來(lái)源：內(nèi)容來(lái)自「DoxMark」,，謝謝,。

我們自2012年起開始在DxOMark測(cè)試智能手機(jī)攝像頭，在過去五年中,，智能手機(jī)攝像頭已經(jīng)走過了很長(zhǎng)的演變之路,。今日，智能手機(jī)已經(jīng)成為全球數(shù)十億攝影愛好者和普通消費(fèi)者的首選成像設(shè)備,。由于其圖像質(zhì)量和性能的顯著提升,，智能手機(jī)在銷售和人氣方面已經(jīng)遙遙領(lǐng)先傳統(tǒng)獨(dú)立式數(shù)碼相機(jī)。

在下圖中,，您可以看到我們測(cè)試的最早的高端設(shè)備諾基亞808直到今日的旗艦手機(jī)（例如谷歌Pixel 2,、iPhone X和三星Galaxy Note 8）之間的演變。一如預(yù)期,，蘋果,、三星和谷歌的產(chǎn)品一代更比一代精進(jìn)，而且圖像質(zhì)量也到達(dá)了前所未有的水平,，因此想以“傳統(tǒng)”方式獲得顯著的改進(jìn)也變得越來(lái)越困難了,。

目前圖像傳感器的效率僅以漸進(jìn)式逐步提高，而傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)制造商可以通過增加圖像傳感器或鏡頭光圈尺寸（以及鏡頭尺寸）來(lái)改善相機(jī)的光線捕捉能力和圖像質(zhì)量,，但智能手機(jī)制造商卻只能在非常狹小的空間限制內(nèi)力求改進(jìn),，因?yàn)楸⌒蜋C(jī)身和時(shí)尚設(shè)計(jì)是大多數(shù)消費(fèi)者購(gòu)買智能手機(jī)的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，因而提高了攝像頭的設(shè)計(jì)難度,。這迫使移動(dòng)設(shè)備制造商必須跳出固有思維模式,，在不借助更大的攝像頭模塊的條件下開發(fā)提高圖像質(zhì)量和攝像頭性能的解決方案,。本文將探討雙攝像頭、多幀堆疊和創(chuàng)新的自動(dòng)對(duì)焦等技術(shù)的引入如何影響智能手機(jī)攝像頭各個(gè)方面的性能,，例如紋理和噪點(diǎn),、曝光、自動(dòng)對(duì)焦,、變焦質(zhì)量和散景效果。

在我們的智能手機(jī)攝像頭測(cè)試中,，噪點(diǎn)和紋理是兩項(xiàng)彼此獨(dú)立的評(píng)測(cè)項(xiàng)目,，但事實(shí)上噪點(diǎn)和紋理的關(guān)系非常密切，因此我們必須同時(shí)考慮這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn),。圖像處理技術(shù)可以輕易降低圖像噪點(diǎn),，但必須權(quán)衡噪點(diǎn)和紋理之間的關(guān)系，因?yàn)閺?qiáng)烈的降噪處理會(huì)模糊細(xì)密的紋理并降低細(xì)節(jié)的豐富性,。增加傳感器尺寸,、鏡頭光圈和曝光時(shí)間可以提高攝像頭的輸入信噪比（SNR），但如上文所述,，由于智能手機(jī)的尺寸限制,，我們不能增大前兩者的尺寸。另一方面,，使用較慢的快門速度則會(huì)提高攝像頭抖動(dòng)和產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊的風(fēng)險(xiǎn),，因此在很多情況下也必須排除這一可能性。

除了傳感器大小和像素?cái)?shù)量之外,，還有很多方法可以提升圖像質(zhì)量

盡管如此,，我們還是有辦法超越這些限制。這包括影像防抖系統(tǒng),，可以讓人在靜態(tài)場(chǎng)景中使用較慢的快門速度,，而時(shí)域降噪（TNR）則可以結(jié)合多幀圖像數(shù)據(jù)以增加拍攝時(shí)累計(jì)的曝光時(shí)間；此外,，雙攝像頭也增加了（組合后的）總傳感器感光面積,，同時(shí)不需要使用更大的鏡頭。如果將拜耳傳感器（彩色）與黑白傳感器相結(jié)合,，一如華為Mate 10 Pro,，圖像質(zhì)量更可進(jìn)一步提升。相比于搭載兩個(gè)拜耳傳感器的傳統(tǒng)雙攝像頭能捕獲兩倍于單傳感器攝像頭的光線,，華為 Mate 10 Pro在理論上可以捕獲的光線大約是單傳感器的四倍,，因?yàn)樗暮诎讉鞲衅鳑]有顏色濾鏡，因此有助于提升紋理保留的質(zhì)量,，但其美中不足之處在于低光拍攝時(shí)可能較難捕捉色彩信息,。

