短短20年,拍照这事儿怎么就变得比吃饭还要简单?

分类:评测 作者:孙文聪

2676 0 2020-9-19 13:41

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时间回到10年前的2010年,数码相机行业迎来了自己的巅峰时刻——该年全球数码相机的出货量突破1.21亿台,破了历史记录。即便是现在我们依然可以感受到当年用户对数码相机的旺盛需求。


也就是在同一年,苹果公司发布了iPhone4。这款小小的智能手机上集成了多项当时最先进的影像技术,在最终的成像素质和拍摄体验上,iPhone4给当时手机行业带来了前所未有的体验。


十年后的当下,用手机镜头记录生活已经成为了大家的日常。基于此,我们也有必要回头审视:在这段时间内,手机影像究竟经历了怎样的变革?拍照这事儿是怎么变得比吃饭还要简单的?


拍照门槛逐渐降低


严格意义上说,用设备出货量来作为手机影像和数码影像的评判标准并不客观。因为如果按照这样的标准来看,其实在更早的2008年,诺基亚就凭借卖出 4.6 亿部带摄像头的手机的成绩,成为世界上最大的“相机制造商”。


但不可否认的是,手机影像的兴起对于数码相机行业的确产生了深远的影响。


无论是早期的胶片,还是后来的数码时代,实际上人们在拍照这件事情上的需求本身不仅仅是“影像记录”,同时也包含了“分享”的核心需求。在照片实体化的时代,相框、相册的作用除了收藏之外,也有很大一部分的作用是用来做展示用的。而在互联网时代,网络提供了一个便捷,及时的分享载体之后,用户在这方面的需求就被不断放大了。

短短20年,拍照这事儿怎么就变得比吃饭还要简单?

和数码相机相比,传统胶片相机的使用门槛较高

也就是在这样的前提下,胶片相机的劣势就体现出来了。胶片相机用户在得到照片前,需要经历安装胶卷,拍摄,冲洗的过程,而如果要将照片分享到网络上,还需要扫描、整理、上传。在这个过程中,用户需要付出的时间成本和物质成本是相当高的。


而相比之下,数码相机的优势就很明显:它将上述的步骤简化为“拍摄—上传”,不仅在操作上更加“傻瓜”,同时还减去了胶卷的使用成本,让拍照这件事情变得简单快速。所以即便早期数码相机相较于胶片相机在画质上有明显的劣势,但凭借更低的使用门槛和更便捷的用户体验,数码相机很快就取代了胶片相机成为了市场的主流。


手机影像崛起也是同样如此,使用门槛的大幅度降低是其在体验上的核心优势。这主要体现在两点:首先是手机作为便携设备,其能够满足“随身携带,随手拍”的需求。其次就是从拍摄——分享这个过程上,手机的步骤上更为简化,因为其本身就是作为移动互联网设备载体存在的,拍完就能直接将照片上传到社交应用,及时成像,及时分享。


传统胶片相机以天为单位,数码相机以小时为单位的“成像——分享”的时间,被手机压缩到分钟,甚至是秒钟级别,并且这个过程无需扫描仪、PC这样的额外设备辅助。


如此一来,手机摄影再一次把拍照的门槛降到了前所未有的低。


革命性设备的出现

依然和当年的数码相机一样,在成像画质的参考标准下,最初手机影像技术只能说先解决的是“有无问题”。从2000 年夏普J-SH04首先将一颗11万像素摄像头搬到手机上开始,手机成像技术的发展主线就是提升摄像头的像素数量。

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世界上第一台搭载摄像头的手机——夏普J-SH04

2009年以前,手机的相机像素大致经过了30W、100W、200W和320W几个主要跨度(当然,这其中有三星SCH-B600这样的颇具探索意义机型,将手机的拍照像素首次提升到了千万级别)。而随着消费电子技术的发展,一些原本属于数码相机领域的技术开始逐渐被应用到了手机上,比如第一台有氙气闪光灯的手机:索爱K790,第一台自动对焦的手机:松下P505iS,第一台光学变焦的手机:夏普V602SH等等。


现在来看,这些技术的应用更多算是当时的手机厂商们在相关技术上的一些功能性尝试,并没有形成一套成熟的,主流的手机成像方案。这个时候的手机相机更多只是其在作为通讯工具属性上的一些点缀性的功能补充,无论是拍摄体验还是成像画质都完全不能跟数码相机,甚至是卡片机相提并论。

