手机拍照进化史：看得见的数字，与看不见的创新

乔依芸

最近几年，手机的创新，往往体现为像素的无限增加，摄像头数量的不断增多。
不过有人会怀疑，单纯怼参数，也能算创新吗？当然算，最近 10 多年，摄像头一直是手机中最重要的元器件之一。回望过去，诺基亚、三星、夏普，推出过的这些奇葩造型手机，都是工程师不断探索手机拍照极限留下的印证。
而手机拍照从最开始的聊胜于无，走到今天的 1 亿像素、后置 5 摄，这个过程，其实是用创新能力将一个个不可能化为可能的过程。


奏鸣曲：提升像素数
去年年底，小米 CC9 Pro 发布，号称是第一款 1 亿像素手机。
与 20 年前全球第一款搭载摄像头的手机，夏普 J-SH04 的 11 万像素相比，数字提升了将近 1000 倍。
过去 20 年，诺基亚、三星、苹果、华为等不同时期的手机巨头，突破了一个又一个手机像素数字的极限。而像素数的提升，也确实给手机拍照质量带来了长足的进步。








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但你是否想过，为什么用了 20 年，像素才变成 1 亿，为什么没有厂商直接做个 10 亿像素的手机呢？
相机成像的原理，是物体发出的光穿过一组透镜后，映射在传感器的阵列上，阵列上的光信号会转化为电信号，再以数字信号输出，才形成了我们在屏幕上看到的照片。
这里面最关键的元器件是传感器，传感器面积越大，成像质量越好。而像素数，就是在传感器上分割出了多少个感光点。比如 1200 万像素就是在传感器上分割出了 1200 万个感光点。


目前较主流的提升手机像素的方法，是一边略微扩大传感器面积，一边尽量缩小感光点面积。
比如对比华为的两代旗舰机型，P30Pro 和 P40Pro，主摄的传感器尺寸从 1/1.7 英寸扩大到 1/1.28 英寸，同时像素也从 4000 万提升到 5000 万。
可惜的是，当光学原理应用在当下的技术工艺上时，传感器的扩大变得十分艰难，手机厚度这一项要求，就严重阻碍了这件事的发展。
刚才提到的 P40 pro 使用的传感器，已经是当今最大的手机传感器，这款由索尼生产的传感器与单反相机相比仍是小的可怜。


另外一面，缩小感光点面积也不轻松，感光点面积的缩小意味着照片能展示更多的细节，不过同时带来了大量的副作用，比如在光线不是很好时，更多的像素会加剧照片的模糊程度。




不同像素摄像头对比（白天 & 夜间）
另外越多的像素也对手机运算能力要求更高，使用 1 亿像素手机的用户肯定深有体会，开启 1 亿像素拍照，总是要等待好几秒钟，才能完成拍摄。
这也就是为什么没有厂商直接做个 10 亿像素手机的原因。
协奏曲：增加摄像头 ‍‍
当单个摄像头像素提升变得越来越困难时，厂商们开始尝试用数量来解决问题。
从 2016 年，华为 P9 搭载后置双摄像头开始，主流机型后置摄像头的数量，就以接近 1 年 1 个的速度持续增加。今年华为推出的两款旗舰机型，后置摄像头数量均达到了 5 个。


现在最流行的多摄解决方案是，利用主摄、广角、长焦等不同摄像头的属性，应对不同场景分别发挥长处。能独立工作的同时，多个镜头也会相互配合，将不同摄像头的取景进行合成，从而优化拍照质量。


今天我们能轻易地调侃 iphone20 可能的样子，甚至千元机都已经能安排个后置 4 摄。
但在 4 年前，对工程师来说，突破性地让多个镜头组合在一起，并能配合工作发光发热，这个过程却是异常艰难。
我们知道，手机摄像头由镜头、马达、传感器等一系列元器件组合封装而成。
当手机摄像头变多之后，组装摄像头的过程，不仅需要保证单个摄像头的封装质量，还要让各摄像头的光轴保持平行，摄像头模组的生产也就必须配备更精密的生产工艺，比如需要引入自动对准技术。


我们以华为的多摄模组主供应商舜宇光学为例：
有专业机构计算过，这家来自中国宁波的厂商 2018 年的设备成本，以 7*24 小时的效率工作，要达到每月 100 万颗双摄模组的产能，设备投资需要约 4600 万元，另外还需要大量技术熟练的生产线工人。


由此可知，当年想制造高质量的双摄手机并非易事。
这还不算完。为了调动多枚摄像头相互配合，实现背景虚化、图像合成、夜景高清等功能，软件算法的支持是必不可少的，这看似简单的事情，需要相机工程师们无数次的测试，才能实现。
多摄手机的花洒、浴霸、火箭炮等等造型，消费者褒贬不一，但你可能从没想过，这每一枚摄像头模组背后，凝聚着的是全世界最优秀的手机工程师的智慧和发量。


变奏曲：非光学镜头
手机行业发展到今天，当千元机都已经拥有千万像素，后置四摄的 " 豪华配置 "。
一些富有创新精神的厂商们开始另辟蹊径，在光学镜头之外做起了文章。
今年苹果在 iPhone 12 Pro 系列上增加了一枚激光雷达，利用激光束，可以测算物体离手机的大致距离，用来辅助暗光环境下对焦的同时，也很大幅度提升了 AR 的能力。
华为在刚刚发布的 Mate 40 保时捷版中则是在摄像头模组里加入了红外测温模块，在手机上实现了测温功能。


可以预见，未来几年，这种非传统光学镜头，或许将会越来越多地被搭载在手机上，成为手机新的创新标识。
手机像素的持续提升，摄像头数量的不断增加，拍照效果的持续优化，都离不开无数工程师的不断突破创新，是这些创新者的努力，才让我们随时可以按下手机快门，就能把生活中的美好记录下来。