在下圖中,，您可以看到我們?cè)谶^去五年間測(cè)試過的幾款重要手機(jī)的噪點(diǎn)和紋理分?jǐn)?shù)。我們?cè)谙旅娴谋砀裰辛谐隽藬z像頭的規(guī)格,。許多營(yíng)銷內(nèi)容將廣告重點(diǎn)放在像素?cái)?shù)量和圖像傳感器的尺寸上,。但是從圖中可以看出，這兩個(gè)條件都不是圖像質(zhì)量的可靠標(biāo)準(zhǔn),，因?yàn)榇蠊馊?、光學(xué)影像防抖和時(shí)域降噪也都是決定圖像質(zhì)量的關(guān)鍵要素。

我們列表中最老的手機(jī)諾基亞808就是一個(gè)很好的例子,。它讓人了解,，大型傳感器的確可以幫助攝像頭拍出細(xì)致的紋理并降低噪點(diǎn)水平。諾基亞傳感器的分辨率為4100萬(wàn)像素,，令人印象深刻,。但是在默認(rèn)模式下，照片卻僅以500萬(wàn)像素輸出,，但即使在500萬(wàn)像素的情況下,，它在低光下的得分也顯然比800萬(wàn)像素的iPhone 5s和iPhone 6，甚至1600萬(wàn)像素的三星Galaxy S5更高,，其原因在于諾基亞的大傳感器能夠捕捉到很多光線,。

光圈大小也是捕捉光線的決定性因素之一。多年來(lái)當(dāng)智能手機(jī)的圖像傳感器尺寸變化不大時(shí),，手機(jī)制造商已經(jīng)大幅增加鏡頭光圈的尺寸,。2015年以來(lái)，三星Galaxy S5的光圈已經(jīng)比諾基亞808（f/2.2 vs. f/2.4）要快一些,。我們列表中最新的三星手機(jī)搭載了更快的f/1.7光圈,，而華為Mate 10 Pro甚至在其兩個(gè)鏡頭上都配備了f/1.6的光圈。雖然最新一代的手機(jī)的圖像傳感器的尺寸比諾基亞808更小,，但其快速光圈卻部分抵消了諾基亞808的圖像傳感器尺寸的優(yōu)勢(shì),，而且結(jié)合使用光學(xué)影像防抖和時(shí)域降噪技術(shù)后，其拍攝結(jié)果甚至比諾基亞出色多了,。

光學(xué)影像防抖可以穩(wěn)定圖像并減少攝像頭晃動(dòng)造成的模糊風(fēng)險(xiǎn),，因此拍照時(shí)可以延長(zhǎng)曝光時(shí)間，從而提高輸入的信噪比,。時(shí)域降噪通過合并多幀圖像來(lái)消除噪點(diǎn)而不會(huì)犧牲紋理的豐富性,，而且還有助于減少運(yùn)動(dòng)模糊，因?yàn)閳D像堆疊過程中使用的每個(gè)幀都是以比傳統(tǒng)單幅圖像更快的快門速度拍攝的,。

圖像處理技術(shù)正在改變手機(jī)攝像頭的成像

iPhone 6是演示圖像處理技術(shù)如何提高圖像質(zhì)量的一個(gè)絕好例子,。從圖表上可以看出，盡管它使用了與iPhone 5s相同的成像硬件,，但它的噪點(diǎn)和紋理都比前代產(chǎn)品好,。iPhone 6配備了蘋果的A8芯片組,，具有改進(jìn)的圖像信號(hào)處理器（ISP），A8 ISP很可能支持時(shí)域降噪,，但當(dāng)時(shí)蘋果并沒有提供任何詳細(xì)的信息,。一年后（2015年），谷歌在Nexus 6P設(shè)備上引入了HDR+,，通過嵌入式ISP來(lái)合并高達(dá)10幀的Raw格式的圖像,。

我們來(lái)看看一些樣本照片。下面的圖像剪裁來(lái)自5勒克斯低光照片,。正如您所看到的,，從iPhone 5s到iPhone 6，細(xì)節(jié)的增加非常明顯,。如上所述，兩個(gè)機(jī)型的圖像傳感器和鏡頭部件都沒有任何改變,，因此其中的差別肯定要?dú)w功于圖像處理的進(jìn)展,。令人驚訝的是，盡管iPhone 7 Plus的像素更高,，鏡頭光圈更大,，且配備了光學(xué)影像防抖，但在細(xì)節(jié)方面,，它和iPhone 6之間的表現(xiàn)并沒有太大的差別,。因?yàn)樘O果設(shè)法調(diào)校iPhone 7 Plus的圖像處理參數(shù)，以使得iPhone 7 Plus圖像上的噪點(diǎn)其少于iPhone 6,，即使iPhone 7 Plus具有1200萬(wàn)像素的更高分辨率,。因此，雖然iPhone 7 Plus的高分辨率傳感器捕獲了更多細(xì)節(jié),，但卻因?yàn)榻翟胩幚矶兊媚：?。反觀iPhone X則得益于改進(jìn)的時(shí)域降噪算法，又向前邁進(jìn)了一步,，其噪點(diǎn)比7 Plus略低,，而且明顯擁有更豐富的細(xì)節(jié)。

