超能课堂 (175)：智能手机拍照都有哪些流派？谷歌太牛了
如果选智能手机近年来升级换代最慢的技术，那首选电池续航，这么久了大部分手机还是一天一充。如果选手机进步最大的升级，那肯定是手机拍照。不论安卓还是iPhone，之前都是“只能拍照”，苹果iPhone大概是60分的价格水平，三星50分，大部分国产机都是30、40分的水平，而现在苹果提升到了80分，三星85分，领先的国产手机拍照已经上了90分了。
图片来自虹软官网
智能手机拍照的进步有赖于技术升级，不知不觉中手机镜头也从之前的单摄变成了双摄，去年底还有三摄手机大量上市，今年很快还会有四摄手机上市。此外，在镜头数量不断增加的同时，智能手机拍照用的传感器、镜片、马达等部件以及算法也是在同步提升的，这些因素共同推动了智能手机拍照的进步。
今年的超能课堂里我们就来介绍下智能手机拍照的技术流派，它们不仅分为单摄、双摄、三摄等，不同的双摄也是有不同的技术方向的。
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手机拍照系统组成：像素不是唯一，镜头模组才是完整概念
不过在介绍这些技术流派之前，大家要对手机拍照系统有个基本概念，厂商每次发布新品的时候总是喜欢宣传XX万像素、XX传感器、XX光圈等等，这些是很重要，但手机拍照不是光看传感器、光圈的，手机厂商买的不是单一的零件，而是从欧菲光、舜宇等公司购买成套的镜头模组。
三星电机官网上有个手机镜头模组的详细介绍，如上图所示，CIS就是图像传感器，大小、像素多少这些就是它决定的，它也是整个手机镜头中最重要同时成本最高的部分，一般能占到50%左右的成本，目前高端手机CIS传感器主要掌握在索尼、三星手里，其中索尼又是一家独大，大部分高端机都在使用索尼IMX系列传感器，三星在最近两代的Galaxy S/Note手机上开始加大对自家传感器的采购力度。
除了最为重要的传感器，镜头数量、马达、封装等也会多少少影响拍照质量，目前国产厂商在镜头模组供应链逐渐做大，欧菲光、舜宇的模组已经大量应用在华为、小米、OPPO、Vivo、魅族等国产手机中。
下面就来简单介绍下目前智能手机拍照技术上的不同流派，首先是还在坚持单摄、同时把单摄玩到极致的谷歌。
谷歌：单摄孤独求败，算法称王
网上经常争论的一个话题就是金庸小说中谁的武功最厉害？一般候选人至少有张三丰、扫地僧、独孤求败以及王重阳这几人，这些人是现实武侠江湖中存在的的，但要再往上说一点，那最厉害的人应该是狗哥石破天（阿青是另一个bug级的），他也有其他人一样的刻苦训练，但天赋点无疑是其他人不具备的。
在手机拍照这个技术上，谷歌就是石破天级别的天才，随便练练就是绝世高手。
谷歌单摄有多厉害？上图就是最好的解释
说到拍照技术，谷歌有资格鄙视所有在座的厂商，不论是苹果、三星还是华为，不服的也去用单摄比比。
至于谷歌为什么选择单摄，我们可以说双摄甚至多摄有很多弊端，结构复杂、成本高这些面子上的事不说了，谷歌认为双摄能做到——虚化、变焦、夜拍等都可以用单摄实现，不就是加强算法的事嘛，多大事还要上双摄/三摄，一只手能解决的事绝不用两只手。
在手机拍照上，谷歌Pixel手机不堆硬件，Pixel 3/3 XL上还是1.4um像素的1200万像素，F1.8光圈，放在国产机中这个规格能被喷死，但谷歌不怕，他们有Google Camera应用。现在的Google Camera已经迭代多次，最初的功能主要是HDR+，听上去跟很多手机支持的HDR功能差不多，不过谷歌的HDR+算法更加暴力，能够一次性拍摄多张图片合成，大大提升拍照画质。
谷歌HDR+拍照对比
