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文/易俊江
來源/遠(yuǎn)川科技評(píng)論(ID:kechuangych)
在B站上,有一類預(yù)測iPhone未來長相的視頻:后置攝像頭越來越多,以至于機(jī)背長得和“百眼魔君”蜈蚣精近乎一致。
這一共同想象的背后,是手機(jī)后置攝像頭數(shù)量的增長速度,最為肉眼所見。
這相當(dāng)明顯地反映在了手機(jī)成本上。iPhone13 Pro Max的相機(jī)成本77美元,為iPhone4的十倍,同期零件總成本僅翻了一番。三星在2020年2月發(fā)布的S20 Ultra,僅攝像頭模組成本就達(dá)107.5美元,超過總成本的20%。
智能機(jī)市場競爭愈發(fā)激烈,攝像頭上的戰(zhàn)爭趨向內(nèi)卷。從1999年夏普發(fā)布第一款帶有攝像頭的功能機(jī),到2019年華為在智能機(jī)攝像功能上獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷,手機(jī)攝像頭經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期:
前智能機(jī)時(shí)代:萌芽
iPhone4時(shí)刻:單攝的進(jìn)化
雙攝混戰(zhàn):HTC引發(fā)的攝像頭革命
雙雄對(duì)決:華為VS蘋果
萌芽
2000年9月,夏普發(fā)布了世界上第一款內(nèi)置CCD攝像頭手機(jī)J-SH04。
這是一款充滿時(shí)尚感的手機(jī)。在功能機(jī)時(shí)代,夏普與諾基亞并駕齊驅(qū),而且因?yàn)檎莆找壕э@示技術(shù),早在1999年底推出了第一款采用彩色液晶屏的手機(jī),創(chuàng)新力十足。在此基礎(chǔ)上,夏普在機(jī)背后又加了一顆11萬(96*130)像素的攝像頭,采取當(dāng)時(shí)主流相機(jī)采用的CCD芯片-攝像頭方案。
把相機(jī)用的攝像頭芯片放到手機(jī)上來,成為之后手機(jī)攝像頭創(chuàng)新的基本思路。
不過,放到當(dāng)時(shí)的技術(shù)環(huán)境,夏普的吃螃蟹之舉,更像是給手機(jī)增添一個(gè)外圍性質(zhì)的賣點(diǎn)。相比于正在興起的CIS芯片路線,CCD芯片需要大得多的面積才能有清晰的成像,單純把CCD芯片遷移到手機(jī)上,因?yàn)槊娣e銳減,而且沒有閃光燈,也沒有自動(dòng)對(duì)焦,幾乎只能得到一張馬賽克式的照片,僅供自娛。
雖然成像效果糊的感人,銷量也不好,夏普還是在其后繼續(xù)死磕,并做了兩次大手筆升級(jí)。先是在2003年,推出了100萬像素?cái)z像頭,然后在2004年,推出了兩倍光學(xué)變焦。是不是有些恍如隔世,畢竟也就是12年后,蘋果方才推出了引領(lǐng)機(jī)圈風(fēng)潮的兩倍光學(xué)變焦。
夏普對(duì)于攝像頭的癡迷在2008年達(dá)到高潮。當(dāng)年發(fā)布的9020c功能機(jī)型,攝像頭從此前落后的CCD切換到了輕薄小巧卻性能強(qiáng)大的CIS芯片,參數(shù)配置高達(dá)500萬像素,與兩年后的iPhone 4齊平。正是因?yàn)橄钠盏南蠕h嘗試,9020c一經(jīng)發(fā)布一機(jī)難求,廣受中國大陸的年輕白領(lǐng)追捧,以至于在二手市場需要加價(jià)兩百多高至5200元才能購入。
但是,相比于功能機(jī)潮牌廠商的激進(jìn)實(shí)驗(yàn),同一時(shí)期處于萌芽狀態(tài)的智能機(jī),攝像頭尚未成為共識(shí)。
2004年下半年,財(cái)大氣粗的微軟,借由宏達(dá)電子(也就是后來的HTC)之手試水手機(jī)市場,推出搭載了微軟操作系統(tǒng)的機(jī)型Pocket PC Phone。這個(gè)名字聽起來有點(diǎn)不倫不類,在美國通過運(yùn)營商渠道銷售,是早期較為主流的智能機(jī)。在起步嘗試中,微軟搞錯(cuò)了重點(diǎn),試圖把Windows系統(tǒng)從PC移植到手機(jī)上,一個(gè)渠道發(fā)售的Audiovox 6601版本沒有攝像頭,6600版本雖有,竟然是內(nèi)置的。