我們可以在下面看到目前四款高端智能手機(jī)攝像頭三星Galaxy Note 8,、谷歌Pixel 2,、華為Mate 10 Pro和蘋果iPhone X的比較。這四款手機(jī)在我們的測(cè)試中都拿下了極高的總成績(jī),，但是制造商顯然應(yīng)用了不同的圖像處理手段來(lái)實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果,。在上面圖表的分?jǐn)?shù)中，我們可以看到三星Galaxy Note 8和谷歌Pixel 2的噪點(diǎn)和紋理得分幾乎剛好相反,。它們的整體表現(xiàn)相似,，但為了迎合不同的口味,，三星使用了大量的降噪處理來(lái)生成非常光潔的圖像，但卻也在強(qiáng)烈的降噪過程中犧牲了一些豐富的紋理,，反觀Pixel 2的圖像則有更多的顆粒,，但細(xì)節(jié)更到位，紋理也更豐富,，也就是說,，三星和谷歌分別代表了降噪和紋理的兩個(gè)極端。華為Mate 10 Pro和蘋果iPhone X則采用了相比較下更為平衡的處理方式,。

評(píng)測(cè)照片的曝光表現(xiàn)時(shí),，我們分別在戶外高光條件下、典型的室內(nèi)照明條件下以及低光條件下評(píng)鑒拍攝結(jié)果,。在下面的分?jǐn)?shù)比較圖中,，我們看到2012年戶外分?jǐn)?shù)已經(jīng)處于相當(dāng)高的水平，但最新一代的手機(jī)的分?jǐn)?shù)則更高,，而且在室內(nèi)和低光條件下,，其分?jǐn)?shù)的提升更為可觀。

智能化的軟硬件協(xié)作

攝像頭的進(jìn)一步智能化是這些改進(jìn)的主要推手,。我們測(cè)試的第一臺(tái)攝像頭沒有任何自動(dòng)檢測(cè)HDR場(chǎng)景,、場(chǎng)景分析或人臉檢測(cè)等智能功能，導(dǎo)致實(shí)景評(píng)測(cè)時(shí)的曝光失敗,。諾基亞808的傳感器尺寸極大,，擁有非常好的動(dòng)態(tài)范圍，但其拍攝結(jié)果卻不如可以自動(dòng)觸發(fā)多幀HDR功能的iPhone 5s,。自從三星Galaxy S6推出后,，這項(xiàng)技術(shù)也成為了三星手機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)功能。

在過去幾年間,，制造商已經(jīng)進(jìn)一步完善HDR模式和場(chǎng)景分析,，從而改善了逆光人像或高對(duì)比度場(chǎng)景等難處理的拍攝場(chǎng)景的表現(xiàn)。另外,，在極弱光線條件下為了隱藏噪點(diǎn),，極為常見的處理手法是使照片曝光不足，因此信噪比的提升更進(jìn)一步提升了極弱光線下的曝光表現(xiàn),。也就是說,，諾基亞 808的大尺寸傳感器原本很有可能可以在低光下表現(xiàn)得更好，但是諾基亞工程師只是簡(jiǎn)單地移植了之前用于較小圖像傳感器的曝光策略,。如果他們當(dāng)初能夠?qū)χZ基亞808進(jìn)行更好的調(diào)校,，其表現(xiàn)也許會(huì)更好，這是一個(gè)典型的手機(jī)調(diào)校的反面例子,。

讓我們看看上面圖表中的數(shù)字如何對(duì)應(yīng)于真實(shí)世界的拍攝結(jié)果,。下面是在1勒克斯的極低光下拍攝的樣本照片,。正如您所看到的，盡管諾基亞808搭載了比其他手機(jī)更大的圖像傳感器,，其捕捉光線的能力也更好,，但它的曝光效果卻非常黑暗。如上所述,，這樣的結(jié)果很大程度上是由于諾基亞未對(duì)圖像處理策略進(jìn)行優(yōu)化調(diào)校,。iPhone 5s能夠拍出更明亮但仍明顯曝光不足的照片，其部分原因是為了控制圖像噪點(diǎn),，另一原因則在于蘋果的圖像處理理念：蘋果為了保有場(chǎng)景的氣氛,，寧愿使黑暗場(chǎng)景的曝光略微不足。三星Galaxy S7是這一比較中最新的手機(jī),，由于它具有比諾基亞和iPhone 5s更好的調(diào)校和降噪處理,，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更明亮、更可用的曝光效果,。

