手機攝像頭發(fā)展史好似玩一局絕地求生？

手機的前世今生欄目已經(jīng)創(chuàng)作了兩期內(nèi)容，分別和大家聊了手機屏幕與電池的發(fā)展歷程。今天我們來聊聊更深，但也更有意思的手機攝像頭的前世今生吧！

一說起絕地求生游戲，可能有些人還比較陌生，但一說“吃雞”，估計很多人就熟悉了。本人也是吃雞游戲的擁躉，而在構思這篇文章的時候，突發(fā)奇想覺得把手機攝像頭的前世今生比喻成一場吃雞游戲，竟有很多驚人相似的地方。（當然，有些地方可能會比較牽強，但為了便于大家理解，還請一笑而過。）

例如在游戲剛開始的時候，跳傘剛一落地，首先想的就是趕緊找一把槍，無論是手槍還是噴子，解決有無問題，才能在戰(zhàn)場（市場）上生存。而手機剛剛普及攝像頭的時候，也是先要解決有無問題；隨后，隨著槍（攝像頭感光元件）的更新?lián)Q代，子彈口徑變粗（像素大?。Γó嬞|）也逐漸增強；但光有槍（感光元件）也不行，還得有握把（防抖組件）以及倍鏡（變焦鏡頭）的加持，才能讓你在遭遇戰(zhàn)中穩(wěn)操勝券，提升你的生存能力，保證最終走到天命圈（口碑與市場雙收）。怎么樣？是不是聽起來還蠻有道理的？那么演習馬上開始，準備跳傘！

落地：先要找把槍

在絕地求生游戲一開始，主角降落到戰(zhàn)場中，通常要做的第一件事就是找到一把槍，盡管這把槍可能并不是自己喜歡的。但為了防止手無寸鐵的自己被別人襲擊，以致落地成盒（游戲角色死了會變成一個裝備盒子），所以哪怕是略顯雞肋的來福，也會毫不猶豫的拾起。

第一款配備攝像頭的手機——夏普J-SH04

在手機攝像頭剛剛開始普及的時候，也經(jīng)歷了參數(shù)略顯雞肋的時期。2000年9月，世界上第一款配備攝像頭的手機誕生——夏普J-SH04。它的攝像頭像素僅有區(qū)區(qū)11W像素，連打印一寸照片的像素都不夠。

沒有自動對焦，沒有美顏，沒有閃光燈，顯然很難贏得市場的重視。不過值得注意的是，當時手機攝像頭的感光元件材質還是用的CCD，而非現(xiàn)在通用的COMS。因為后者在當時技術還不成熟。

盡管第一款拍照手機推出后，市場上的表現(xiàn)并沒有預想中的那么熱情，但在手機上加上拍照模塊卻成了隨后幾年手機發(fā)展的主流趨勢。

2003年，自動對焦模塊誕生

2003年，松下發(fā)布了一款獨特旋轉設計的手機——松下P505iS，可以側面360度旋轉，也可以向后旋轉180度進行自拍。顯然，這是主攻拍照功能的手機。而它最引人矚目的是首次配備了自動對焦功能。在拍照模式下，通過半按機身側面的快門按鈕，自動聚焦功能就會對中間部位的拍攝對象進行自動對焦，直接按動即可拍攝。

松下P505iS

如果把攝像頭感光元件比作槍，那么自動對焦模塊就好比槍上面的準星，它解決了早期攝像頭僅能將焦距固定在無限遠，而導致拍攝近處物體畫質模糊的問題，從而讓手機能夠適應更多的拍攝場景，并帶來清晰的畫面。如今，幾乎所有智能手機的后置攝像頭都配備了自動對焦模塊。

VCM自動對焦模塊結構圖

然而在那個年代，想要讓手機自動對焦卻并非易事。由于手機的體積限制，人們無法將傳統(tǒng)體積龐大的相機對焦模塊移植到手機上。所以必須開創(chuàng)一款針對手機攝像頭的對焦模塊。最終方案定型為一種覆蓋在感光元件上的金屬罩。在罩子里面鏡頭并非完全固定，而是采用細小的彈簧固定，讓其有一定的上下活動空間。

