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DxO展示过去5年智能手机相机取得的进步

发表时间:2018-02-08 来源:dxomark 作者: dxomark 责任编辑: 梁爽

 

 

  我们自2012年起开始在DxOMark测试智能手机摄像头,在过去五年中,智能手机摄像头已经走过了很长的演变之路。今日,智能手机已经成为全球数十亿摄影爱好者和普通消费者的首选成像设备。由于其图像质量和性能的显着提升,智能手机在销售和人气方面已经遥遥领先传统独立式数码相机。

 

  在下图中,您可以看到我们测试的最早的高端设备诺基亚808直到今日的旗舰手机(例如谷歌Pixel 2、iPhone X和三星Galaxy Note 8)之间的演变。一如预期,苹果、三星和谷歌的产品一代更比一代精进,而且图像质量也到达了前所未有的水平,因此想以“传统”方式获得显着的改进也变得越来越困难了。

 

  目前图像传感器的效率仅以渐进式逐步提高,而传统数码相机制造商可以通过增加图像传感器或镜头光圈尺寸(以及镜头尺寸)来改善相机的光线捕捉能力和图像质量,但智能手机制造商却只能在非常狭小的空间限制内力求改进,因为薄型机身和时尚设计是大多数消费者购买智能手机的关键标准,因而提高了摄像头的设计难度。这迫使移动设备制造商必须跳出固有思维模式,在不借助更大的摄像头模块的条件下开发提高图像质量和摄像头性能的解决方案。本文将探讨双摄像头、多帧堆叠和创新的自动对焦等技术的引入如何影响智能手机摄像头各个方面的性能,例如纹理和噪点、曝光、自动对焦、变焦质量和散景效果。

 

光线捕捉是噪点和纹理的关键

 

  在我们的智能手机摄像头测试中,噪点和纹理是两项彼此独立的评测项目,但事实上噪点和纹理的关系非常密切,因此我们必须同时考虑这两个标准。图像处理技术可以轻易降低图像噪点,但必须权衡噪点和纹理之间的关系,因为强烈的降噪处理会模糊细密的纹理并降低细节的丰富性。增加传感器尺寸、镜头光圈和曝光时间可以提高摄像头的输入信噪比(SNR),但如上文所述,由于智能手机的尺寸限制,我们不能增大前两者的尺寸。另一方面,使用较慢的快门速度则会提高摄像头抖动和产生运动模糊的风险,因此在很多情况下也必须排除这一可能性。

 

除了传感器大小和像素数量之外,还有很多方法可以提升图像质量

 

  尽管如此,我们还是有办法超越这些限制。这包括影像防抖系统,可以让人在静态场景中使用较慢的快门速度,而时域降噪(TNR)则可以结合多帧图像数据以增加拍摄时累计的曝光时间;此外,双摄像头也增加了(组合后的)总传感器感光面积,同时不需要使用更大的镜头。如果将拜耳传感器(彩色)与黑白传感器相结合,一如华为Mate 10 Pro,图像质量更可进一步提升。相比于搭载两个拜耳传感器的传统双摄像头能捕获两倍于单传感器摄像头的光线,华为 Mate 10 Pro在理论上可以捕获的光线大约是单传感器的四倍,因为它的黑白传感器没有颜色滤镜,因此有助于提升纹理保留的质量,但其美中不足之处在于低光拍摄时可能较难捕捉色彩信息。

 

  在下图中,您可以看到我们在过去五年间测试过的几款重要手机的噪点和纹理分数。我们在下面的表格中列出了摄像头的规格。许多营销内容将广告重点放在像素数量和图像传感器的尺寸上。但是从图中可以看出,这两个条件都不是图像质量的可靠标准,因为大光圈、光学影像防抖和时域降噪也都是决定图像质量的关键要素。 

 

 

  我们列表中最老的手机诺基亚808就是一个很好的例子。它让人了解,大型传感器的确可以帮助摄像头拍出细致的纹理并降低噪点水平。诺基亚传感器的分辨率为4100万像素,令人印象深刻。但是在默认模式下,照片却仅以500万像素输出,但即使在500万像素的情况下,它在低光下的得分也显然比800万像素的iPhone 5s和iPhone 6,甚至1600万像素的三星Galaxy S5更高,其原因在于诺基亚的大传感器能够捕捉到很多光线。

 

  光圈大小也是捕捉光线的决定性因素之一。多年来当智能手机的图像传感器尺寸变化不大时,手机制造商已经大幅增加镜头光圈的尺寸。2015年以来,三星Galaxy S5的光圈已经比诺基亚808(f/2.2 vs. f/2.4)要快一些。我们列表中最新的三星手机搭载了更快的f/1.7光圈,而华为Mate 10 Pro甚至在其两个镜头上都配备了f/1.6的光圈。虽然最新一代的手机的图像传感器的尺寸比诺基亚808更小,但其快速光圈却部分抵消了诺基亚808的图像传感器尺寸的优势,而且结合使用光学影像防抖和时域降噪技术后,其拍摄结果甚至比诺基亚出色多了。

 

  光学影像防抖可以稳定图像并减少摄像头晃动造成的模糊风险,因此拍照时可以延长曝光时间,从而提高输入的信噪比。时域降噪通过合并多帧图像来消除噪点而不会牺牲纹理的丰富性,而且还有助于减少运动模糊,因为图像堆叠过程中使用的每个帧都是以比传统单幅图像更快的快门速度拍摄的。

 


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