目前的華為Mate 10 Pro和谷歌Pixel 2等旗艦機(jī)型得益于更好的降噪處理,，因此其曝光效果明顯比老款智能手機(jī)要來(lái)得好。再一次,，由于蘋果的調(diào)校策略，iPhone X在低光下的曝光比其他競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型要稍微暗一些,。

您可以在下面看到在真實(shí)世界中拍攝的高對(duì)比度場(chǎng)景的樣本照片,。早在2010年，智能手機(jī)攝像頭就出現(xiàn)了自動(dòng)HDR功能,，但早期版本的性能并不是很好,。當(dāng)時(shí)iPhone 5s已經(jīng)配備了HDR，因此我們可以在下面的樣本照片看到藍(lán)天,，但天空的色彩仍然比較偏青色而非藍(lán)色,，而且最亮的高光位區(qū)域仍然出現(xiàn)了一些剪貼紋理。在更新的iPhone機(jī)型的拍攝結(jié)果中,，我們可以清楚地看到這一技術(shù)是如何發(fā)展且日臻完善的：iPhone 7 Plus能夠完美地保留天空的色彩,，而且iPhone 8 Plus也使陰影變亮了些，以便在非常黑暗的前景區(qū)域中還原出一些細(xì)節(jié),。

我們可以在下面一系列逆光人像中觀察到類似的進(jìn)展,。iPhone 5s沒有任何人臉檢測(cè)功能，因此它根據(jù)背景的亮度來(lái)曝光,，使人像照片里的拍攝對(duì)象變得非常暗,。7 Plus顯然對(duì)拍攝對(duì)象捕獲了更到位的細(xì)節(jié)，但卻使較明亮的背景顯得曝光過度了,。在這次比較中,，iPhone 8 Plus是其中最新的設(shè)備,，它配備了最精進(jìn)的HDR和人臉檢測(cè)功能，因此可以實(shí)現(xiàn)最均衡的曝光效果,，其人像照片中的拍攝對(duì)象和背景的細(xì)節(jié)表現(xiàn)都非常到位,。

視頻防抖功能需要?jiǎng)訂T多個(gè)智能手機(jī)組件和功能的無(wú)縫協(xié)作方能獲得最佳效果。在較舊的手機(jī)（如諾基亞808或三星Galaxy S5）上,，該功能完全借助于圖像處理算法,，且僅用于抵消手持拍攝時(shí)產(chǎn)生的晃動(dòng)，其算法會(huì)分析圖像內(nèi)容以檢測(cè)運(yùn)動(dòng),，但是風(fēng)險(xiǎn)是攝像頭可能會(huì)鎖定運(yùn)動(dòng)主體,，而不會(huì)保持對(duì)場(chǎng)景中靜態(tài)元素的對(duì)焦。

蘋果是第一個(gè)通過集成陀螺儀數(shù)據(jù)來(lái)增強(qiáng)該功能的制造商,。使陀螺儀和圖像傳感器數(shù)據(jù)同步是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的技術(shù),，但是蘋果公司可以完全控制其手機(jī)上的所有硬件和軟件元件，實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)作,。反觀三星的老款手機(jī)雖然也搭載了陀螺儀,，但由于安卓操作系統(tǒng)的限制，這些手機(jī)無(wú)法以有效的方式將陀螺儀應(yīng)用于視頻防抖上,。目前所有的高端手機(jī)都使用陀螺儀數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻防抖的功能,。

緩存和光學(xué)影像防抖正在將視頻防抖提升到新水平

視頻防抖的技術(shù)進(jìn)化的下一步在于軟件方面的改進(jìn)。一個(gè)我們稱之為“非因果防抖”的技術(shù)使用大約一秒鐘的視頻緩存器來(lái)讓防抖系統(tǒng)預(yù)測(cè)未來(lái)的攝像頭運(yùn)動(dòng),。這個(gè)功能與更大比例的圖像剪裁相結(jié)合,，即使在拍攝者正在走路或騎自行車，也可以拍出令人印象深刻的靜態(tài)相機(jī)效果,。這種先進(jìn)的防抖功能需要陀螺儀提供非?？煽康臄?shù)據(jù)，而2012年或2013年的老組件可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種技術(shù),。