并被金屬線圈纏繞，而在金屬罩的邊角部位還設計了磁鐵以提供磁場，這樣當線圈通過電流的時候，根據(jù)電磁感應原理，纏繞在鏡頭模組的線圈受到作用力而發(fā)生移動，從而達到對焦的目的。這種技術被稱為VCM音圈馬達。至今，依然有近80%的手機采用這種對焦組件。

反差對焦的原理

然而，光有對焦組件還不夠，怎樣調(diào)節(jié)對焦模塊，讓它固定在我們需要的位置上也是廠商需要解決的問題。早期的手機上采用的便是最笨的反差對焦方式。其原理通過給鏡組施加不同的電流，來調(diào)整鏡頭位置，從而調(diào)整焦距，然后根據(jù)焦點處畫面的對比度變化，尋找對比度最大時的鏡頭位置，也就是準確對焦的位置。

嘗試：尋覓市場的胃口

在功能機時代，軟件對于用戶的影響遠非現(xiàn)在所能比擬。所以手機廠商想要打造產(chǎn)品的差異化，硬件是唯一出路。當手機廠商意識到拍照能夠為用戶帶來更好地使用體驗時，便開始探索更適合手機的攝像頭模塊。然而在發(fā)展初期，行業(yè)很難將像素數(shù)，對焦，補光，防抖，變焦等影響拍攝質量的元素全部兼顧到，所以我們看到市面上出現(xiàn)了很多產(chǎn)品只兼顧了某一方面的能力。

2004年，第一款光學變焦手機

在絕地求生游戲里，敵人離你很遠的話，你如果沒有倍鏡是很難打中它的，只能遺憾地看著他從視線里消失。而在現(xiàn)實生活中，手機如果沒有變焦功能，同樣會在一些場景中，心有余而力不足，例如你坐在教室最后一排，卻要拍攝老師黑板上的筆記等。。。。。

采用2倍光學變焦?jié)撏界R頭的夏普 V602SH

2004年5月，世界上第一款光學變焦手機誕生，就是采用2倍光學變焦?jié)撏界R頭的夏普 V602SH，不過200W像素的水平還是限制了它的實用性。

2004 年 7 月，緊接著夏普 V602SH，三星針對韓國市場推出 SPH-S2300，擁有 320 萬像素攝像頭，支持 3 倍光學變焦，自動對焦和一些手動設置，最高 ISO 400，那可伸縮的攝像頭外觀實在讓人以為這是帶了通話功能的相機。

諾基亞當然也不甘示弱，在2006年推出了可以實現(xiàn)3倍光學變焦的N93。

2005年，嘗試與傳統(tǒng)光學影像巨頭合作

諾基亞N90首款采用卡爾蔡司認證鏡頭的手機

2005年推出的諾基亞N90，在工業(yè)設計方面，我不想多評價，因為雙轉軸設計實在是太特別了。但是該機在拍攝方面還有一大成就就是采用了卡爾蔡司（Carl Zeiss）認證鏡頭。諾基亞開創(chuàng)了手機廠商與傳統(tǒng)光學影像巨頭合作的先河，盡管該機200W像素所呈現(xiàn)的畫質并沒有因為高大上的鏡頭而變得出類拔萃，但它以及它的后代產(chǎn)品卻憑借大師級光學影像巨頭的光環(huán)而收獲了市場的認可。

如果讓我匹配這一配置在絕地求生里的一件裝備，我想只有在空投中才能獲取的吉利服應該是比較貼切的吧。

2006年，第一款氙氣閃光燈手機

閃光燈的作用是讓手機能夠拍攝正常情況下無法拍攝的景象，例如夜景，暗室等。這與絕地求生游戲里的手雷有點像，你明知道樓上有敵人，但現(xiàn)實是你上了樓梯就很容易被人爆頭，OK，那一顆手雷解決問題。不過如果說LED閃光燈是手雷的話，氙氣閃光燈就有點像炸藥包了。。。。。。。盡管威力是夠，但帶上一個，三級包都得占一半。。。。。。。。

