4800 萬畫素的背後，是廠商對相機的瘋狂追求丨半月談
不追趕，慢下來，用半月的時間體驗一款產品。
自世界第一款帶攝像頭的手機——夏普 J-SH04 面世開始，人們對手機相機功能的追求就從未停止過。
相位對焦、光學變焦、堆疊式、背照式、防抖、多鏡頭….. 而隨著感測器工藝越來越多樣化，相機的拍攝能力也在不斷提升。
▲ 夏普 J-SH04
提高拍攝畫素，是手機廠商們提升照片畫質最常用、最能直觀展示差距的方法之一。相比起軟體向的優化，通過直接升級相機感測器，能給照片品質帶來立竿見影的效果。
但一味地堆畫素並不是提升畫質的萬金油，畫素高也並不代表最終出品會更好看。
在過去半個月裡，我體驗過兩款 4800 萬畫素的手機，實際上相比於我們看到的表面引數，在這些數字的背後，其實還蘊含著手機廠商對相機升級的思考。
千萬畫素的背後，是手機廠商的「瘋狂」追求
手機廠商對相機畫素的追求，早在智慧手機的萌芽時代就已經開始了，而且 4000 萬畫素的手機也不是今天才有。
早在 2012 年，諾基亞就已經在諾基亞 808 PureView 這款手機裡實現了 4100 萬畫素相機的配置，這款手機被堪稱是諾基亞在相機功能上的再一次創新和巔峰。
▲ 諾基亞 808 PureView. 圖片來自：Slash Gear
為了實現超 4000 萬的超高拍攝畫素，這家芬蘭手機廠商竟然大膽地將當時面積最大的手機相機感測器（CMOS），以及一組蔡司的全非球面鏡頭塞進了面積只有巴掌大小的手機裡。最終實現了超高解析度的出品，以及至今都仍未被忘記的業界記錄。
當時的智慧手機相機畫素普遍都在「千萬級」以內，「4100 萬」這個數值，對於當時的大眾認知來說，就是個天文數字。
▲ 諾基亞 808 PureView. 圖片來自：DPReview
不過儘管諾基亞 808 PureView 的相機出品在當時讓人足以感到驚豔，官方也為這款手機爭取了更多曝光，但由於其所搭載的 Symbian 系統已入遲暮之年，消費者的關注度正從 Symbian 向 iOS 和 Android 陣營轉移。
加之，當時的行動網路環境並未能完全滿足 4100 萬畫素的照片分享，產品優勢不能被完全發揮，最終諾基亞 808 PureView 雖享有美譽，但卻黯然退出了市場。
在諾基亞 808 PureView 面世後的次年，諾基亞依然將這套高畫素方案應用在 Lumia 1020 這款手機上，這款手機被大家戲稱為「奧利奧」，原因是因為該機背部擁有碩大的黑色相機模組，其設計看上去就像是一塊奧利奧餅乾。
可惜該機同樣受限於軟體生態和其他客觀因素，市場表現仍然是叫好不叫座。
▲ Lumia 1020 鏡頭結構展示. 圖片來自：Gizmodo
在之後的時間裡，1200 萬、1300 萬、1600 萬、2000 萬畫素的拍照手機陸續登陸市場。更有意思的是，隨著 SoC 等元件的升級，手機的拍攝畫素已不再侷限於硬體模組，軟體系統也開始通過多幀合成去介入拍攝優化當中。
▲ OPPO Find 7. 圖片來自：Android Authority
OPPO 曾經在 Find 7 這款手機上通過多幀合成的方法，將十張連拍的照片進行合成，用填補空白畫素的方式，把原本只是 1300 萬畫素的照片擴充套件到 5000 萬畫素（8160 x 6120），以此來加強畫面細節表現。
▲OPPO Find 7 多幀合成原理圖解.