不過,隨著攝像頭從CCD轉(zhuǎn)向CIS芯片路線,在iPhone即將掀起的智能機(jī)風(fēng)暴,攝像頭將會(huì)迅速奠定其標(biāo)準(zhǔn)配置的地位。
單攝進(jìn)化
攝像需要一顆圖像傳感器,負(fù)責(zé)由被攝物體的光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程。
早在1969年,貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了CCD,后來由索尼發(fā)揚(yáng)光大,開始廣泛地應(yīng)用在攝像機(jī)上。
在手機(jī)流行開來后,CCD的適用性急劇下降。根本原因在于,一個(gè)輕薄短小的手持便攜設(shè)備,相比于一個(gè)需要扛在肩上的黑長粗大的攝像機(jī),能夠容納電子元件的物理空間大大縮小,由此對(duì)圖像傳感器提出了一個(gè)要求:
面積要小、成像要好。
CCD分立存在,不能和信號(hào)放大器、圖像處理器等其他芯片集成在一塊,天生更吃空間。而且,CCD單個(gè)像素尺寸大,裝到手機(jī)上,能夠容納的像素?cái)?shù)量實(shí)在太少了,成像清晰度自然也很有限。
因此,盡管CCD保留的光信息確更多,信號(hào)噪聲更少,在像素?cái)?shù)量足夠多的情況下成像也更清晰真實(shí),但無法滿足手機(jī)的硬約束。一個(gè)輕量級(jí)設(shè)備,注定無法背著一個(gè)重量級(jí)的芯片選手,不然會(huì)被早早耗死,提前停工。
在這個(gè)技術(shù)背景下,CIS芯片方案在90年代中發(fā)明后,快速替代CCD。CIS芯片面積小、耗電少、還便宜,同時(shí)還能把其他功能的芯片也集成到一起,是為手機(jī)而生的輕量級(jí)全能芯片選手。盡管光信號(hào)噪聲大,但只要不斷往上堆像素?cái)?shù)量,總能在同等面積內(nèi)達(dá)成遠(yuǎn)優(yōu)于CCD的成像效果。
總的來說,CIS芯片的發(fā)展節(jié)奏,與手機(jī)智能化的整體進(jìn)度,都是一樣快。CIS芯片面積越來越小,像素?cái)?shù)量越來越高,成本不斷降低,能塞進(jìn)越來越輕薄的手機(jī)里,拍一張好照片越來越容易。
因此,在谷歌成功開發(fā)安卓、智能機(jī)生態(tài)逐漸成型后,攝像頭終于成為手機(jī)的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置,且沿著高像素路線迅速發(fā)展。
2008年9月,谷歌借由HTC之手發(fā)布第一款安卓手機(jī)HTCDream/G1,后置一枚300萬像素?cái)z像頭,采用CIS芯片,支持連拍、自動(dòng)對(duì)焦、視頻拍攝等功能。
兩年后,劃時(shí)代的iPhone4發(fā)布,后置500萬像素?cái)z像頭,支持720P視頻拍攝。
重量級(jí)選手蘋果一上臺(tái),便將單個(gè)攝像頭的成像水準(zhǔn)提高到一個(gè)新境界,此時(shí)尚處于懵懂之中的安卓陣營,應(yīng)做何應(yīng)對(duì)?
雙攝混戰(zhàn)
在像素?cái)?shù)達(dá)到500萬后,照片分辨率可以達(dá)到720P,在手機(jī)上,消費(fèi)者終于可以看到一張足夠清晰的照片。接下來,怎么讓拍照和拍視頻更好看,成為智能手機(jī)發(fā)展的主要矛盾。
CIS芯片下的單攝路線,馬上迎來一個(gè)巨大的挑戰(zhàn):在五厘米見方不到的空間擺放攝像頭,就像螺螄殼里做道場,底天生小,感光面積小,圖片質(zhì)量天生要低一截。同等面積下,隨著一顆攝像頭的像素?cái)?shù)量上升,信號(hào)中的噪聲會(huì)增多,反而有可能降低成像質(zhì)量,該怎么辦?