索尼愛立信K790 第一款氙氣閃光燈手機

作為2006年的主打產(chǎn)品，索尼愛立信K790配有320萬像素的攝像頭，并且被業(yè)界認為是第一款配備氙氣閃光燈的手機，對比LED閃光燈在黑暗狀態(tài)下能夠帶來更充足的光照，同時該閃光燈還具備數(shù)碼相機才配備的紅眼減弱功能。

手機上已經(jīng)小型化的氙氣閃光燈組件，但依然很占地

可以看出，配備更優(yōu)秀的補光組件是索尼愛立信對提升手機拍照功能所做出的努力，但從上面的產(chǎn)品圖我們就能看出搭載這一組件的弊端——太厚。這是因為氙氣閃光燈不僅包含燈體本身，還要涵蓋一個體積不小的高壓電容來供電。

對于手機這種隨身攜帶產(chǎn)品來說，如果喪失了便攜性，那么必然會受到市場的冷落，所以該機的銷量并不好。在手機發(fā)展歷史上，還有幾款采用氙氣閃光燈的產(chǎn)品，例如諾基亞Lumia 1020，Lumia 928等。但它們較厚的身材注定了無法被主流消費群體采用。也正因為此，具有更輕更省電特征的LED閃光燈才會在手機照明領域保持統(tǒng)治地位。

縮圈激戰(zhàn)：高端裝備齊上陣

絕地求生游戲之所以有意思，不僅因為里面各式厲害的武器，還有每隔一段時間便會縮小戰(zhàn)場范圍的毒圈所營造的緊張感。因為隨著戰(zhàn)場范圍的收窄，遭遇敵人的幾率變得更大。然而你必須冒著風險奔去安全區(qū)，因為毒圈之外，只有死路一條。

如果說2000年到2006年，處于手機攝像頭的初始發(fā)育期，手機廠商憑借功能機體積，厚度要求不高的特點，可以硬塞下光學變焦以及氙氣閃光燈等組件。那么到了2007年，則迎來了一次歷史性的時刻——iPhone誕生。這是一款顛覆了功能機時代操作邏輯的產(chǎn)品，它輕薄便攜，超大的屏幕以及內(nèi)置的APP社交軟件讓手機拍照變得比任何時候都更加重要。然而智能機的輕薄屬性卻又限制了攝像頭的性能發(fā)揮。誰能在更小的體積內(nèi)帶來更好地拍照體驗，它才能較為舒服的生存下去。手機行業(yè)的“毒圈”開始收縮了。

2012年，光學防抖技術誕生

在絕地求生游戲里，人們最愛用的步槍之一便是M416，因為這把槍射擊的時候穩(wěn)，讓你槍槍到肉的打在敵人身上。但這種穩(wěn)定性并不是在你剛拿到槍的時候就能體會到，而是需要握把，尾拖等配件的加持下，來減小步槍射擊時橫軸與縱軸的后坐力。

Lumia 920

2012年，諾基亞推出Lumia 920配備了卡爾蔡司認證鏡頭以及OIS光學防抖技術。這一技術通過鏡頭的浮動透鏡來糾正“光軸偏移”。其原理是通過鏡頭內(nèi)的陀螺儀偵測到微小的移動，然后將信號傳至微處理器，處理器立即計算需要補償?shù)奈灰屏?，然后通過補償鏡片組，根據(jù)鏡頭的抖動方向及位移量，利用之前提到的VCM音圈馬達的原理對鏡頭加以補償;從而有效地克服因相機的振動產(chǎn)生的影像模糊。這種防抖技術對鏡頭設計制造要求比較高，而且成本也相對高一些。