最新的手機(jī)還在這一組合中添加了光學(xué)影像防抖,，以補(bǔ)償幀間運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能減少幀與幀之間的清晰度差異,，這種差異可能對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面的影響,。但是，引入光學(xué)影像防抖后,，也增加了另一層復(fù)雜性,。三星首先在Galaxy S6和S7手機(jī)上進(jìn)行了第一次嘗試，但其最終結(jié)果卻比沒有光學(xué)影像防抖的iPhone 6和6更糟糕,，幸好,，三星后來(lái)在Galaxy Note 8上做出了相當(dāng)大的改進(jìn)。

蘋果是首個(gè)成功地將光學(xué)影像防抖技術(shù)集成至手機(jī)的制造商，iPhone 7/7 Plus手機(jī)是第一代成功案例,。

您可以在下面的案例中看到上圖中的分?jǐn)?shù)是如何對(duì)應(yīng)于真實(shí)世界中的表現(xiàn)：

比較中最老的手機(jī)——諾基亞808 PureView的視頻防抖功能無(wú)法采用任何先進(jìn)的技術(shù),，因此行走時(shí)的錄像會(huì)產(chǎn)生非常明顯的晃動(dòng)和扭曲的現(xiàn)象。

蘋果iPhone 5s是第一款利用陀螺儀數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)視頻防抖的智能手機(jī),，因此其樣本影片明顯比諾基亞808更流暢,、更穩(wěn)定。

繼三星Galaxy S6之后,，Galaxy S7 Edge是三星將光學(xué)影像防抖系統(tǒng)用于視頻防抖的第二款手機(jī),。然而，即使三星手機(jī)集成了這一附加系統(tǒng),，它在我們的防抖測(cè)試中的得分卻未高于iPhone 5s,。因?yàn)椴煌布蛙浖M件之間的協(xié)作仍然需要更加精細(xì)的調(diào)校。

谷歌Pixel則是最早同時(shí)采用陀螺儀和緩存器來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻防抖的手機(jī)之一,。其錄制結(jié)果非常平穩(wěn),，幾近于靜態(tài)相機(jī)拍攝的影片，其表現(xiàn)明顯優(yōu)于當(dāng)時(shí)的其他競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型,。

除了視頻防抖之外，自動(dòng)對(duì)焦也是另一個(gè)需要多個(gè)硬件和軟件的和諧協(xié)作才能完美達(dá)到最佳拍攝效果的子攝像頭系統(tǒng),。我們?cè)贒xOMark評(píng)鑒了照片和視頻的自動(dòng)對(duì)焦表現(xiàn),。雖然這兩種自動(dòng)對(duì)焦仰賴相同的技術(shù)，但它們必須采用不同的工作方式方能產(chǎn)生很好的拍攝效果,。除了準(zhǔn)確性之外,，照片的自動(dòng)對(duì)焦速度還必須很快。另一方面,，視頻的自動(dòng)對(duì)焦應(yīng)該穩(wěn)定平順,，因?yàn)槲覀兛赡茉谧罱K的視頻中察覺到任何對(duì)焦波動(dòng)或焦點(diǎn)的突然變化,。

對(duì)比度檢測(cè)的局限性

2015年之前,，基于對(duì)比度的自動(dòng)對(duì)焦曾經(jīng)是最先進(jìn)的技術(shù)。然而,，這種自動(dòng)對(duì)焦方法有幾大缺點(diǎn),。它通過觀察移動(dòng)鏡頭元件時(shí)圖像對(duì)比度的變化來(lái)工作，但系統(tǒng)并不知道何時(shí)已達(dá)到了最大對(duì)比度,。而且鏡頭必須移到超過最佳位置后返回,，方能確認(rèn)對(duì)焦。更糟糕的是,，攝像頭開始對(duì)焦時(shí),，它并不知道應(yīng)該拉長(zhǎng)還是縮短對(duì)焦距離。比如它從一米的距離開始對(duì)焦，隨后可能會(huì)對(duì)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)處,，如果沒有找到最高對(duì)比度,，它才會(huì)切換方向，最后終于在50厘米處找到清晰度的峰值,。這一問題對(duì)于視頻的影響尤其嚴(yán)重,，因此蘋果決定讓iPhone 5s僅在錄制開始時(shí)鎖定焦點(diǎn)，在錄像過程中完全不進(jìn)行對(duì)焦,，導(dǎo)致該手機(jī)在我們的視頻自動(dòng)對(duì)焦測(cè)試中的得分非常低,。