很簡單,如果一個(gè)不行,那就再來一個(gè)。為了解決成像質(zhì)量的問題,手機(jī)廠商開始對(duì)雙攝路線進(jìn)行探索,第一個(gè)吃螃蟹的,是狗了十年的HTC。
HTC,臺(tái)塑創(chuàng)始人之女王雪紅創(chuàng)建的手機(jī)公司,原先是個(gè)ODM廠商,只是傍著美國大公司貼牌代工。世紀(jì)之初,微軟搞手機(jī)操作系統(tǒng),沿用PC打法,意屬惠普代工,但HTC堅(jiān)持做出樣機(jī)獲得認(rèn)可,后來一度占據(jù)微軟系統(tǒng)手機(jī)80%的市場份額。安卓出世后,嗅覺靈敏的HTC迅速調(diào)轉(zhuǎn)船頭,又傍上了谷歌的大腿。王雪紅專門派出一支工程師團(tuán)隊(duì)駐場谷歌,方便隨時(shí)聯(lián)絡(luò)。
在美國“潛伏”了將近十年時(shí)間,HTC依托機(jī)海戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)營商市場,率先扛起了安卓機(jī)陣營的大旗,在攝像頭路線上正面剛蘋果。
2011年,HTC推出全球第一款雙攝手機(jī)HTCEVO 3D。在《阿凡達(dá)》熱映的背景下,這款裸眼3D手機(jī)噱頭不小,但原理頗為簡單。兩個(gè)攝像頭猶如人的雙眼,在偏光原理作用下,便可使人有立體的觀感。
這是安卓陣營雙攝的第一槍,沒打響,很快就熄火了。裸眼3D的屏幕眩暈感非常明顯,反而讓HTC陷入了VR的沼澤,至今不能抽身。
三年后,跌了一萬億新臺(tái)幣的HTC已盛極而衰,但還是發(fā)布了一個(gè)更切實(shí)際的【400+200】萬像素組合的雙攝手機(jī):HTC One M8,其中的200萬像素?cái)z像頭負(fù)責(zé)采集景深信息,這樣手機(jī)便可拍照后對(duì)焦,出片效果自帶虛化。
HTC的攝像頭思路,總結(jié)來說,便是增加數(shù)量、重新劃定分工,再經(jīng)軟件算法優(yōu)化,使影像成為智能手機(jī)的實(shí)質(zhì)性賣點(diǎn)。
這一次,HTC還是搞砸了,虛化效果PS痕跡很重。但是“多堆一個(gè)攝像頭”,安卓陣營的玩家可是看明白了,一個(gè)比一個(gè)趕的緊:
2014年8月,酷派發(fā)布鉑頓大觀5,后置兩個(gè)1300萬像素?cái)z像頭,主打150毫秒快速對(duì)焦;
2014年11月,榮耀6 Plus發(fā)布,后置兩個(gè)800萬像素?cái)z像頭,主打“仿生平行雙攝”;
2015年8月,360發(fā)布奇酷手機(jī),后者兩個(gè)1300萬像素?cái)z像頭,主打夜攝,周鴻祎直接在發(fā)布會(huì)上表示“領(lǐng)先蘋果一代”。
亂拳打死老師傅。HTC之后的三款雙攝手機(jī),無一例外都能實(shí)現(xiàn)虛化功能,而且像素更大,影像賣點(diǎn)更多。究其原因,攝像頭兩兩組合還是比較容易的,兩個(gè)彩色攝像頭,一個(gè)彩色+一個(gè)黑白,各有優(yōu)劣,如果愿意再給供應(yīng)鏈多塞點(diǎn)錢上高像素,“超越蘋果”其實(shí)并沒有什么難度。
但是,在諸多追逐雙攝潮流的手機(jī)廠商中,有一個(gè)沒有馬上安排雙攝,那就是榮耀的大哥——華為。
華為和蘋果的節(jié)奏有點(diǎn)像,都和單攝杠上了。其實(shí),加一顆攝像頭是比較容易的,但是吃透一顆攝像頭卻很難。那時(shí),余承東接手手機(jī)業(yè)務(wù)不久,大刀闊斧改革,新建了不少技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,其中有一個(gè)便是聚焦手機(jī)拍照性能的芬蘭實(shí)驗(yàn)室。華為一上來,就想解決攝像原理的一個(gè)根本問題。
