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DxO展示过去5年智能手机相机取得的进步(3)

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

 

视频防抖:各个组件和功能的协作

 

  视频防抖功能需要动员多个智能手机组件和功能的无缝协作方能获得最佳效果。在较旧的手机(如诺基亚808或三星Galaxy S5)上,该功能完全借助于图像处理算法,且仅用于抵消手持拍摄时产生的晃动,其算法会分析图像内容以检测运动,但是风险是摄像头可能会锁定运动主体,而不会保持对场景中静态元素的对焦。

 

  苹果是第一个通过集成陀螺仪数据来增强该功能的制造商。使陀螺仪和图像传感器数据同步是一项极具挑战性的技术,但是苹果公司可以完全控制其手机上的所有硬件和软件元件,实现软硬件协作。反观三星的老款手机虽然也搭载了陀螺仪,但由于安卓操作系统的限制,这些手机无法以有效的方式将陀螺仪应用于视频防抖上。目前所有的高端手机都使用陀螺仪数据来实现视频防抖的功能。

 

缓存和光学影像防抖正在将视频防抖提升到新水平

 

  视频防抖的技术进化的下一步在于软件方面的改进。一个我们称之为“非因果防抖”的技术使用大约一秒钟的视频缓存器来让防抖系统预测未来的摄像头运动。这个功能与更大比例的图像剪裁相结合,即使在拍摄者正在走路或骑自行车,也可以拍出令人印象深刻的静态相机效果。这种先进的防抖功能需要陀螺仪提供非常可靠的数据,而2012年或2013年的老组件可能无法实现这种技术。

 

  最新的手机还在这一组合中添加了光学影像防抖,以补偿帧间运动,同时也能减少帧与帧之间的清晰度差异,这种差异可能对最终结果产生负面的影响。但是,引入光学影像防抖后,也增加了另一层复杂性。三星首先在Galaxy S6和S7手机上进行了第一次尝试,但其最终结果却比没有光学影像防抖的iPhone 6和6更糟糕,幸好,三星后来在Galaxy Note 8上做出了相当大的改进。

 

  苹果是首个成功地将光学影像防抖技术集成至手机的制造商,iPhone 7/7 Plus手机是第一代成功案例。

 

 

  您可以在下面的案例中看到上图中的分数是如何对应于真实世界中的表现。这次比较中最老的手机——诺基亚808 PureView的视频防抖功能无法采用任何先进的技术,因此行走时的录像会产生非常明显的晃动和扭曲的现象。

 

  苹果iPhone 5s是第一款利用陀螺仪数据实现视频防抖的智能手机,因此其样本影片明显比诺基亚808更流畅、更稳定。

 

  继三星Galaxy S6之后,Galaxy S7 Edge是三星将光学影像防抖系统用于视频防抖的第二款手机。然而,即使三星手机集成了这一附加系统,它在我们的防抖测试中的得分却未高于iPhone 5s。因为不同硬件和软件组件之间的协作仍然需要更加精细的调校。

 

  谷歌Pixel是最早同时采用陀螺仪和缓存器来实现视频防抖的手机之一。其录制结果非常平稳,几近于静态相机拍摄的影片,其表现明显优于当时的其他竞争机型。

 

自动对焦:更多的传感器,打造更优异的性能

 

  除了视频防抖之外,自动对焦也是另一个需要多个硬件和软件的和谐协作才能完美达到最佳拍摄效果的子摄像头系统。我们在DxOMark评鉴了照片和视频的自动对焦表现。虽然这两种自动对焦仰赖相同的技术,但它们必须采用不同的工作方式方能产生很好的拍摄效果。除了准确性之外,照片的自动对焦速度还必须很快。另一方面,视频的自动对焦应该稳定平顺,因为我们可能在最终的视频中察觉到任何对焦波动或焦点的突然变化。

 

对比度检测的局限性

 