HDR+提升画质需要很高的算力，谷歌的手机之前是使用骁龙处理器集成的Hexgaon DSP来处理，但是因为性能不够再加上专用优化不足，谷歌索性自己联合英特尔打造了Pixel Visual Core芯片，从Pixel 2手机开始就应用了，这个专用芯片集成了8个IPU核心，还有一颗A53核心，以及MIPI/LPDDR4/PCIe控制器，而且每一个IPU核心都要比ARM A53内核大，可想而知它为什么能够提供3T浮点性能，而华为的寒武纪稍弱点为1.9T，苹果仅为0.6T。
得益于专用芯片的强大性能，Pixel 2手机上的IPU上运行HDR+算只需要原本1/5的时间以及1/10的功耗，实现了第三方软件调用相机拍照即拍即有，用户体验提升明显，而且照片明亮清晰，人物脸部不再暗淡。
谷歌HDR+算法提升画质简单粗暴，但不是其他厂商想学就能学的，不说算法的难度，光是打造专用芯片的魄力就不是其他厂商能学的。
谷歌的Night Sght夜景拍照技术效果
在HDR+之后，谷歌在Google Camera上继续带来了背景虚化、Panorama全景、Motion动图（当年苹果推出了LivePhoto拍照）、AR Stickers、Super Res Zoom超分辨率放大（实现了光学变焦的图片缩放效果）、Top Shot以及Night Sight夜景技术，可以说在单摄上谷歌把流行的技术都做了一篇，效果也不输其他厂商的方案，去年Night Sight夜景拍照技术对比图把iPhone XS秒成渣了。
限于篇幅，不能一一介绍Google Camera的全部技术特性，谷歌近年来更加重视深度学习、人工智能等先进技术，通过自己掌握的大数据来进一步提高手机拍照画质，这个也是未来的发展方向，手机拍照会越来越“算得好看”，而不是拍的更真。
总之，谷歌在手机拍照上走的是一条别家厂商不走或者没能力走的路，狂飙单摄科技树，效果也非常好，网上已经有大把Google Camera的MOD版，如果你的手机也恰好在支持之列，那不妨试试。
双摄第一次登场不是为了拍照，而是玩3D
单摄时代为了增加卖点，厂商追求的不外乎是高像素，所以从500万、800万、1200万、1300万一路增加到2000万像素，最高曾有OPPO的5000万像素，不过这不是原生5000万，而是软件插值算出来的。
由于手机传感器就那么一点，单纯增加像素也不能一直玩，像素越多像素越小，当时都低到0.8um了，后来HTC开始倡导大像素，在M7手机上推出了UltraPixel技术，虽然像素数量只有400万，但是像素大小提升到2um（直到现在其实都是最高水平），像素越大感光面积越大，画质理论上更好，所以这个技术到现在都是主流，目前很多手机在用的1200万像素传感器就是1.4um的。
单摄无论怎么玩，迟早都是有尽头的（谷歌不在此限），前面介绍谷歌单摄时也说了单摄面临的几个缺点——背景虚化、变焦、夜拍，这些功能用双摄更容易实现，所以双摄技术很快也成为手机厂商追求的目标。
不过世界最早的几款双摄手机都不是为了提高拍照画质而做的，2011年HTC首发双摄手机HTC EVO 3D，配备了两个500万像素的镜头，但副摄的作用是实现裸眼3D效果的。在这方面，HTC也不孤独，LG之后也推出了双摄手机Optimus 3D，也是双500万像素镜头，同样是为了裸眼3D而非提高拍照效果。
2014年3月HTC发布了M8手机，采用了竖排双摄镜头，400万像素主摄+200万像素景深的组合，这时候智能手机的双摄才是以提高手机拍照为主的方向，不过景深镜头虽然带来了先成像后对焦等玩法，但对改善手机拍照画质有限。
双摄改善手机拍照画质之路：黑白、彩色、广角、长焦
HTC M8的主摄+景深双摄方案当时很流行，只不过画质没什么提升，玩法变多了而已。第一个用于提升画质的双摄手机实际上应该是酷派在2014年推出的铂顿大观5，它配备了双1300万像素传感器，是第一个RGB+RGB方案的双摄。