光學防抖功能的效果是相當明顯的，一般情況下，開啟該功能可以提高2-3檔快門速度，降低手持拍攝產(chǎn)生模糊不清現(xiàn)象的幾率。

2012年，4100W像素手機誕生

手機像素就好比游戲中自動步槍的子彈，如果一梭子子彈能容納更多的數(shù)量，那么你的攻擊能力（畫質）就會顯著提升。手機行業(yè)的像素一直都在進步，因為只有更高的像素，才能為圖像帶來更多細節(jié)。甚至CCD傳感器被CMOS傳感器所取代，一大原因也是CMOS能夠帶來更高的像素數(shù)量。

諾基亞808 PureView

諾基亞對于拍照功能的探索可以用領先一個時代來形容。2012年諾基亞推出808 PureView，一款擁有令人乍舌的4100W像素手機，這樣的參數(shù)即便是單反相機，也很難企及。而6年后的今天，有一款同它一樣的配置手機，同樣以此作為賣點。

2013年，Ultrapixel技術帶來2μ像素尺寸

在手機領域，像素數(shù)量與像素尺寸是兩個矛盾的概念。像素尺寸就好比游戲中子彈的口徑，越大的子彈殺傷力（畫質）就會越強。但由于子彈口徑增大，勢必會更占地方，所以在子彈匣容量不變的前提下，裝載的子彈數(shù)量就會減小。

放在手機上也是同理，由于手機輕薄的體積，感光元件的尺寸無法做大，所以如果追求高像素，那么單個像素的面積便只能控制的較小，一般會在1.2μ左右。

HTC One M7

然而，HTC選擇了增大單個像素的面積，從而帶來讓單個像素擁有更高的進光量，以此獲得更優(yōu)秀的夜間拍照體驗。2013年2月19日HTC發(fā)布的新一代旗艦型智能手機HTC One M7。該機搭載自主研制的Ultrapixel（簡譯為“超像素”） 攝像頭，最大的特點是擁有2μ超大像素，感光率比普通手機攝像頭的高出300%。然而遺憾的是，同樣因為高像素尺寸，使其攝像頭的像素數(shù)量僅有408W。

2013年，首款雙色溫閃光燈誕生

我們知道，但凡是高端相機，一般都會采用氙氣閃光燈作為補光設備，一方面是因為它的光線強度更強，另一方面，也是因為它的色溫非常接近太陽光的色溫，從而令拍攝的照片更易于控制白平衡。

iPhone 5S

然而隨著手機行業(yè)進入到智能機時代，輕薄的外觀決定LED光源才是最優(yōu)的補光材料。它有節(jié)能，體積小巧的優(yōu)點。盡管亮度不及氙氣閃光燈是客觀事實，但是色溫的問題卻可以通過技術手段解決。而2013年蘋果推出的iPhone 5S采用了雙色溫閃光燈，便是通過調(diào)節(jié)兩個不同色溫閃光燈的光線強度，從而改善拍攝環(huán)境的色溫水平，已達到成片的真實色彩還原。從后續(xù)友商的跟進情況便可以看出，這是一套成熟且有效的方案。

2014年，激光對焦技術與相位對焦技術（PDAF）在手機應用

在前文中，我們將對焦技術看做是絕地求生游戲中的準星，如果說最開始的反差對焦是機瞄的準星，那么激光對焦以及相位對焦技術則可以看做是紅點或者全息瞄準具，能夠帶來更快的瞄準速度（對焦速度），并且能夠適應更多環(huán)境。（暗光環(huán)境）

2014年2月的MWC大展上，三星推出旗艦Galaxy S5，該機首次搭載PDAF相位對焦技術。該技術采用的圖像傳感器，感光區(qū)域中的部分像素點被犧牲掉，這些像素被稱為掩蔽像素（Masked Pixels），是成對使用的。像素之間的距離、結合它們的相對變化，就可以幫助系統(tǒng)決定鏡頭到底需要為準確對焦而移動多遠。就像人的雙眼能夠辨別物體遠近一樣。