  2015年之前,基于对比度的自动对焦曾经是最先进的技术。然而,这种自动对焦方法有几大缺点。它通过观察移动镜头元件时图像对比度的变化来工作,但系统并不知道何时已达到了最大对比度。而且镜头必须移到超过最佳位置后返回,方能确认对焦。更糟糕的是,摄像头开始对焦时,它并不知道应该拉长还是缩短对焦距离。比如它从一米的距离开始对焦,随后可能会对焦到无穷远处,如果没有找到最高对比度,它才会切换方向,最后终于在50厘米处找到清晰度的峰值。这一问题对于视频的影响尤其严重,因此苹果决定让iPhone 5s仅在录制开始时锁定焦点,在录像过程中完全不进行对焦,导致该手机在我们的视频自动对焦测试中的得分非常低。

 

  2015年,传感器制造商在这一组合中添加了相位检测(PDAF),将专用的相位检测传感器集成到图像传感器的像素矩阵中。三星Galaxy S5是第一款采用这种传感器的智能手机,随后则是iPhone 6。苹果公司的表现明显比三星更好,因此iPhone 6成为了自动对焦方面的新标准。然而,相位检测在低光条件下的表现并不理想,因此iPhone 6的低光测试中的结果实际上比它的前身iPhone 5s更差。一年后,苹果公司在iPhone 6s上采用了一个更实际的方法,它在低光下将对焦方式切换为对比度自动对焦,从而提高了自动对焦的得分。同时,三星也在Galaxy S6上实现了更好的相位检测整合,从而改善了自动对焦的表现。

 

双像素传感器和飞行时间(TOF)激光器提高了自动对焦的速度

 

  一些较新的手机使用更先进的系统来改善自动对焦性能。例如,三星Galaxy S7和谷歌Pixel是我们的测试中最出色的机型,其表现甚至优于目前所有的iPhone机型,但它们是以不同的方式来提高自动对焦的速度。Galaxy S7使用所谓的双像素,这项技术最早出现在2013年的佳能数码单反相机上,它将其图像传感器上的所有1200万像素当作相位像素,以降低系统对噪点的敏感度,使其更适合于在低光条件下拍摄。三星在内部开发了双像素智能手机传感器,在2016年的竞赛中取得了真正的优势。

 

  而谷歌在2016年推出最早的Pixel手机时,尚无法使用双像素传感器的技术,因此,谷歌工程师使用了激光飞行时间传感器来估算拍摄对象的距离,就像Nexus 6P采行的方法。这项技术在低光条件下进行短距离拍摄的效果很好,但是在高光条件下就相形见绌了,而且在长距离拍摄时则完全失灵。但是,之后谷歌Pixel 2增加了一个双像素传感器,将飞行时间传感器与相位检测相结合后,将自动对焦性能提升到了更高的水平,取得了令人印象深刻的拍摄结果。反观苹果的iPhone仍然仰赖极少的相位检测传感器,因为目前尚无可用于iPhone手机内的小尺寸传感器的双像素传感器,导致其照片和视频的自动对焦得分较低。

 

变焦:双摄像头的表现不凡

 

  与传统的袖珍型数字相机相比,变焦仍是智能手机明显屈居劣势的少数几个领域之一。由于高端智能手机的薄型机身不能提供足够的空间来集成传统的伸缩式变焦镜头,因此智能手机摄像头长期以来一直仅限于数字变焦。不过,即使它们没有使用任何高级的变焦方法,也可以拍出可用的结果。诺基亚808凭借其大型传感器和高达4100万像素的分辨率,目前仍然是室内条件下表现最好的变焦相机之一。三星Galaxy S6也取得了不俗的成绩,特别是在光线较弱的情况下,它凭借其1600万像素的传感器和光学影像防抖,仍有不错的表现。

 

  智能手机引入第二个远摄镜头,成为双摄像头手机之后,其变焦性能获得了巨大的改进,但是这项技术目前还很新,而且还在不断发展中。苹果的首款双摄像头手机iPhone 7 Plus在高光下取得了不俗的成绩。然而,与以前的iPhone相比,尤其是在室内低光下与单镜头iPhone 7相比,它的改进显得相当微不足道,其原因在于苹果认为在这样的光线条件下变焦镜头的图像质量并不够好,因此7 Plus在低光下会切换到主摄像头进行数码变焦。您可以在这篇文章中阅读有关iPhone 7和7 Plus之间的差异的详细分析。

 


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