2015年，傳感器制造商在這一組合中添加了相位檢測(cè)（PDAF）,，將專用的相位檢測(cè)傳感器集成到圖像傳感器的像素矩陣中,。三星Galaxy S5是第一款采用這種傳感器的智能手機(jī)，隨后則是iPhone 6,。蘋果公司的表現(xiàn)明顯比三星更好,，因此iPhone 6成為了自動(dòng)對(duì)焦方面的新標(biāo)準(zhǔn)。然而,，相位檢測(cè)在低光條件下的表現(xiàn)并不理想,，因此iPhone 6的低光測(cè)試中的結(jié)果實(shí)際上比它的前身iPhone 5s更差。一年后,，蘋果公司在iPhone 6s上采用了一個(gè)更實(shí)際的方法,，它在低光下將對(duì)焦方式切換為對(duì)比度自動(dòng)對(duì)焦，從而提高了自動(dòng)對(duì)焦的得分,。同時(shí),，三星也在Galaxy S6上實(shí)現(xiàn)了更好的相位檢測(cè)整合，從而改善了自動(dòng)對(duì)焦的表現(xiàn),。

雙像素傳感器和飛行時(shí)間（TOF）激光器提高了自動(dòng)對(duì)焦的速度

一些較新的手機(jī)使用更先進(jìn)的系統(tǒng)來(lái)改善自動(dòng)對(duì)焦性能,。例如，三星Galaxy S7和谷歌Pixel是我們的測(cè)試中最出色的機(jī)型,，其表現(xiàn)甚至優(yōu)于目前所有的iPhone機(jī)型,，但它們是以不同的方式來(lái)提高自動(dòng)對(duì)焦的速度。Galaxy S7使用所謂的雙像素,，這項(xiàng)技術(shù)最早出現(xiàn)在2013年的佳能數(shù)碼單反相機(jī)上,，它將其圖像傳感器上的所有1200萬(wàn)像素當(dāng)作相位像素，以降低系統(tǒng)對(duì)噪點(diǎn)的敏感度,，使其更適合于在低光條件下拍攝,。三星在內(nèi)部開發(fā)了雙像素智能手機(jī)傳感器，在2016年的競(jìng)賽中取得了真正的優(yōu)勢(shì),。

而谷歌在2016年推出最早的Pixel手機(jī)時(shí),，尚無(wú)法使用雙像素傳感器的技術(shù)，因此，谷歌工程師使用了激光飛行時(shí)間傳感器來(lái)估算拍攝對(duì)象的距離,，就像Nexus 6P采行的方法,。這項(xiàng)技術(shù)在低光條件下進(jìn)行短距離拍攝的效果很好，但是在高光條件下就相形見絀了,，而且在長(zhǎng)距離拍攝時(shí)則完全失靈,。但是，之后谷歌Pixel 2增加了一個(gè)雙像素傳感器,，將飛行時(shí)間傳感器與相位檢測(cè)相結(jié)合后,，將自動(dòng)對(duì)焦性能提升到了更高的水平，取得了令人印象深刻的拍攝結(jié)果,。反觀蘋果的iPhone仍然仰賴極少的相位檢測(cè)傳感器,，因?yàn)槟壳吧袩o(wú)可用于iPhone手機(jī)內(nèi)的小尺寸傳感器的雙像素傳感器，導(dǎo)致其照片和視頻的自動(dòng)對(duì)焦得分較低,。

與傳統(tǒng)的袖珍型數(shù)字相機(jī)相比,，變焦仍是智能手機(jī)明顯屈居劣勢(shì)的少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域之一。由于高端智能手機(jī)的薄型機(jī)身不能提供足夠的空間來(lái)集成傳統(tǒng)的伸縮式變焦鏡頭,，因此智能手機(jī)攝像頭長(zhǎng)期以來(lái)一直僅限于數(shù)字變焦,。不過，即使它們沒有使用任何高級(jí)的變焦方法,，也可以拍出可用的結(jié)果,。諾基亞808憑借其大型傳感器和高達(dá)4100萬(wàn)像素的分辨率，目前仍然是室內(nèi)條件下表現(xiàn)最好的變焦相機(jī)之一,。三星Galaxy S6也取得了不俗的成績(jī),，特別是在光線較弱的情況下，它憑借其1600萬(wàn)像素的傳感器和光學(xué)影像防抖,，仍有不錯(cuò)的表現(xiàn),。

智能手機(jī)引入第二個(gè)遠(yuǎn)攝鏡頭，成為雙攝像頭手機(jī)之后,，其變焦性能獲得了巨大的改進(jìn),，但是這項(xiàng)技術(shù)目前還很新，而且還在不斷發(fā)展中,。蘋果的首款雙攝像頭手機(jī)iPhone 7 Plus在高光下取得了不俗的成績(jī),。然而,，與以前的iPhone相比,，尤其是在室內(nèi)低光下與單鏡頭iPhone 7相比，它的改進(jìn)顯得相當(dāng)微不足道,，其原因在于蘋果認(rèn)為在這樣的光線條件下變焦鏡頭的圖像質(zhì)量并不夠好,，因此7 Plus在低光下會(huì)切換到主攝像頭進(jìn)行數(shù)碼變焦。您可以在這篇文章中閱讀有關(guān)iPhone 7和7 Plus之間的差異的詳細(xì)分析。