有了此對焦系統(tǒng)，手機的對焦就不用像傳統(tǒng)反差對焦那樣，來回調(diào)整焦距（俗稱拉風箱）才能斷定正確的焦點了?？傊?，這一技術可以顯著提升對焦速度。后來蘋果也在iPhone 6上搭載了這一相位對焦技術，名叫Focus Pixel。

LG G3

同年5月，LG發(fā)布2014年度旗艦LG G3，讓人眼前一亮的是，LG G3不僅配備雙LED閃光燈，更擁有具備激光自動對焦功能的傳感器。該傳感器會從和攝像頭同側的一個窗口中發(fā)射出一道錐形激光光束，不斷的反復根據(jù)激光反射回來的時間長短來判斷物體的距離，繼而完成對焦。

該技術使對焦速度達到276毫秒，甚至比人眨一下眼還要快。并且，由于它采用主動發(fā)射的對焦技術，所以在暗光環(huán)境下，也能帶來迅速準確的對焦體驗。不過它也有個弊端，就是因為激光發(fā)生的功率有限，所以只能對焦近處的物體。

2014年，ISOCELL深槽隔離技術

說起手機圖像傳感器的制造，大家可能首先相當?shù)氖撬髂岬腎MX系列，但是其實三星在這一領域也有著舉足輕重的地位。在2014年發(fā)布S5的時候，三星就位該機的攝像頭感光元件配備了ISOCELL深槽隔離技術。

三星Galaxy S5

這一技術建立在BSI（背照式傳感器）技術的基礎上，更注重減少像素之間的干擾；相比于BSI技術，ISOCELL技術能夠減少30%的像素串擾。通過在形成像素間的物理屏障，從而避免像素間形成的干擾問題，讓像素能夠吸收更多光子，獲得更好的照片效果，從而提升畫質。另外，在設計集成化方面，ISOCELL還能夠進一步縮小相機模塊，讓手機變得更加輕薄。

或許，看完剛才這些，大家會覺得這一技術有些似曾相識。那很有可能是因為大家了解過iPhone 6s的拍照性能。因為它也搭載了這一技術，而且相比于三星的相對低調(diào)，蘋果似乎更愿意將這一技術作為拍照方面宣傳的重點。然而該機的發(fā)布時間是2015年，和相位對焦技術一樣，比三星晚了一年。

致命毒圈：命運的考驗

在絕地求生游戲的后期，隨著毒圈一點點收窄變小，不僅對手的裝備已經(jīng)達到了很高的水準，而且圈外面的毒氣威力也變得奇大無比。所以擺在玩家面前的選擇，只有謹慎的走好每一步。

在2016年以后，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)以及智能手機普及潮所帶來的換季熱潮逐漸消退，手機廠商面臨的競爭壓力變得越來越大，如果產(chǎn)品定位上出現(xiàn)失誤，可能就意味著口碑的嚴重倒退，以致出現(xiàn)命運危機。很多手機廠商都是在這種情況下被歷史淘汰的。

在手機攝像頭發(fā)展上，近兩年新技術的推出相對緩慢，但是野心是非常巨大的，因為手機廠商已經(jīng)將競爭目標瞄準了專業(yè)數(shù)碼相機領域。。。。。。

雙攝技術：畫質，景深，變焦一把抓

想到了一句經(jīng)典句式，沒有什么一個攝像頭辦不到的，如果有，那就是再來一個攝像頭。雙攝技術其實在2011年，就已經(jīng)在手機行業(yè)應用，不過當時的路走錯了，走的是3D拍攝的路線，但體驗很差勁，所以很快就被淘汰了。

