手機相機系統由鏡頭、傳感器、光圈和 ISP(圖像信號處理器,一般集成在 SoC 中)等部件構成,結合軟件算法,這幾點的優劣基本決定一部手機的拍照性能。硬件方面,由于體積和成本限制,手機的鏡頭和光圈并玩不出什么花樣,所以傳感器的重要性就更加突出。出于成本、產品定位和外形設計(攝像頭突起)的考慮,手機廠商會在不同機型上使用不同的圖像傳感器。本文將會給大家介紹一下主流傳感器的參數,參數對成像的影響,以及都被哪些手機采用。

 

 

傳感器參數的意義

有效像素、傳感器尺寸和(等效)單位像素尺寸是手機相機傳感器的核心參數。

 

傳感器尺寸影響什么?

忽略軟件算法和其它因素,傳感器尺寸越大越好。因為傳感器大小決定了有多少光被捕捉。拍照時,傳感器上每一個像素都紀錄“光信息”,傳感器尺寸大意味著更豐富的信息。這也就意味著“大底”傳感器能帶來更高的動態范圍、更廣的 ISO 范圍和更少的噪點。直接表現就是明暗條件復雜場景下更好的曝光和細節還原,以及暗光環境下更好的曝光和噪點控制。能在暗光和明暗條件復雜場景下表現優秀的話,手機在其它場景下的表現也不會差。

 

相機傳感器(圖源:網絡)

 

此外,在其它參數和拍攝條件(距離)一致的情況下,傳感器尺寸越大,越能實現物理背景虛化。不管算法摳出的虛化照片有多好,都不如物理虛化來的自然。大多數手機傳感器尺寸都不大,所以只能在很近的距離拍出物理背景虛化照片。松下 DMC-CM1 是傳感器尺寸最大的手機,1 英寸的傳感器能在不是很近的距離拍出漂亮的物理背景虛化照片。

 

非虛化模式下的物理背景虛化,效果自然

 

然后,在其它參數(鏡頭焦距)和拍攝條件(距離)一致的情況下,傳感器尺寸越大,成像的視角就越大。對于小尺寸傳感器設備來說,需要視角更廣(焦距更短)的鏡頭,才能實現合適的視角。

 

Lumia 1020 攝像頭突起顯著,1/1.5 英寸傳感器大于 99%的手機

 

大尺寸傳感器的缺點是占用空間大。因為不僅傳感器本身大,大尺寸傳感器也需要大尺寸鏡頭來覆蓋。鏡頭和傳感器都大的話,手機的厚度和攝像頭突起的體積就會不可避免地變高,也會占用手機其它部件的空間。選用什么尺寸的傳感器一直是手機廠商需要權衡的。

 

單位像素尺寸影響什么?

單位像素尺大小決定了傳感器的感光能力,越大意味著更好的暗光拍攝能力,最直觀的表現是噪點水平。

 

單位像素尺寸=傳感器寬度/照片分辨率寬度

從公式可看出,有效像素、傳感器尺寸和單位像素尺寸是互相影響的。如果一個傳感器的單位像素尺寸大,那一般情況下它的傳感器尺寸就不會小。但有些傳感器像素太高,這時傳感器體積再大也避免不了單位像素尺寸的渺小。這時就會用到素四合一,用四個小像素合成一個大像素,把像素數量降到原來的四分之一。盡量用夠大的等效單位像素尺寸來彌補小像素感光能力不足的劣勢。

 

有效像素影響什么?

有效像素越大,解析度越高,照片細節更清晰。

 

IMX586 4800 萬像素放大更清晰(圖源:SONY)

 

但由于大像素會造成單位像素尺寸低下,所以在非光線充足的場景下,高像素拍出的照片噪點會相對明顯。目前解決高像素傳感器暗光噪點的方法是剛剛提到的像素四合一,下文也會介紹到采用該技術的傳感器。

主流型號參數一覽

索尼和三星統治了智能手機的圖像傳感器市場,其中索尼市場份額最大,幾乎所有主流手機都搭載了索尼的傳感器。下圖就是 2015 年之后(不包括 2015 年)發布的主流手機搭載過的相機傳感器主要參數。

 

 

采用各型號傳感器的手機都有哪些?

