解析你的手機(jī)是如何進(jìn)行拍照的

當(dāng)你打開手機(jī)，準(zhǔn)備拍照，鏡頭會(huì)首先把被攝景物投影在圖像傳感器上，與此同時(shí)，影像處理器會(huì)通過測(cè)光、測(cè)距，算出合適的參數(shù)并指示鏡頭對(duì)焦。

隨著你按下拍攝鍵，圖像傳感器就會(huì)完成一次曝光，并通過影像處理器變成圖片，再經(jīng)手機(jī)應(yīng)用的后期處理，最終呈現(xiàn)在屏幕上。

而這其中的每一步，都關(guān)系到這張照片的畫質(zhì)，尤其在光線昏暗的夜晚。

拍照，最基本的是視角。這是凸透鏡的成像原理，一個(gè)物體由無數(shù)個(gè)點(diǎn)光源組成，單個(gè)點(diǎn)光源從各個(gè)方向發(fā)出光線經(jīng)透鏡折射后，都將匯聚在一點(diǎn)上，最終所有點(diǎn)光源都投射在一個(gè)平面上，也就是圖像傳感器的位置，形成清晰的倒像，而這個(gè)角度就是視角。

其中，平行光經(jīng)透鏡折射后將匯聚在焦點(diǎn)上，焦點(diǎn)到透鏡的距離稱為焦距，而物體和傳感器到透鏡的距離稱為物距和像距，三者的關(guān)系滿足高斯公式。

可以看出，當(dāng)焦距越長(zhǎng)，或傳感器越小，視角就越窄。

受尺寸限制，手機(jī)鏡頭的像距很短，所以物理焦距也必須非常短，通常在 4mm 左右，遠(yuǎn)小于單反相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭 35-50mm 的焦距。

不過，手機(jī)的圖像傳感器也很小，配合短焦鏡頭，視角正好與標(biāo)準(zhǔn)鏡頭類似。

選好視角，好看的照片還要靠曝光，主要由光圈值、快門速度和感光度決定。

光圈是鏡頭上用于控制通光量的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于人眼的瞳孔。鏡頭焦距越長(zhǎng)，視角越窄，入射的光線也就越少，需要更大的光圈直徑以獲得更多的光。

所以，光圈值被設(shè)定為焦距的分?jǐn)?shù)，稱為光圈 f 值。對(duì)于單反相機(jī)鏡頭，光圈值 f/2.8 ，即光圈直徑是焦距的 1/2.8 ，就算大光圈了。

而手機(jī)鏡頭由于焦距短，一般最大光圈可達(dá) f/2.0 ，OPPO Reno 系列使用的 IMX 586 甚至達(dá)到了 f/1.7 。

f 值越小，就能給圖像傳感器投射越多的光，提高成像質(zhì)量，這對(duì)于夜間拍攝尤其重要。

除了大光圈，夜間拍攝還要盡可能放慢快門，延長(zhǎng)曝光，但這樣一來，手持拍攝的抖動(dòng)就成了大問題。而長(zhǎng)焦鏡頭對(duì)抖動(dòng)更加敏感。

于是，OPPO 在 Reno 10 倍變焦版里加入了棱鏡光學(xué)防抖，利用兩個(gè)以上的壓電傳感器獲取抖動(dòng)的加速度信息，然后通過長(zhǎng)焦鏡頭內(nèi)一枚棱鏡的移動(dòng)來補(bǔ)償抖動(dòng)產(chǎn)生的影像錯(cuò)位。

當(dāng)然，影響成像質(zhì)量最核心的還是圖像傳感器。

這是一塊 CMOS 圖像傳感器，上面排列著上千萬的像素，每個(gè)像素里的光電二極管在遇到光時(shí)，就會(huì)因?yàn)楣怆娦?yīng)積累一定數(shù)量的電荷，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)。

由于光電二極管無法識(shí)別顏色，所以不同像素上還要覆蓋紅綠藍(lán)三種濾色片，按 1:2:1 的比例設(shè)置，以模仿對(duì)綠光敏感的人眼，這稱為拜爾陣列，能分別識(shí)別三原色。

此外，每個(gè)像素周圍都有專門的放大電路，能把轉(zhuǎn)化出來的電信號(hào)不同倍率地放大，可以理解為相機(jī)的感光度。

感光度越高，相機(jī)對(duì)光線越敏感，照片也越亮，但噪點(diǎn)也會(huì)越多。這是因?yàn)槊總€(gè)像素都會(huì)因?yàn)殡娐犯蓴_產(chǎn)生固定的噪音信號(hào)，在高感光度下，噪音信號(hào)也會(huì)被放大，出現(xiàn)噪點(diǎn)。

噪點(diǎn)問題可以通過增大像素面積來緩解。在有噪音信號(hào)的情況下，大像素可以收集更多有用的光信號(hào)，增加信噪比，從而減少噪點(diǎn)。

手機(jī)使用的主流傳感器一般在 1/2.9 到 1/2.3 英寸之間，而 OPPOReno 等機(jī)型，就使用了更大的 1/2 英寸傳感器。

Reno 的傳感器還使用了像素聚合技術(shù)，通過改變?yōu)V色片的排列方式，在光線充足時(shí)使用單像素曝光，而在光線不足時(shí)就將四個(gè)像素拼成一個(gè)，四倍的像素面積，帶來更加純凈的夜景照片。

需要注意，圖像傳感器上的信息輸出后，是拜爾式排列的 RGB 點(diǎn)陣，必須再經(jīng)過 ISP 圖像信號(hào)處理器轉(zhuǎn)化為我們常見的點(diǎn)陣圖片。

而近年流行的多攝像頭，如加裝黑白攝像頭以保留更多暗部光線信息；或用景深攝像頭拍攝多張對(duì)焦距離不同的照片，記錄景深信息，就需要多個(gè) ISP 。

然而，手機(jī)鏡頭畢竟太小，圖像傳感器的寬容度有限，無法同時(shí)覆蓋太高和太低的亮度范圍。在夜間拍攝時(shí)往往高光部分一片全白，而暗部漆黑一片，還有噪點(diǎn)。

這就要靠手機(jī)應(yīng)用的后期力量了。

比如 HDR 高動(dòng)態(tài)范圍成像，用不同的曝光水平拍攝多張照片，再將這批照片中細(xì)節(jié)最好的部分合成為一張照片，讓夜景照片也能擁有更多細(xì)節(jié)。

而在 Reno 上，OPPO 的超清夜景 2.0 還實(shí)現(xiàn)了對(duì)夜景人像的專門優(yōu)化，將人和周圍的景物分別處理，避免出現(xiàn)臉色慘白的情況，還原真實(shí)的人臉膚色。

同時(shí)，OPPO 還改進(jìn)了超清夜景模式算法，將拍攝的等待時(shí)間從 4-5 秒降低到 2-3 秒。