原來,對(duì)于手機(jī)這樣一個(gè)輕量設(shè)備來說,成像質(zhì)量的核心約束在于光。CIS芯片通過濾色鏡獲取三原色(RGB)信息,經(jīng)由成千上萬個(gè)RGB顏色的組合,最終形成一個(gè)彩色照片。問題在于,濾色鏡本身有固定的顏色排列,光通過的時(shí)候一些被過濾,同時(shí)也產(chǎn)生信息干擾。華為試圖改變?yōu)V色鏡的顏色排列以增加進(jìn)光量,從而達(dá)到最終提升成像質(zhì)量的目的。
這就是華為的與眾不同之處:
在別人拿著供應(yīng)鏈方案花式宣傳的時(shí)候,他在想著借由對(duì)技術(shù)原理的深入探索,從性質(zhì)上對(duì)消費(fèi)者體驗(yàn)產(chǎn)生革命性影響,而非從量上做小修小補(bǔ)。
但是第一次走大步,華為的試驗(yàn)宣告失敗。濾光鏡顏色排列變了,進(jìn)光量是更多了,卻帶來了過曝的問題,成片質(zhì)量反而下降。過猶不及,華為只得先放下這個(gè)激進(jìn)的技術(shù)方案,也走上一般安卓廠商選取的雙攝路線。
雖然如此,華為還是用一個(gè)頗具噱頭的方法提升了雙攝的競爭層次。
2016年4月,華為發(fā)布P9,搭載兩顆1200萬像素?cái)z像頭,與徠卡合作,自帶“徠卡色彩模式”。如果一時(shí)半會(huì)搞不定攝像原理,那干脆和相機(jī)聯(lián)名,這個(gè)舉措把安卓陣營拉進(jìn)了新一輪品牌角逐大賽。華為的雙攝雖遲,但聯(lián)名徠卡算是殺了個(gè)回馬槍,重新掌握安卓機(jī)攝像的話語權(quán)。
安卓陣營全都隨大流,蘋果在一旁笑了,準(zhǔn)備發(fā)大招。
雙雄對(duì)決:華為VS蘋果
安卓陣營的雙攝方案,一直沒有解決一個(gè)問題:光學(xué)變焦,這使得手機(jī)在根本上無法與相機(jī)比肩。
以往,手機(jī)只能實(shí)現(xiàn)數(shù)碼變焦,相比于相機(jī)的光學(xué)變焦,成像質(zhì)量差。在相機(jī)中,多個(gè)鏡片來回移動(dòng),改變了畫面的范圍和被攝物體大小,但清晰度是一貫的,是為光學(xué)變焦。而手機(jī)空間實(shí)在狹小,無法實(shí)現(xiàn)這一功能,用攝像頭去放大物體的時(shí)候,畫面就變糊了,等于說原來一個(gè)像素表達(dá)的顏色,現(xiàn)在為多個(gè)像素分拆再加以“注水”,是為數(shù)碼變焦。如果不從攝像頭上做出改變,只是用軟件和算法來欺騙人眼,大為不足。
針對(duì)這一問題,在2016年9月的發(fā)布會(huì)上,庫克祭出了大殺器:iPhone 7 Plus,后置廣角+長焦1200萬像素雙攝,兩鏡頭可分別實(shí)現(xiàn)1倍和2倍的光學(xué)變焦,相當(dāng)于帶了兩個(gè)定焦鏡頭的相機(jī)。至于1~2倍間的變焦,則用算法補(bǔ)足,原理還是數(shù)碼變焦,但因多了一顆攝像頭,廣角負(fù)責(zé)寬景,長焦負(fù)責(zé)物景,兩相互補(bǔ),稱之為混合變焦,成像質(zhì)量比單純的數(shù)碼變焦優(yōu)越不少。
此前,蘋果一直忙于打磨單個(gè)攝像頭,在安卓陣營一片“攝像超蘋果”的鑼鼓喧天中,iPhone7 Plus的革命性雙攝方案,屬實(shí)令機(jī)圈震撼,尤其是其變焦過程十分順滑,拍攝體驗(yàn)極佳,沒有強(qiáng)大的算法支持,無法達(dá)成此種效果。