酷派铂顿大观5首发RGB+RGB方案的双摄
不过限于酷派当时的影响力，大观5虽然是2K旗舰机，但是不叫好也不叫座，存在感太弱了。
2014年底，荣耀也推出了华为系第一款双摄手机——荣耀6 Plus，号称是全球首个平行双摄手机，两个镜头都能参与成像，而且实现了F.095的虚拟光圈，所以荣耀6 Plus一直在宣传背景虚化玩法，不过实际虚化效果很容易看出来是软件算出来的，很假的感觉。
2015年360发布了奇酷手机，这款手机也上了双1300万像素镜头，不过它的技术方案是RGB+Mono，也就是彩色+黑白方案，副摄黑白传感器虽然不能记录彩色信息，但却有更高的进光量，可以记录更高的亮度及细节信息，在噪点、亮度、色彩、细节等图像质量方面以及整体处理性能方面达到一个最好的平衡点，使双摄像头的超级夜景发挥出最大的功效。
上面这句话出自虹软公司，这里就要说到一家在拍照算法可能不次于谷歌的NB公司了——Arcsoft虹软，有些人可能听过或者用过他们的ArcSoft TotalMedia Theatre播放器，这家公司提供的单摄、双摄算法几乎支撑了大部分手机厂商，举个例子，国产厂商近年来代表鼓吹自己的超级夜景模式，实际上小米、OPPO、魅族、锤子的夜景算法都来自虹软，华为的超级夜景算法倒是自研的。
说的有点远了，回到黑白双摄的话题上来，这种技术方案对提高画质是很明显的，所以很快成为主流，360手机没做起来，但华为在P9手机上也开始用黑白双摄方案，这也是第一款与徕卡合作的手机，并一直沿用到P20 Pro手机上，直到Mate 20 Pro上才放弃了黑白传感器。
2016年LG公司也推出了G5手机，这款手机的双摄方案也比较独特，使用的是主摄+广角镜头的模式，主摄是1600万像素，副摄是800万像素，但它是个135°的广角镜头，两个镜头实际上并不是同时成像，用户可以切换选择是否拍广角照片。
不过LG G5尝试增加广角镜头的做法也很有意义，几年后的今天广角拍照又被重新重视起来了。
苹果iPhone入局双摄，长焦+广角双摄定型
2013到2015年的这段时间里双摄手机可以说百花齐放，也可以说鱼龙混杂，几家厂商之间的方案都不太一样，但是之后苹果也入局了，在iPhone 7 Plus上也用了双摄拍照系统，由一个广角镜头和一个长焦镜头组成。广角镜头部分为1200万像素，f/1.8光圈，等效焦距28mm，支持光学防抖，这其实就是iPhone 7上那颗，而长焦镜头同样为1200万像素，f/2.8光圈，等效焦距56mm，但这个镜头不支持光学防抖。
值的注意的是，iPhone 7 Plus上两个镜头都是拍摄彩色照片，加上长焦镜头带来光学变焦能力，这让苹果这个双摄像头系统是稍微领先市场的。而除了光学变焦外，iPhone 7 Plus同样能提供景深效果。
由于苹果的影响力及对产业链的影响，iPhone 7 Plus的双摄方案很快成为市场上的主流，双摄带来了2x光学变焦、景深及虚化等效果，直到现在这种方案依然是当前双摄手机的主流。
华为P20 Pro首发三摄，独占大底传感器
双摄成为市场主流两年之后，下一步还能玩什么呢？2018年3月份华为发布了P20及P20 Pro手机，其中后者用上了徕卡三摄，这是第一台三摄手机，不过华为P20 Pro不仅仅是摄像头数量多少的问题，还有一个独特的优势——定制的索尼IMX600传感器，1/1.7英寸大小，直到目前都是最大的传感器。
具体来说，P20 Pro为目前少见的后置三摄系统，主摄采用索尼独家定制的IMX600模组，感光器面积达到1/1.7英寸， 总像素为4000万，并支持QuadBayer技术，即可以按2X2像素集合输出成1000万像素，这可以提高画面的纯净度。主摄其它规格还有1μm单个像素面积，f/1.8光圈，最大ISO可达到102400等。