當然，這種後期處理的效果對比真實的超高畫素拍攝還是有一定差別，只是相對於原本的 1300 萬畫素，後期處理過的成片能呈現出更多細節而已。
嚴格來說，真正將 4000 萬畫素「發揚光大」的裝置，是 2018 年初發布的 P20 Pro。不過這款手機並沒有因為超高畫素感測器，而像諾基亞 808 PureView 和 Lumia 1020 那樣凸起一個碩大的鏡頭，而是採用索尼的 Quad Bayer（拜耳排列）「畫素四合一」方法，通過在 4000 萬畫素的 CMOS 輸出一張 1000 萬畫素的照片，從而減輕手機壓力。
這個方法其實和當年諾基亞的 PureView 超取樣相似，都是通過超高畫素，來提升相機解析力、減少變焦所帶來的畫面損失。今天的 4800 萬畫素，其實也是同樣的道理，只是畫素點增加了 800 萬。
都是 4800 萬畫素，兩款 CMOS 有何不同？
目前具備 4800 萬畫素、且已經被量產裝配的 CMOS 一共只有兩款：一款是榮耀 V20 在用的索尼 IMX 586；一款是紅米 Note 7 的三星 ISOCELL GM1。
賬面資料上，兩款 CMOS 均採用了 1 / 2 英寸感光元件，提供 4800 萬畫素，採用四合一 Quad Bayer（四倍拜耳）陣列設計。
不過，三星的 GM1 雖然同樣採用了 Quad Bayer 的 RGB 排列方法，但相比於 IMX 586，GM1 則是先將 4 x 4 為一組排列的畫素點按照同色畫素排列合成為 2 x 2 的四個大「色塊」，然後與鄰近的其他組交換色彩資訊。
換言之，雖然同樣提供了 4800 萬畫素的感光元件，但在色彩輸出能力上，三星 GM1 的陣列方式僅相當於 1200 畫素的表現，剩下的 3600 萬畫素需通過軟體插值來完成。
反觀索尼的 IMX 586，不但使用 Quad Bayer 陣列將陣列擴大為 4 × 4，而且 2 × 2 的排列方式為四格分散 RGB 相鄰排列。因此，索尼 IMX 586 更像是傳統定義的拜耳 4800 萬畫素感光元件。
除了使用 Quad Bayer 陣列以外，索尼 IMX 586 每一個畫素都能單獨控制曝光時間，並同步輸出相片，此舉能大幅提升成像動態範圍，單張成像即可媲美當下慣用的多幀合成 HDR 演算法，從而降低 ISP 和手機的負擔。
另一方面，由於大部分 ISP 僅支援已使用多年的，傳統的 Bayer 陣列，因此 Quad Bayer 陣列設計所輸出的影象，需要通過 Remosaic 技術轉換到 Bayer 陣列再輸出，三星 GM1 將這部分交由手機端的硬體配合軟體演算法去處理，而索尼 IMX 586 可直接通過硬體實時處理完成，成像的速度和質量都要更勝一籌。
簡而言之，如果說前面的 IMX 586 是硬體直出 4800 萬，那麼 GM1 就是通過軟體演算法進行畫素補充。而由於要進行二次合成，因此在使用 4800 萬畫素拍攝時，所花的時間比前面的硬體直出要更多一些。
通過實際對比能更直觀地看到 1200 萬和 4800 萬畫素的區別。在下面幾組對比中，左圖是 1200 萬畫素的 iPhone XS Max，右圖是榮耀 V20，看小圖好像區別不大，但當我們將樣張均放大 100%，就能看到不同畫素在細節上的區別。
▲iPhone XS Max（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
▲iPhone XS Max（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
下面這組樣張能看到更明顯的區別，右邊樣張上的招牌文字、樓頂上的樹葉都能清晰可見，反之左邊的文字部分已經有點模糊了。
▲ iPhone XS Max（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
▲ iPhone XS Max（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
▲ iPhone XS Max（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
同樣地，IMX 586 和 GM1 在 4800 萬畫素下也有一點區別。從紅米 Note 7 和榮耀 V20 的兩組對比樣張能看到，雖然同在超高畫素模式下兩者都擁有較高的解析力，但在日光環境下，IMX 586 的細節表現要比 GM1 稍勝一籌。
▲ 紅米 Note 7（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
▲ 紅米 Note 7（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
第二組樣張我選在了光線較暗的室內環境裡，區域性放大到書架裡的書名，IMX 586 在暗部解析力方面的表現對比 GM1 並沒有戶外那麼明顯。細節觀感上，GM1 的表現要更圓滑一些。