實(shí)際上,在此前安卓陣營的狂妄叫囂聲中,“忍者神龜”蘋果一直在暗暗憋大招。早在2012年,蘋果提交了一份雙攝專利。到了2015年,蘋果以大約2000萬美元的代價(jià)收購了以色列的LinX,該公司專門生產(chǎn)面向平板電腦和智能手機(jī)的小型化多攝,正滿足蘋果所需。
在終端用戶體驗(yàn)導(dǎo)向下,通過不斷并購一些專注于關(guān)鍵元器件技術(shù)研發(fā)的小型科技公司,蘋果在電子整機(jī)上周期性地積聚革命性的變化,每逢新產(chǎn)品一出,總能震撼全場。
蘋果開始在攝像頭上卷了起來,安卓陣營紛紛效仿。
華為也不例外。2017年2月,華為在巴塞羅那發(fā)布P10/P10Plus,后置【1200+2000】萬像素雙攝,同樣支持兩倍變焦,這是中國大陸手機(jī)第一次在DxOMark排行榜上進(jìn)入全球第五,創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)國產(chǎn)手機(jī)的最高排名。
不止于此,華為一直沒忘了要真的干翻蘋果,因而對(duì)于單顆攝像頭的打磨格外在意,著力甚多。
同年10月,華為在慕尼黑發(fā)布Mate 10/Mate 10 Pro,攝像頭配置不變,但單顆攝像頭繼續(xù)升級(jí)。華為一面升級(jí)光圈,提升虛化能力;另一面給攝像加上蟄伏已久的芯片buff,麒麟970的NPU能夠識(shí)別13個(gè)場景并自動(dòng)優(yōu)化,免去手動(dòng)切換模式的煩惱。對(duì)此,DxOMark給出了97的高分,這個(gè)成績達(dá)到了安卓陣營的新高度:
“吊打”一個(gè)月前剛剛發(fā)布的iPhone 8 Plus。
在新款iPhone發(fā)布后才超越,也是安卓陣營的一貫路數(shù)了。華為的不同之處在于,他是國內(nèi)安卓陣營中第一個(gè),能夠先于蘋果定出廣大消費(fèi)者歡迎的產(chǎn)品規(guī)格。
到了2018年10月,華為在倫敦發(fā)布Mate 20 Pro,后置【4000+2000+800】萬像素三攝,足以實(shí)現(xiàn)3倍光學(xué)變焦、5倍混合變焦,成為第一款后置“真三攝”手機(jī)。相比于2016年蘋果的雙攝方案,華為此次加上了一顆超廣角攝像頭,基本能夠滿足日常生活的全部拍攝需求。這次,華為登頂DxOMark排行榜。
在短短的一年半間,華為在DxOMark排行榜上一路從第五升到第一,成功屠榜。
也正是在華為登頂鐵王座的時(shí)刻,來自美國的大棒,不期而至。
尾聲
發(fā)展到今天,手機(jī)攝像頭上的戰(zhàn)爭日趨白熱化。
iPhone后置攝像頭數(shù)量的增加明目張膽,在華為逐漸被迫退出市場后,安卓陣營的主要國產(chǎn)選手意識(shí)到底層硬件的重要性,紛紛開始進(jìn)軍關(guān)乎影像質(zhì)量的ISP芯片,更為激進(jìn)的OPPO則是一開始就下了一盤SoC的大旗。
但無論如何,依舊是沒有超出華為在數(shù)年前的所作所為??梢哉f,華為憑借一己之力,打通了從軟件算法到芯片的一整個(gè)鏈條,強(qiáng)力拉升了手機(jī)影像的競爭層次,直到只能自己超越自己。
的確,從具體的影像問題出發(fā),沒有什么是加一個(gè)攝像頭不能解決的,如果兩個(gè)干不過蘋果,那就再加一個(gè)。
但是,要在高檔機(jī)上虎口奪食,要在抽象層面追趕蘋果,就必須像華為一樣,全方位提升戰(zhàn)爭的層次。不能對(duì)敵人形成質(zhì)子打壓,就不能在黑森林的殘酷競技場逃出生天。