雙攝像頭以不同的方式提升變焦性能

在光線較弱的情況下,，iPhone 8 Plus的變焦性能僅比iPhone 7 Plus略有改善,，直到當(dāng)前采用了防抖遠(yuǎn)攝鏡頭的旗艦產(chǎn)品iPhone X推出后，才有了真正的改進(jìn),。使用類似技術(shù)的三星Galaxy S8是我們目前測(cè)試過的最好的變焦手機(jī),。

中國(guó)制造商華為采取了與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手蘋果和三星完全不同的方式：Mate 10 Pro使用第二個(gè)2000萬(wàn)像素黑白傳感器的圖像數(shù)據(jù)來(lái)取代較長(zhǎng)的副鏡頭進(jìn)行變焦，其最終結(jié)果雖然比最新的iPhone或Note 8的表現(xiàn)略微遜色,，但明顯優(yōu)于單鏡頭手機(jī),，如谷歌Pixel 2。

在下面的示例中,，我們可以看到圖表中的分?jǐn)?shù)如何對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際拍攝結(jié)果,。三星Galaxy Note 8目前是我們?cè)谒泄饩€條件下表現(xiàn)最出色的機(jī)型，而蘋果iPhone X緊隨其后,。華為Mate 10 Pro采用了第二個(gè)高分辨率黑白傳感器,，而不是焦距較長(zhǎng)的遠(yuǎn)攝鏡頭，其表現(xiàn)比蘋果和三星略為遜色,，但是明顯優(yōu)于谷歌Pixel 2和更早的智能手機(jī),。

傳統(tǒng)的智能手機(jī)攝像頭搭載了小型圖像傳感器，因此基于物理定律的原理,，其景深幾乎是無(wú)限遠(yuǎn)的,。為了模擬數(shù)碼單反相機(jī)上的快速鏡頭的淺景深，手機(jī)制造商開發(fā)了“假散景”模式,。有些人稱之為“人像模式”,，也有人稱之為“景深模式”，無(wú)論如何,，這都是為了達(dá)到同樣的目的而設(shè)計(jì)的模式,，其目的在于捕捉清晰的前景景物，同時(shí)平滑地模糊背景,。

我們的比較圖表中最老的手機(jī)（諾基亞808和iPhone 5s）根本沒有散景模式,。通常，沒有這種功能的手機(jī)在我們的散景測(cè)試中會(huì)拿到25分的基礎(chǔ)分?jǐn)?shù),。三星Galaxy S6是最早采用散景模式的大廠牌手機(jī)之一,，但它實(shí)際的分?jǐn)?shù)卻低于25分，因?yàn)槠浼兇庖攒浖?shí)現(xiàn)的焦點(diǎn)疊加手法非常拙劣,，使得大多數(shù)用戶反而更喜歡標(biāo)準(zhǔn)圖像,。

用戶使用谷歌Nexus 6P時(shí)，必須在拍攝過程中稍微向上移動(dòng)手機(jī),，方能創(chuàng)建出場(chǎng)景的景深圖,，其拍攝結(jié)果比S6更好,，但仍然出現(xiàn)了許多隔離被攝主體的偽像。華為P9是我們列表中第一款采用雙攝像頭技術(shù)進(jìn)行散景模擬的手機(jī),。其雙鏡頭的位置略微偏移,，因此可以獲得比之前的方法更好的景深估計(jì)。

在當(dāng)前的高端手機(jī)中,，蘋果iPhone 8 Plus和iPhone X的人像模式拍出了最出色的攝影效果,，表現(xiàn)出很好的被攝體隔離以及平滑自然的模糊漸變層次,。iPhone X的表現(xiàn)僅比iPhone 8 Plus略好，在室內(nèi)和光線不足的情況下的噪點(diǎn)較少，這在膚色的表現(xiàn)上尤其明顯,。谷歌Pixel 2和三星Galaxy Note 8緊跟其后,，它們以不同的處理手法獲得了非常相近的成績(jī),。Note 8最好的圖像的散景效果比Pixel 2更自然,，它能夠更好地隔離被攝主體，同時(shí)也產(chǎn)生了較少的偽像,。然而,，Note 8有一些重復(fù)性的問題，而且散景模式并不總是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候激活,。Pixel 2不同于搭載了雙攝像頭的Note 8,，它使用圖像傳感器的雙像素以及以機(jī)器學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的算法來(lái)進(jìn)行景深估計(jì)，其圖像效果不如Note 8的最佳圖像,，但其人像模式的表現(xiàn)很穩(wěn)定,。

