是什麼決定了數碼相機和智能手機相機的圖像質量?

姑孰侯


我想主要還是有三點。

第一,CMOS傳感器。對於拍照的數碼相機和手機,這個東西都是必不可少的。在照相機機領域中,我們知道有全畫幅和APS-C畫幅等劃分,而這個畫幅其實就是說相機的圖像傳感器的大小,就像老式相機的膠捲一樣,當然是畫面就更加豐富,質量就越好。

手機拍照同樣也需要圖像傳感器,但是這個相對與相機來說就小得可憐了。所謂”底大一級壓死人“就是這個意思了。即使現在很多手機廠商說像素有多高,但傳感器依舊很小,不可能在手機中加很大的傳感器的。

第二點,像素。這個也是決定畫質的重要因素,就像前面所說,由於手機無法無限制的加大圖像處理器的大小。於是手機廠商可以採用提升手機像素的辦法去提升畫質,像素越高,則圖像分辨率就越高。在同樣的處理器下,像素越高就畫質越好。

第三點,鏡頭。作為相機的眼睛,鏡頭自然是非常重要的一點,相機上除了機身外,最重要的就是鏡頭了。好的鏡頭價格高的離譜,但呈現的效果也是非常棒的,一個好的鏡頭能夠使的畫面更加符合人的眼睛看到的效果,能夠化腐朽為神奇。相機況且如此,手機自然是這樣,看看如今市面上的各種多鏡頭手機就知道鏡頭的重要作用了,那些浴霸手機的鏡頭賣點可想而知。

謝謝,希望對你有幫助。


星幻數娛


決定數碼相機和智能手機的圖像質量都是由這些元件來決定的:

首先,圖象傳感器就是感光元器件,是一種將光學圖像轉換成電子信號的設備,它被廣泛地應用在智能手機、數碼相機和其他電子光學設備中。早期的圖像傳感器採用模擬信號,如攝像管(video camera tube)。如今,圖像傳感器主要分為感光耦合元件(charge-coupled device, CCD)和互補式金屬氧化物半導體有源像素傳感器(CMOS Active pixel sensor)兩種。

CMOS圖象傳感器

早期的圖象傳感器應用以CCD為主,由於近幾年CMOS圖象傳感器的快速發展,低成本和低功耗優勢明顯,而且在低照度下的性能逐漸逼近CCD, CMOS在各領域正逐漸替代CCD。如今手機攝像頭用的都是CMOS圖象傳感器,在購買手機時,很多人都很注重手機的拍照質量,手機拍照質量是由多個因素決定的,像圖象傳感器、鏡頭、鏡頭支架、軟硬件板等。其中,圖象傳感器和鏡頭對成像效果影響是最大的。

像素的大小是由圖象傳感器決定的,很多人買手機,特別關注像素的大小,覺得高像素的手機拍照效果好,在以前這可以算得上是一個定理,不過在當今手機像素大戰已經到走到盡頭的時刻,隨處都是800萬、1000萬、1300萬像素甚至4100萬像素的手機,像素再增多的意義也不明顯了。此時圖像傳感器的尺寸大小成為一個新的競爭點,單一像素的面積越大,接收到的光子也會越多,成像噪點也會隨之減少,在低照度下,手機拍照質量也會比較好。如諾基亞808、920、925的單個像素尺寸均為1.4μm,諾基亞1020當像素尺寸為1.12μm,目前很多1300萬像素的手機像素尺寸均為1.12μm,蘋果6、蘋果5S單個像素尺寸達到1.5μm,還有華為的一款手機犧牲了像素數量(410萬像素),使單個像素尺寸達到2μm。

單位像素面積越大噪點越低

很多手機商並沒有標註單個像素的尺寸,其實在選購手機時,像素相同時,只要選擇圖像傳感器尺寸大的就行了。1/1.5英寸的圖象傳感器比1/2.3英寸的圖象傳感器大,低光照時,噪點也會偏低一些,拍照的效果也會比較好。

無論是使用相機,手機拍照,圖像的效果不僅僅是由圖像傳感器的像素數量和單個像素面積決定的,還有圖象傳感器的靈敏度、速度、像素均勻性、抗溢出功能等因素影響,再選擇手機或相機時,尤其是在選擇高端的單反相機時,這些都要全面考慮。

謝謝關注


行影不離3



數碼相機和智能手機,都是人類為了記錄影像,留住時間才誕生的。

從本質上來講,兩者最核心的需求應該是用來拍攝,而不是對比誰的畫質更好。

畢竟99%的使用者拍攝照片,是為了在未來能夠通過照片回想起一些事情。

只有1%的專業攝影師,才會認真去對比哪一款機器和鏡頭的細節和質量是最好的。

因此當我們談論圖像質量的時候,我們到底又想要談論什麼呢?