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2010年iPhone4的发布可以看做是手机影像发展的转折点

iPhone4的发布可以看做是手机影像发展的一个转折点。这款搭载了500W像素后置 iSight 摄像头的智能手机,将手机拍照的用户体验和成像画质提升到了一个全新的高度。最关键的是,iPhone4让手机行业认识到,决定手机成像画质的早已不再只是单纯的依靠像素提升,亦或是单点式的影像技术下放,而是需要构建一套包含CMOS、镜头、ISP、算法在内的软硬件综合成像方案。


直观的例子就是,当年的摩托罗拉Atrix 4G采用了iPhone4同款的CMOS,但在最终的成像质量上这款手机完全不能跟iPhone4相比。


手机影像渐成体系


4G时代移动社交和图像应用的崛起,再一次刺激了普通用户的手机拍照需求。相机开始成为手机在功能体验和配置方面的关键点,越来越受到消费者和厂商的重视。在这样的背景下,手机影像技术再一次大踏步前进,并且逐渐形成了自己的体系。


手机影像技术的发展有其独特性。作为一款便携移动设备,手机对于体积和重量的要求比数码相机要高出不少,同时它还需要兼顾成本、功耗、设计等因素。也就是说,手机影像技术的革新必须兼顾设备形态发展的现实。

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Galaxy S4 Zoom看上去更像是一台数码相机

这其中涌现出了一大批手机中的异类:比如搭载了10倍光学变焦镜头,外观跟数码相机差不多的三星Galaxy S4 Zoom,再比如搭载了4100万像素传感器的诺基亚808 PureView等等,这些产品主要的问题还是功能体验的失衡,过于注重成像功能,牺牲了一部手机在其他方面应该具备的体验点。最终的事实证明,这些产品并不能成为手机成像技术的发展主流。


相比之下,主流手机厂商在手机成像方案上做出的努力更具现实意义。在“唯像素论”的观点被拨乱反正之后,手机影像技术开始在一些细分化的体验上进行升级。在影像技术上,大像素、激光对焦、全像素双核对焦、OIS光学防抖等一系列有助于提升拍照体验,或是能够对成像起到辅助作用的核心影像技术在手机上得到了广泛运用,手机的成像画质和体验开始有了明显的进步。

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HTC当年使用了一个400万像素的UltraPixel传感器

另一方面,消费者对于手机成像的需求也开始逐渐多元化。手机开始出现了双摄,三摄再到多摄组合的成像方案。多摄方案的成熟,满足了用户之前只有在可更换镜头的数码相机上才能实现的对于长焦、超广角、人像、微距等拍摄场景的需求,极大地拓宽了智能手机成像的使用场景。


与此同时,深度定制化的成像方案开始受到了手机厂商们的重视,并逐渐成为了大厂的“标配”。尤其是在各家的旗舰手机的成像方案上,不仅在硬件方案上和上游厂商进行了深度定制,并且往往还建立了庞大的影像团队,对手机相机进行软硬件层面的预研和调校。这个时候,手机成像的画质差距开始逐渐拉大,尤其是旗舰手机,在成像能力上的提升非常明显。

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多摄镜头模组已经成为了当前智能手机的标配(图为搭载骁龙865移动平台的小米10至尊纪念版)

而真正具备变革性意义的还是近些年“计算影像”的出现。


由于设备尺寸的限制,实际上手机镜头的光学性能很快就到达了天花板。如果还需要提升手机成像的绝对画质,就势必要在手机厚度、重量、续航等方面做出妥协。为了在现有的条件下尽可能去提升手机的成像画质,将AI技术手运用到手机成像上面就成为了进一步探索手机成像能力的另一个途径。


快速发展的AI技术很快就落地到手机成像上,自动 HDR,超级夜景,场景识别,景深模拟,风格滤镜,美颜自拍.......这些与AI功能深度融合的影像算法和功能,在当前已经完全融入到了手机的日常成像之中。这些技术带来的不仅仅是手机成像能力的多元和丰富,同时也一定程度上使得手机影像突破了光学性能的限制,成像能力获得了进一步的提升。


Google在这方面的探索非常具有代表性。2017年,Google发布了Pixel 2,这款单镜头手机利用了AI神经网络,做到了能够媲美多摄手机的,能够凸显人物前后景深关系的AI人像;次年的Pixel 3搭载了Night Sight 模式,利用AI图像采集合成技术,Pixel 3能够在极限暗光环境下拍出精细度、亮度极高的照片。