▲ 紅米 Note 7（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
▲ 紅米 Note 7（左）/ 榮耀 V20（右）樣張
總體來說，其實無論是索尼 IMX 586 還是三星 GM1，他們都能通過兩種不同的方法來實現最終的 4800 萬畫素成像，同時也能在一定程度上提升畫面質量。但放大來講，通過演算法合成的 GM1 雖然能實現標稱的 4800 萬，但在綜合表現上，仍然要比硬體直出的 IMX 586 略遜一籌。
不過考慮到兩者的價格，999 元和 2999 元存在著 2000 元的價差，而且 IMX 586 仍處於華為系產品的「獨佔期」，因此紅米 Note 7 的表現也無可厚非。接下來我更期待的是同樣採用 IMX 586 的紅米 Note 7 Pro，相信能達到榮耀 V20 接近的效果。
其實也不是任何時候都是 4800 萬
和此前 P20 Pro 的相機原理一樣，儘管它們都能用不同的演算法帶來 4800 萬畫素的成片。但實際上，雖然手機廠商一直都在用 4800 萬來做產品的宣傳賣點，可在大眾最常用的「自動模式」下，相機的預設輸出仍然還是 1200 萬畫素，4800 萬畫素需要在專業模式下手動啟用。
降低畫素的做法，其實和為手機減壓有一定關係。從前面兩款 CMOS 的原理解析能看到，無論是索尼還是三星，處理一張 4800 萬畫素的照片都需要 SoC 和 ISP 的支援才能完成，但這相比於目前的 1200 萬畫素照片，足有數倍之多。
因此為了降低處理元件的壓力，同時也為了不影響手機其他方面的體驗（比如拍攝速度、續航、儲存空間等），這些 4800 萬畫素的手機在預設情況下都是 1200 萬畫素輸出的。
▲ 榮耀 V20 在 48MP 狀態下不能變焦
當然這並不完全是件壞事，畢竟不是每個人都願意為得到極致的畫面細節，而額外付出手機續航和儲存空間的代價。
而且即便是分享到微博還是微信朋友圈，這些平臺都會最大限度地壓縮圖片質量，縮短檔案的上傳時間（微博可以手動傳原圖）。
所以從綜合體驗出發，雖然 4800 萬畫素擁有極高的細節保留優勢，但就目前的手機效能來講，1200 萬畫素的體驗仍然會相對比 4800 萬更可靠一些，同時也能滿足到大部分人的觀感要求。
高畫素＝好照片？並不是絕對的
回望過去，手機廠商一直以來熱愛追求高畫素，一方面其實除了為了達到「讓照片看上去清晰」的最目的以外，其實同時也想讓廣告宣傳更吸睛。
想要將畫素的優勢發揮出來，最簡單方式就是直接升級照片解析度，把遠處樹木的枝葉、天上飛的鳥、蝴蝶翅膀紋路這些細節最大限度地保留下來，突出高解析的作用。在過去，無論是過去的 500 萬畫素抑或是今天的 4800 萬畫素、前置還是後置，手機廠商在宣傳相機功能時，其實都離不開在「清晰度」上做文章。
我不否認更高的畫素能給照片品質帶來更高的品質，但一張好照片是否取決於物理畫素一項，我認為未必是絕對的。事實上，在「如何拍出好照片」這個問題上，存在著主觀和客觀兩種因素，客觀是手機內的軟硬體的綜合配置，主觀就是看拍攝技巧了。
比如說，三星的 Galaxy S6 和 Galaxy S7 的相機區別。
在 Galaxy S6 這款手機上，三星為其配備了一枚 1600 萬畫素的 IMX240 感測器，到了更新一代的 S7，這款手機裝配的是 1200 萬畫素的 IMX 260，咋一看資料，新機的畫素居然還要比舊款少 400 萬。
▲ 圖片來自：Androidcentral
但這裡需要注意的是，IMX 240 和 IMX 260 的 CMOS 面積幾乎是一致的（IMX 240：1/2.6，IMX 260：1/2.55），雖然 260 的畫素分佈更少，可它的單個畫素的面積分攤更大（1.12μm→1.4μm）。
▲ 三星 Galaxy S6 / S7 樣張對比. 圖片來自： Phone Arena
因此相比起前者，IMX 260 雖然是犧牲了一定的畫面解析力，但在弱光場景下的表現反而要比 240 更加明晰，綜合觀感更佳，最後我們便自然會覺得新機的成片比上一代更好看了。
所以究其根本，雖然物理畫素能對成片的解析力帶來一定影響，但它在今天也不至於能對相機出品起到決定性作用。
更直觀的例子是 DxOMark 的排行榜單，你會看到排在前 10 的產品裡，雖然 4000 萬畫素的 Mate 20 Pro 和 P20 Pro 都排在了前列，但其實 1200 萬畫素手機在得分上也跟前者沒有太大的差距，實際上單純的物理畫素對畫質的幫助有限。
況且，如今的相機功能已經有了軟體演算法和 AI 加持，即便是 1200 萬畫素，也已經能滿足到大部分使用者的需求。考慮到超高畫素的 CMOS 目前尚未正式量產、裝機成本較高和市場熱度平平，對於供應鏈掌控較弱的廠商而言，「跟著大部隊走」顯然才是目前最穩妥的做法。
站在普通使用者的角度看，雖然手機硬體升級是一件好事，但也不必過於追求畫素上的大小，畢竟要用到超高畫素的情況，還真沒多少。