單反、微單、卡片 三者區別


實際上相機的原理,跟人類眼球看見事物的原理是差不多的,光線從瞳孔進入玻璃體內,照射到視網膜上,視網膜上的感光細胞轉化成電信號傳輸到大腦,大腦解碼最後得到我們看見的圖像。相機基本上也是這個原理:光線從鏡頭穿過照射到光線傳感器上,傳感器將不同顏色光線輸出為電信號,通過芯片編碼再解碼,最後顯示到屏幕上。

鏡頭就約等於眼球的玻璃體,光線傳感器就約等於視網膜,圖像處理芯片就約等於人類的視神經和大腦。而只不過相機還增加了兩個結構:光圈和快門。光圈就約等於人眼的瞳孔,改變大小控制穿過的光線。快門約等於人的眼皮吧,開合一次就控制一次進入光線的時間,這樣就可以拍攝照片了。



2000年後,進入數碼攝影時代,過去記錄光線的膠片,換成了現在的光線傳感器CCD和CMOS。於是乎誕生了三種產品:單反相機、微單相機、卡片相機。那麼這三種原理相似的機器有什麼不同之處呢?

  • 單反相機,俗名單鏡頭反光相機。簡單來說就是在CMOS前方放置一個鏡子,從鏡頭射進來的光線首先通過鏡子折射到上方的觀察窗中,拍攝者通過窗口控制好構圖和對焦等參數,按下拍照按鈕,鏡子倒下,光線通過快門射入CMOS上,留下圖像。目的單反相機廠商主要還是被佳能和尼康兩廠佔據著。

  • 微單相機,其實就是“微型單反相機”,它的核心就是取消了單反相機的這個實景窗口,光線通過鏡頭直接照射到CMOS上,CMOS保持工作狀態將畫面顯示到顯示屏上面,用戶通過顯示屏來控制構圖和對焦等參數,按下快門記錄圖像。所以微單相機機身比單反相機輕巧,但是增加了很多電子功能,因此更加耗電。
  • 卡片相機,其實是最早普及的數碼相機,因為整個機身就是拿傻瓜相機改過來的,把膠片結構換成光線傳感器就可以了。卡片相機最大的優點就是輕巧。但是缺點就是鏡頭是不可更換的固定鏡頭。目前比較獨特的固定鏡頭相機,比如說富士、徠卡這些品牌。


鏡頭和傳感器直接決定了成像質量


那麼決定一部相機真正成像質量的核心參數是什麼呢?還是鏡頭和傳感器兩個硬件。


鏡頭的內部結構複雜,並且核心技術是材料、打磨、鍍膜的工藝,考驗著廠商真正的技術實力。好的鏡頭,應該有很好的透光性,很低的色散和折射率,儘可能將最清晰的光線射到傳感器上面。判斷鏡頭的好壞,可以通過邊緣畫質、紫邊、鬼影幾個要素來判斷,邊緣的畫質越高,紫邊越少,說明透光性強,色散低。鬼影則是因為光線經過鏡片產生了折射,折射的光線投射到傳感器上,因此出現了鬼影。

同樣的鏡頭,比如說爛大街的50mm定焦鏡頭,做工一般的,光圈較小的,材料鍍膜等工藝較差的,價格也就幾百塊錢;但是如果是做工好,材料鍍膜好,光圈可以到f1.4甚至更高的50mm鏡頭,售價可以到三千元左右。優質的鏡頭,可以十多年維持一樣的價格,比如說尼康著名的1424大牛頭,風光攝影師必備,推出十多年了,售價還是需要上萬元。這也就是很多人所說的鏡頭才是真正的保值的產品。

華為做手機拍照,之所以要找徠卡合作,其實也是希望徠卡來調教自己的相機鏡頭。畢竟作為全球最頂級的鏡頭廠商之一,徠卡對於鏡頭的設計要優於其他廠商。最後的成果就是華為目前成為全球最好的手機拍照廠商。