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Google Night Sight 模式成像对比

这些AI影像的成功应用,证明计算影像的确能够弥补了智能手机在光学硬件层面的劣势,极大提升手机成像的综合水平,而更关键的是,它还给手机影像技术在未来的发展提供了更广阔,更丰富的的想象空间。未来某一天,计算影像可能会改变整个影像技术行业的游戏规则,已经成为了业界普遍达成的共同认识。


上游方案的关键作用


回溯整个手机影像的发展历程,必须要认识到,高通这样的上游方案提供商在其中起到的关键性的作用。


每一年,智能手机行业的影像技术的革新都离不开高通骁龙移动平台提供的底层支持。以高通骁龙移动平台集成的ISP图像信号处理器为例,它的作用就是将CMOS捕捉到的图像数字信号进行猜色、降噪、锐化……最终生成图像数据,然后经过处理和合成,最后才成为我们看到的照片。

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Spectra 480被集成到了骁龙865移动平台上

图像信号处理器的性能,对于手机的成像具有决定性的意义。没有强大ISP性能作为支撑,再高的像素数,再强大的镜头组合都无法发挥出其应有的性能。尤其是当下智能手机中搭载的各种实时成像算法,比如实时美颜,实时HDR等等功能,其对于ISP的性能有极高的要求。

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Spectra 480 ISP强大的计算处理能力值得关注

以高通当前的旗舰骁龙移动平台骁龙865为例,除了具有更强的Kryo CPU和Adreno GPU外,其集成的Spectra 480也是高通迄今最强大的移动平台ISP图像信号处理器,处理速度高达惊人的每秒20亿像素,并支持全新的拍摄特性与功能。用户可以拍摄拥有10亿色的4K HDR视频,也可以拍摄8K视频,亦或捕捉高达2亿像素的照片。


要知道,8K视频单帧的像素数量就高达3300万(7680x4320)。如此庞大的数据运算量对于ISP的性能需求可想而知,而骁龙865也是首个支持8K视频拍摄的移动平台。同时,用户还可以通过骁龙865手机拍摄960 fps不限时高清慢动作视频,捕捉每一毫秒的细节。注意,这里的“不限时”很好解决了以往小白用户拍慢动作时需要反复重拍的痛点,非常强大。


而在当前应用非常广泛的AI影像技术方面,更是离不开高通的支持。骁龙865移动平台内部集成了高通第五代AI Engine人工智能引擎,性能最高可达每秒15万亿次运算(15 TOPS)。它采用多核异构计算的解决方案,可通过Kryo CPU、Adreno GPU、Hexagon处理器的协同处理,共同完成AI任务。在十亿像素级高速ISP和高通第五代人工智能引擎高通AI Engine的共同支持下,手机可以快速、智能地识别背景、人像和物体,从而根据不同用例拍摄真正定制化的照片。

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高通第五代人工智能引擎AI Engine是前代AI性能的两倍多

依托高通第五代人工智能引擎AI Engine,很多手机实现了富有特色的AI影像技术。比如小米手机上常见的“魔法换天”功能,就和高通AI Engine支持的图像分割功能关联紧密,它能快速识别出图片中的各种元素并进行AI抠图和处理。除此之外,在很多手机的AI变焦、AI降噪、AI夜景、AI色彩等方面,AI Engine都在发挥关键性的作用。


最关键的是,高通这套AI Engine不仅仅适用于旗舰级移动平台,高通还在600、700 系列移动平台加入了对自家 AI Engine的支持。不仅能够将AI Engine的强大应用能力赋予更多的用户,同时还对AI成像以及计算摄影的普及具有极大的推动作用。


不夸张地说,每年年末发布的骁龙移动平台其实就决定了次年,甚至接下来相当长一段时间内手机影像能力的天花板。在这个过程中,骁龙移动平台扮演的其实是底层支撑的关键作用。这就要求高通在影像方面不仅要做到对于用户需求的精准把控,还要具备足够的前瞻性,能够给整个行业带来一些发展方向层面的指引。


而实际上,在骁龙865移动平台上加入“5G+8K”这样的性能支持就是很好的体现。高通在5G技术上的领先优势也让移动影像技术的革新和普及如虎添翼。5G带来的高速率,低时延,大带宽优势会解决8K视频内容制作,呈现和传播上的技术瓶颈。


在未来,“5G+8K”移动影像技术将进一步带来拍摄体验和应用场景的革新,对整个行业产生颠覆性的积极意义,让专业影像技术走向越来越多的普通大众,为超高清影像内容的丰富和创新奠定基础,进而推动整个产业在5G时代迎来全新的发展机遇,释放无限潜能。


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