根據產品定位、主打功能、產品設計和供應鏈情況,手機廠商會決定產品所選用的傳感器型號,并與之匹配相應的軟件算法。看完主要參數后,我們來看一看有哪些機型采用了參數表中的相機傳感器,以及傳感器們的大致表現。

 

 

IMX362 是一款高端傳感器,主要被應用于 2017 年的旗艦機上,比如谷歌 Pixel 2 系列、努比亞 Z17S、vivo Xplay6 和 HTC U11 等。但由于競爭的激烈,不少中端機也搭載了 IMX362,比如魅族 M15、魅藍 E3、華碩 Zenfone 3 Zoom 和 Moto Z2 Play 等。

 

 

努比亞 Z17S

谷歌 Pixel 2 系列稱雄了 2018 前三個季度手機的拍照。雖然谷歌的算法功不可沒,但這也從側面證明了 IMX362 過硬的素質和大量的潛力。

 

IMX363

IMX363 是 IMX362 的升級版,主要參數一樣。同時 IMX363 也是 2018 年最被人熟知的傳感器,因為目前大部分旗艦機或以拍照見長的手機都搭載了 IMX363,比如谷歌 Pixel 3 系列、小米 8、vivo NEX、堅果 Pro 2S 和諾基亞 X7 等。其中最后兩款機型都是主打拍照的中端機,這進一步體現了廠商對于高端傳感器下放中端機策略的肯定。

 

堅果 Pro 2S

 

剛提到的這幾款機型都在相應的價位提供了最頂級的拍照能力,IMX363 的素質值得肯定。

 

IMX333

三星一直都有找索尼為自家旗艦定制相機傳感器的傳統,IMX333 就是為三星 Galaxy S8 系列定制的傳感器,之后也被 Galaxy Note8 所采用。在三星算法的加持下,IMX333 也是表現出了極強的實力,尤其是夜視儀般的夜拍。

 

三星 Galaxy Note8

 

從主要參數上看,IMX333 和 IMX362、IMX363 一樣。索尼給三星 Galaxy S7 系列定制的 IMX260 就和 IMX362、IMX363 有著千絲萬縷的聯系。雖然一般情況下新的傳感器都有更好的表現,但是這幾款不同時間面世的傳感器還是共享了很多基因。

 

IMX345

IMX345 是三星找索尼為 Galaxy S9 系列定制的三層堆棧式傳感器,之后也照例給了下半年旗艦 Galaxy Note9。IMX345 這個傳感器本身素質就很優秀,但它最大的亮點是內置了 DRAM。DRAM 是動態隨機存儲器,和電腦上的內存、顯卡的顯存類似。在相機傳感器上,加入 DRAM 的目的是實現幀數更高的視頻錄制。

 

三星 W2019 采用了和 Galaxy Note9 同樣的相機

 

在 DRAM 的幫助下,IMX345 能讓三星 Galaxy S9 系列和 Galaxy Note9 實現 720P 分辨率的 960fps 超級慢動作視頻。

 

IMX400

在三星 Galaxy S9 系列和 Galaxy Note9 之前,索尼就已經有兩代手機具備 960fps 超級慢動作視頻的拍攝能力。索尼 Xperia XZ2 系列和 XZ3 更是可以實現 1080P 分辨率的 960fps 超級慢動作視頻錄制。這都要歸功于世界首款內置 DRAM 的手機三層堆棧式傳感器 IMX400。

 

傳統背照式傳感器有兩層:照射像素和信號回路處理,IMX400 在這兩層之中加入了 DRAM 層。

 

從 2017 年 2 月開始,索尼發布了 Xperia XZs、Xperia XZ Premium、Xperia XZ1、Xperia XZ1 Compact、Xperia XZ2、Xperia XZ2 Compact、Xperia XZ2 Premium 和 Xperia XZ3 八款手機,它們都使用了 IMX400 作為主攝像頭傳感器。

 

索尼 Xperia XZ2

 

從參數上看,IMX400 的傳感器尺寸比上文提到的一眾高端傳感器都大,但由于像素較高,IMX400 的單位像素尺寸并不占優。可綜合來看 IMX400 性能依然強悍,算是索尼給自家機型開的小灶。

 

IMX378

IMX378 是 2016 年規格最好的傳感器,采用它的手機有在當年稱雄 DxOMark 排行榜的谷歌 Pixel 系列和性價比旗艦小米 5S。和 2015 年的 IMX377 一樣,IMX378 也被應用到了手機外的其它設備,比如卡片機。

 

IMX380

IIMX380 可以被看成是 IMX378 的升級版,兩者參數一致。和索尼特供 IMX400 比的話,IMX380 有著和 IMX400 一樣的大底,有著比 IMX400 還高的單位像素尺寸,性能非常給力。從搭載 IMX380 手機的成像能力來看,IMX380 確實是目前綜合性能最強的、開放使用的高端傳感器。

 

魅族 15

 

搭載 IMX380 的代表性手機有魅族 15 系列、魅族 16th 系列、魅族 16X 和華為 P20。這幾款手機都在相應價位提供了頂級的拍照體驗。

 