P20 Pro的两个副摄其中一个为长焦镜头，最大3x光学变焦，等效81mm焦距，属于中远摄，而iPhone X和Galaxy S9+的长焦端都为2x光学变焦，等效焦距52mm。只是P20 Pro的长焦头仅为800万像素，来自OminiVision的OV13A40模组，f/2.4光圈，Galaxy S9+和iPhone X都达到1200万像素，光圈在f/2.4。
副摄的另一个为黑白镜头，这是华为手机上惯用的方案，主要为了提高图像的锐度，还可以加大进光量，P20 Pro这颗摄像头采用索尼的IMX318模组，为2000万像素，f/1.6光圈，并带有OIS防抖。
需要注意的是，P20 Pro虽然有三个摄像头，但在实际工作时，三个摄像头为两两工作，即在拍摄夜景照片时，只用到主摄+黑白副摄，而在拍摄大光圈照片时，则用到广角+长焦副摄结合。
三摄再进化，Mate 20 Pro弃黑白上超广角
华为P20 Pro的大底+三摄+徕卡让它在夜景拍照方面很强大，也奠定了华为在DXOMark排行榜的领先，去年10月份大家都在期待华为在Mate系列上还能创造什么的拍照玩法时，华为最终在Mate 20上带来了超广角三摄，放弃了黑白传感器。
Mate 20 Pro主摄、副摄、长焦镜头依然是4000万、2000万及800万像素传感器，但副摄的广角能力大幅加强，等效焦距从27mm提升到了16mm，而单反相机中24mm以下的焦距就是超广角了，Mate 20 Pro的16mm等效焦距实现了超宽取景，在拍摄大场面，比如风景时更容易呈现出有冲击力的画面。
简单来说，华为在这次的三摄中加强了超广角及微距拍摄，为此不惜放弃对提高画质很有帮助的黑白传感器。华为这么做是手机拍照产业链的一次变迁，实际上在华为Mate 20 Pro之前，Vivo公司也推出了超广角拍照的X23手机，虽然这是一款双摄手机。
今年发布的小米9手机上，不仅上了三摄，同时也是主摄+长焦+超广角的组合，其中超广角的等效焦距为17mm，比华为Mate 20 Pro略低。此外，小米9也加强了微距，最短4cm焦距，Mate 20 Pro则是2.5cm焦距。
可以预见，超广角三摄今年还会有其他厂商跟进，但有志于玩拍照的厂商又找到新的玩法了。
2019年手机拍照新趋势：不止四摄，还有10倍变焦
今年的新趋势中，华为及OPPO纷纷转向了10x变焦技术，在这方面OPPO 2017年的MWC展会上就展示过5x变焦技术，不过那时候还不成熟，今年则是推出了10倍混合光学变焦技术，而且OPPO明确表态今年就要量产。
OPPO的10倍混合光学变焦技术采用了超广角、超清主摄与长焦的三摄结构，覆盖了从超广角到长焦的“完整视角”。在超清主摄像头和长焦摄像头上OPPO还引入了双OIS光学防抖，轻松拍出清晰好照片。
无独有偶，华为在即将发布的P30/P30 Pro系列手机上也把高倍变焦能力作为重点，P30 Pro号称徕卡四摄，不过这个四摄实际上还是徕卡三摄，多的那个是ToF 3D感测镜头，跟拍照不是一回事。
在变焦上，P30 Pro也号称支持10倍混合变焦，只不过这个混合到底是怎么混合的还不确定，Mate 20 Pro上最高做到了3x光学变焦，也能上10倍数码编码，但是5倍之后的变焦基本上没什么意义了，画质及防抖都很差，所以官方都没当作主打功能来宣传。
总结：
手机拍照近年来的表现大家有目共睹，除了谷歌还在继续攀升单摄黑科技之外，其他厂商都转向了双摄、三摄等多摄系统，带来了更好的光学变焦、背景虚化及液晶拍照能力。2019年，各大厂商的智能手机旗舰不太可能超过三摄，这时候的重点会转向变焦能力，这会对手机拍照及创造带来更多的可能。