多,希望这篇文章能给大家带来一些帮助!有问题欢迎评论区留言!

传感器尺寸小课堂

  • 小于1英寸,世界上99.9%的手机CMOS传感器尺寸大小,绝大多数手机CMOS尺寸为1/2.55英寸!除此之外,最新发布的大疆无人机Mavic Air 2搭载的是1/2英寸的CMOS传感器,可拍摄4800万像素的照片!
  • 1英寸(12.8 X 9.6 毫米),早期的卡片机以及部分无人机的传感器尺寸!
  • 4/3画幅,俗称m43 (17.3 X 13毫米),这个是胶片的最小尺寸。大小也很好记,是全画幅尺寸的一半大小,多见于微单相机上!
  • 半画幅APS-C (佳能:22.2 X 14.8毫米;其他品牌: 23.6 X 15.7毫米),俗称半幅相机,这个我相信大家一定听过很多次,它是绝大多数的入门单反和微单的传感器尺寸!
  • 半画幅APS-H (30.3 X 16.6毫米),APS的一种,这里的H 代表着的是满画幅的意思!
  • 全画幅(36 X 24毫米),来源于胶片相机时代的35mm胶卷尺寸大小,应用于高端专业级别相机的传感器尺寸,例如索尼A7微单系列!
  • 中画幅 (6 X 6厘米, 6 X 7 厘米等等。。 ),顶级专业相机的传感器尺寸,例如哈苏,徕卡相机等等!
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