傳感器也是一樣的,傳感器作為相機接受光線的核心元器件,好壞程度直接決定了最終的畫質效果。而對於相機傳感器來說,只有一個耳熟能詳的話:底大一級壓死人。這句話並非空穴來風,也並非是忽悠消費者一定要去買更貴的全畫幅相機。

傳感器尺寸越大,背後的邏輯其實是每一個像素點的面積就可以增大,而單個像素點的面積,是決定最終畫質的關鍵。因為像素點面積越小,單個像素無法有效採集更多的光線,自然也就沒辦法更好的還原出原本光線的屬性,從整個畫面來講就會丟失很多細節。尤其是在夜晚環境下,手機的傳感器尺寸只有相機的十分之一,因此在夜晚的時候,相機畫面比較純淨,手機畫面已經是模糊一片,因為單個像素點壓根就無非接受到充足的信號,只能夠留下一片電信號干擾的雪花點。那就是說如果你追求的是畫面的還原度,追求的是色彩,更大尺寸的傳感器是肯定需要的。

那麼把一個全畫幅傳感器做成一百萬像素,單個像素點不就很大了嗎?但是考慮到實際運用,單個像素點決定了色彩,但是高像素決定了畫面的後期裁剪空間和細節,因此目前單反相機的傳感器,基本上也就在3000W左右,其實還是遠低於手機的傳感器的。


相機與手機各有自己的特長


我們總結一下上面的講的內容,其實就是三句話:

  • 第一是相機和手機,其實都是數碼相機,原理都相同,只不過手機相機類似於卡片相機;

  • 第二是決定成像質量的關鍵因素始終是鏡頭和傳感器,鏡頭越好,傳感器尺寸越大,拍出的照片自然也就越好;
  • 第三是手機鏡頭光學質量不如相機鏡頭,手機傳感器尺寸不如相機傳感器尺寸,因此手機拍攝的照片是不如相機的。



決定相機畫質的核心就是鏡頭和傳感器,使用更好的鏡頭,比如說佳能的紅圈,尼康的金圈;使用更大尺寸的傳感器,比如說全畫幅,或者大畫幅機器,拍攝的畫質一定是更好的。

同時如今的單反相機,尤其是索尼為首的微單相機,加入了很多電子功能,比如說電子快門、電子對焦系統、電子防抖系統,支持4K或更高的視頻錄製等等。無論是功能的擴展,還是最後得到的內容質量,也都比傳統的單反相機更實用一些。

這也就是為何最近幾年來,在相機市場,索尼的微單相機一直保持比較高的增長勢頭,而佳能和尼康的相機市場份額停滯不前,甚至也都推出了微單來應對市場的變革。因此玩單反玩的就是鏡頭和機身,玩的就是錢......


那麼回過頭來重點還是手機,因為手機採用的是塑料鏡頭部件,並且傳感器尺寸其實遠小於單反相機,因此鏡頭和傳感器對手機重不重要?當然重要。但是不是決定手機成像畫質的最終因素?只能說佔一半半吧......畢竟空間上的限制,帶來的是物理上的壓制,手機的體積問題,決定了其無法放入更大傳感器的事實。

那麼這個時候,實際上決定手機最終成像畫質的,其實是圖像的深度學習算法。就拿夜景來舉例子:單反相機能夠接受足夠的光線還原細節,但是手機不可以,怎麼辦呢?首先可以採用圖像堆棧的方式,延長曝光的同時多拍攝幾張照片,然後堆棧成一張,細節自然就豐富了。但是如果光線差到完全沒辦法分辨清楚呢?那就只能依靠語義渲染技術了,也就是通過千萬張照片訓練過的算法,可以“腦補”出畫面中丟失的細節,然後給“P”出一張完整的圖片出來。

得益於手機擁有更強的NPU算法芯片,以及DSP圖像處理芯片。手機廠商,誰的算法能力更強,誰就可以在硬件相對比較弱勢的情況下,拍出相對較好的照片,這一點華為也衝到了前列,麒麟990的NPU跑分是全球最高的。華為的手機也一度出現了“月亮門”“星空門”的問題,拍(P)出來的照片吊打一眾單反相機......


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