如今雙攝經(jīng)過發(fā)展分為幾個派別，分別是以華為系手機為代表的黑白彩色雙攝，以iPhone Plus機型為代表的變焦雙攝以及以一顆高參數(shù)的主攝像頭再加一個參數(shù)可憐只為虛化的輔助攝像頭三個派別。顯然前兩個是最有技術含量的，華為的黑白彩色雙攝中的黑白攝像頭由于去掉了色彩濾光片，所以像素接受光的能力更強，能夠帶來細節(jié)更豐富銳利的畫面，而通過算法，使它和彩色攝像頭的色彩信息相結合，從而保留了兩個攝像頭的優(yōu)點。并且支持大光圈模式。

iPhone Plus機型的雙攝則是通過采用兩個不同焦距的攝像頭，使其實現(xiàn)2倍的光學變焦能力。并且通過雙攝算法，使iPhone 也有自己的大光圈模式，只不過名字叫“人像模式”。

華為P20 Pro

近期最新推出的華為P20 Pro手機甚至采用了三攝方案，也就是在原有方案基礎上增加了一個長焦鏡頭，從而讓自家產(chǎn)品也有了光學變焦的能力。

堆疊式感光元件：讓時間變慢

在絕地求生游戲中決定槍好壞的因素除了之前提到的穩(wěn)定性，子彈尺寸，彈匣容量等因素外，還有一個重要指標就是子彈的射速（單位時間射出子彈的多少）。一秒鐘發(fā)240發(fā)與960發(fā)子彈在總傷害上肯定差距是很明顯的。

索尼XZ Premium

而在手機攝影領域，慢動作視頻已經(jīng)成為備受廠商青睞的技術。在去年，索尼發(fā)布了全新一代IMX400系列感光元件，這一系列最大的改進便是采用了堆疊結構，在傳統(tǒng)的感光層與底部電路之間增加了一層DRAM動態(tài)存儲器，從而讓感光元件具備短時間拍攝大數(shù)據(jù)量影像的能力。

而具體的數(shù)據(jù)是1秒鐘能錄960幀720P分辨率的視頻，如果將這段視頻以正常速度回放，相當于時間放慢了32倍！諸如泡泡破裂，子彈出膛等轉瞬即逝的畫面在這一技術面前，都會變得清晰震撼。該技術率先搭載在來了索尼自家的XZ Premium上。

可變光圈技術：這才是理想的光圈方案

今年2月的MWC大展上，三星推出了S9系列手機，該機在拍照方面的一大賣點是采用了可變光圈技術，也就是光圈可以在F1.5與F2.4變換。或許有人會疑惑，手機光圈不是應該越大越好嗎？其實不然，因為光圈越大，手機鏡頭面臨畫質降低的風險就越高，所以你會發(fā)現(xiàn)iPhone的光圈參數(shù)在同一時期里的手機里并不是最高的。

三星S9 plus

然而大光圈在手機上存在的意義主要在于通過提升進光量來降低曝光時間，增加在暗光環(huán)境的出片幾率。但如果在明亮環(huán)境想保證更好畫質的話，則需要降低光圈。所以我認為可變光圈才是目前手機最好的光圈方案。

關于未來：手機拍照的戰(zhàn)場上，沒有吃雞

縱觀手機攝像頭這18年的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)它的功能與手機所處的發(fā)展階段緊密相關。在功能機時代，手機還僅僅作為一個通信工具，盡管它很重要但通信才是核心，所以攝像頭的發(fā)展只是錦上添花，更多是將現(xiàn)有相機技術移植到手機上；

然而到了智能機時代，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)與社交軟件的盛行，攝像頭成為手機創(chuàng)造數(shù)據(jù)與價值的重要組件，此時它便受到了量身定制的特殊待遇，大光圈，高像素，光學防抖，激光對焦等，一眾新技術只為它而來；再到后期，隨著手機更新潮的衰退，手機廠商為了自保需要推出拳拳到肉的拍照產(chǎn)品，來滿足消費者日益挑剔的需求。

然而在拍照的戰(zhàn)場上，沒有吃雞，只有源源不斷的新空投與新敵人，只不過在追逐空投的路上，有的廠商有可能成為別人槍口下的炮灰，有的廠商卻獲得了威力無比的新裝備