IMX600

IMX600 是華為為了奠定手機拍照領軍地位和索尼聯合打造的。1/1.7 英寸的傳感器尺寸只比“上古時代”的諾基亞 808 PureView、Lumia 1020 和松下 DMC-CM1 小,是當代主流手機之最。

 

 

P20 Pro 和 Mate 20 Pro 能夠直出 4000 萬像素的照片(分辨率 7296 x 6472),但由于此時的單位像素尺寸只有 1 微米,所以 4000 萬模式只適合光線充足的拍攝環境。

 

好在這兩款手機還有 1000 萬像素模式(默認開啟),拍攝 1000 萬像素(分辨率 3648 x 2736)照片時,像素四合一技術會帶來 2 微米等效單位像素尺寸,在光線條件不理想時帶來了頂級表現。

 

華為 P20 Pro

 

實際表現來看,華為 P20 Pro 和 Mate 20 Pro 都是毫無疑問的頂級。可惜 IMX600 被華為獨占,否則我們也許能看到其它廠家的算法給 IMX600 帶來的不同效果。

 

IMX586

IMX586 是現在最火的傳感器,延續了被華為獨占的 IMX600 的思路,給其它廠商開放了大底、高像素、具備像素四合一技術。

 

榮耀 V20

 

IMX586 的 1/2 英寸傳感器尺寸只比 IMX600 小,像素四合一帶來的 1.6 微米等效單位像素尺寸也很給力。如果調教得當,手機端有史以來最高的 4800 萬像素能帶來很高的解析度(光線充足條件下)。

 

目前搭載 IMX586 的手機有華為 nova 4、榮耀 V20。小米在不久前的發布會上也曾表示年后發布的紅米 Note 7 Pro 將會用上這顆 CMOS。

 

IMX519

IMX519 是 OPPO 和索尼定制的傳感器,首發在 OPPO R15 上,之后也出現在了 OPPO Find X、OPPO R17、一加 6 和一加 6T 上。傳感器參數平平,但經過不錯的優化,IMX519 還是在這些機型上呈現了符合產品定位的成像素質。

 

一加 6

IMX350

IMX350 是一款被許多機型采用的傳感器,由于性能較差,被不少機型當成了后置相機的副攝,比如魅族 15 系列和魅族 16 系列。

 

IMX350 也被當成過主攝,但這不意味著就 IMX350 主攝的手機拍不出好照片。從市場表現來看,在兩、三年前剛被采用時,結合優秀的算法,IMX350 可以拍出符合當時旗艦拍照手機水準的照片。

 

IMX386

IMX386 是魅族找索尼定制的,首發在了 2016 年的魅族 MX6 上,后期也開放給了其它廠家。搭載 IMX386 的機型有魅族 Pro 7 系列、魅族 MX6、小米 MIX 2、小米 6、小米 Note 3 和堅果 Pro 2 等,多為中、高端機型。和不起眼的參數一樣,IMX386 的表現不是很出彩,但也不算差。

 

魅族 MX6

 

IMX486

IMX486 和 IMX386 是近親,性能基本差不多。搭載 IMX486 機型有小米 6X 和華碩 Zenfone Max Pro M2 等,這兩款機型都是 2018 年優質千元機。

 

小米 6X

 

IMX376

雖然參數平庸,但是 IMX3767 是文中三款采用像素四合一技術的傳感器之一,但合完之后像素就變成了 500 萬。所以 IMX376 基本都被作為后置相機的第二攝像頭或前置攝像頭,比如小米 6X(后置第二攝像頭)和魅族 15 系列(前置)。

 

IMX351

IMX351 是文中參數最差的傳感器,但也是最有意思的。因為最著名的采用 IMX351 傳感器的手機是旗艦機——和三星 Galaxy S/Galaxy Note 系列對標的 LG V30 和 LG G7 ThinQ。但出乎意料的是,LG G7 ThinQ 的拍照能力竟然還相當不錯,可見算法有多么重要。

 

左:LG V30,右:LG G7ThinQ(圖源:andoridpit)

 

其它搭載 IMX351 傳感器的手機有 HTC U Play 和華碩 ZenFone 4 Pro(副攝)。

 

傳感器只是拍照性能的一環

雖然前面說了那么多傳感器規格對成像的影響,但大家依然要明白,決定手機成像效果的因素還有很多。比如 ISP、防抖、光圈、鏡頭和軟件算法等,其中軟件算法影響很大(算法的力量:如何讓 3 年老機勝今年旗艦)。假設一部手機的傳感器頂級,但軟件算法很差。那么這部手機就不能充分挖掘傳感器性能,最終成像效果只能算是不錯。反過來,在頂級拍照算法的加持下,傳感器性能稍微不錯的手機能也拍出頂級的照片。所以傳感器只能決定手機拍照性能的上、下限,最終拍照能力具體落在什么高度還要看算法。