改進(jìn)的景深估計(jì)可創(chuàng)造更好的散景效果

華為Mate 10 Pro采用了雙攝像頭設(shè)置，可以很好地隔離被攝主體并產(chǎn)生虛化背景,，但是由于其副攝像頭采用了與主攝像頭相同的廣角鏡頭,，其景深模式采用等效35毫米左右的視野來(lái)拍攝圖像，這并不是典型的人像焦距,，因此它無(wú)法拍出與蘋果和Note 8攝像頭（各自配備了大約等效50毫米的副鏡頭）完全相同的人像照片,。

我們?cè)賮?lái)看看一些樣本照片。您可以在下面看到散景模式在移動(dòng)設(shè)備上出現(xiàn)以來(lái)所取得的進(jìn)展,。Nexus 6P在攝像頭稍微向上移動(dòng)時(shí)拍攝了一系列照片,，由此產(chǎn)生的景深圖多半會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤（由紅色箭頭表示）。使用焦點(diǎn)疊加方法的三星Galaxy S7也是如此,。這種方法在不同的焦點(diǎn)設(shè)置下快速連續(xù)拍攝幾張照片,，然后合并拍攝結(jié)果。華為P9是最早提供散景模式的雙攝像頭手機(jī)之一,，它估計(jì)場(chǎng)景景深的能力比谷歌和三星要好,，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完美。

目前搭載了雙攝像頭的高端手機(jī)在創(chuàng)建景深圖方面的表現(xiàn)比前幾代要好得多,。在下面的示例中,，您可以看到三星Galaxy Note 8、華為Mate 10 Pro和蘋果iPhone X的焦平面中的所有物體都是清晰的,，而且物體附近的背景虛化也都是正確的,。

在下面的示例中，我們可以看到這些手機(jī)在真實(shí)世界的高光條件下能夠拍出非常好的效果,。圖像顯示出很好的被攝體隔離,、平滑的模糊漸變層次以及宜人自然的背景模糊，但它們?cè)诘凸庀碌谋憩F(xiàn)仍有改善空間,。在昏暗的環(huán)境中,，所有的圖像都出現(xiàn)了大量的亮度噪點(diǎn)，這在人像的膚色上尤其明顯,。

回顧過去5年智能手機(jī)攝像頭的發(fā)展歷程，我們可以看到,，攝像頭硬件和圖像處理并肩前進(jìn),，其進(jìn)展速度比“傳統(tǒng)”相機(jī)更快。雖然數(shù)碼單反相機(jī)和無(wú)反相機(jī)在某些領(lǐng)域仍然遙遙領(lǐng)先（例如自動(dòng)曝光）,，但就圖像處理技術(shù)而言,，相機(jī)市場(chǎng)里的佳能、尼康,、賓得和其他廠商都落后于蘋果,、三星、谷歌和華為,。由于較大的相機(jī)具有硬件優(yōu)勢(shì),，它們實(shí)際上并不需要使用與智能手機(jī)相同的像素處理水平即可拍出出色的照片，但不可否認(rèn)的是,，智能手機(jī)和數(shù)碼單反相機(jī)之間的性能差距正在逐漸縮小,。

未來(lái)幾年，我們可能會(huì)在智能手機(jī)攝像頭上看到更多的3D感應(yīng)元件,，例如飛行時(shí)間或雙像素傳感器,，因?yàn)樗鼈兛梢赃M(jìn)一步改善散景效果、人像透視,、臉部照明和其他借助于景深數(shù)據(jù)的圖像特征的算法,。自從Light L16相機(jī)為多焦點(diǎn)相機(jī)架構(gòu)開拓了一條康莊大道后，智能手機(jī)制造商也走上了同樣的道路并不足為奇,。這種多攝像頭設(shè)備采用了拜爾（色彩）和黑白傳感器組合,，可以專注于紋理和噪點(diǎn)的改進(jìn)，或者通過特殊鏡頭（如遠(yuǎn)攝,、超廣角和魚眼鏡頭）為用戶提供更多的靈活性,，因此融合所有這些組件和傳感器的數(shù)據(jù)的高效算法將成為成像過程中的關(guān)鍵元素,。

簡(jiǎn)言之，手機(jī)制造商未來(lái)將面臨許多挑戰(zhàn),。但觀看目前高端移動(dòng)產(chǎn)品的成果,，手機(jī)制造商已經(jīng)具備了良好的條件，可以戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn),，在不久的將來(lái)將智能手機(jī)的圖像質(zhì)量和攝像頭的性能提升到新的水平,。