像素≠清晰度 手机摄像头基础知识解析

像素≠清晰度 手机摄像头基础知识解析类型：转载 作者：马则迪 时间：2014-04-23 05:27:21【手机中国 导购】毋庸置疑，现今拍照已成为手机最重要的功能之一，也是消费者购买手机时的重要考量因素。甚至从某种程度上来说，手机已经替代专业的相机，成为我们日常生活中最主要的拍摄工具

类型：转载 作者：马则迪 时间：2014-04-23 05:27:21

【手机中国 导购】毋庸置疑，现今拍照已成为手机最重要的功能之一，也是消费者购买手机时的重要考量因素。甚至从某种程度上来说，手机已经替代专业的相机，成为我们日常生活中最主要的拍摄工具。因此，在核心硬件玩到发烧之后，手机厂商们又开始把心思放在了大家关注的拍照功能上。

“XXX像素”、“XXX传感器”、“XXX镜头”、“XXX光圈”，当面对这些被疯狂叫嚣的相机卖点时，作为并不精通相机的普通消费者，很多人变得茫然，开始只会做加减算法，似乎最高的就是最好的，而关于这些参数所代表的真正意义，却并不了解。

所以，为了让大家掌握一些基本的手机摄像头知识，今天笔者就以市面上几款热门手机为例，对手机摄像头构成、成像要件进行简要的解析，感兴趣的朋友可以翻页查看，同时也可以关注新浪微博@SoloPhone进行交流。

像素≠清晰度

手机摄像头的构成

首先，我们来了解一下手机摄像头的构成。需要注意的是，尽管我们将其称为“手机摄像头”或“手机相机”，但实际上，它的构成组件和工作原理与传统数码相机无异，只是体积较小，所以“手机的数码相机”的称谓才是完整、正规的。

手机摄像头

像素

“像素”似乎是我们最熟悉的相机参数，在了解某款手机的相机时，首先看到应该的就是“XXX万像素”，多数厂商也会把它当做首要的宣传点，那么这个像素究竟意味着什么呢？

“像素”指的是相机传感器上的最小感光单位，而我们通常所说的“XXX万像素”实际是指相机的分辨率，其数值大小主要由相机传感器中的像素点（即最小感光单位）数量决定，例如500万像素就意味着传感器中有500万个像素点，和手机屏幕中的像素数量决定屏幕是720p或1080p分辨率是一个道理。

传感器上的像素点模拟图

像素决定照片质量？

人们通常会以为相机像素越高，拍的照片就越清晰，实际上这是很片面的。相机的像素唯一能决定的是其所拍图片的分辨率，而图片的分辨率越高，只代表了图片的尺寸越大，并不能说明图片越清晰。

刨除其它因素，1300万像素摄像头和800万像素摄像头所拍的图片，在电脑屏幕上呈现的只是尺寸不同，而清晰度几乎是没有区别的。

不同的是，手机上查看图片时，屏幕一般会将两张图片缩放至同一尺寸，此时1300万像素摄像头所拍图片会拥有更高的像素密度（每英寸屏幕所拥有的像素数），理论上来讲，清晰度更高、画面细节更丰富。

但是当前主流的手机屏幕为1080p级别（1920×1080像素），无论是1300万像素相机所得的4208×3120像素照片，还是800万像素摄像头的3200×2400像素照片，都超出了1080p屏的解读范围，最终都会以1920×1080像素显示，所以肉眼所看到的清晰度也是没有区别的。

那么高像素的优势在哪里呢？

如前文所言，更高像素的相机所拍图片的尺寸更大，假如我们想把样张打印出来，以常规的300像素/英寸的打印标准来计算，1300万像素相机所拍的4208×3120像素样张，可打印17英寸照片，而800万像素相机的3200×2400像素样张，打印超过13英寸的照片就开始模糊了。很显然1300万像素相机样张可打印的尺寸更大。

总之，像素不能决定照片质量，或者说像素并不是决定照片质量的唯一要素。在电脑、手机屏幕等主要查看路径上，1300万像素相机、800万像素相或者更高的1600万像素、2070万像素所拍照片的清晰度表现都是没有区别的。

所以，如果你对手机拍照的需求仅限于日常记录和分享，那么市面上配备800万像素、1300万像素摄像头的主流千元手机，就能完全满足你对照片清晰度的要求，而不必跟风追求更高的像素数。

但如果你对图片有特殊需求，比如说冲印或后期裁剪作图，那么笔者就向你推荐Lumia 1020这款手机。

Lumia 1020镜头特写

Lumia 1020是目前摄像头规格最高的手机，它的感光元件拥有4100万像素成像能力，裁剪成我们常见的方形图片后，在4:3画幅时最大可生成3800万像素的照片，而在16:9画幅时则可生成3400万像素的照片。

lumia 1020

其中，3800万像素的图片，在72像素/英寸的分辨率下，成像尺寸相当于将近70个15英寸显示屏的面积的总和，也就是如果你觉得你照的还OK，你可以把它冲印成巨型海报都行，这使得Lumia 1020在细节表现力上对普通手机有着近乎碾压式的优势。

诺基亚Lumia 1020（行货）

[参考售价] 2999元

[公司名称] 京东商城

传感器最关键

既然像素不是决定图片质量的关键因素，那么谁才是呢？答案是传感器。

我们知道，在数码相机还未兴起的时候，传统相机都使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的传感器就等同于“胶卷”。传感器是相机最重要的组成部分，也是最关键的技术。

相机传感器主要分两种，CCD和CMOS。CCD传感器虽然成像质量好，但是成本较高，并不适用于手机，而CMOS传感器凭借着较低的功耗和价格以及优异的影像品质，在手机领域应用最为广泛。

CMOS传感器

CMOS传感器又分为背照式和堆栈式两种，二者系出同门，技术最早都由索尼研发，索尼背照式传感器品牌名为“Exmor R”，堆栈式传感器为“Exmor RS”。

相对来说，传感器尺寸越大，感光性能越好，捕捉的光子（图形信号）越多，信噪比越低，成像效果自然也越出色，然而更大的传感器却会导致手机的体积、重量、成本增加。

相机、手机传感器尺寸对比

背照式传感器的出现，有效的解决了这个问题，在相同尺寸下，它使传感器感光能力提升了100%，有效地改善了在弱光环境下的成像质量。所以，之前在选购拍照手机时，用户都会首先考虑摄像头是否应用了Exmor R背照式传感器。

背照式与正照式传感器对比

2012年8月，索尼发布了全新堆栈式传感器（Exmor RS CMOS），需要注意的是，它和背照式传感器并非演进关系，而是并列关系，堆栈式传感器的主要优势是在像素数保持不变的情况下，让传感器尺寸变得更小，也可以理解为，在与背照式传感器的像素数相同时，堆栈式传感器的尺寸会更小，从而节省了空间，让手机变得更薄、更轻。

背照式和堆栈式传感器对比

相比而言，背照式传感器的优势在于，在与堆栈式传感器的像素数相同时，虽然传感器尺寸更大一些，但单个像素点面积（单个感光面积）也会更大，从而使感光性能提升，自然暗光拍摄效果也就更好，整体成像效果更出色。

所以，两者各有特色、各有优劣，不能简单加以好坏之分，关键还要看厂商在传感器尺寸和感光能力上如何取舍。

从传感器而言，笔者向大家推荐的手机是索尼最新旗舰机型--Xperia Z2，俗话说近水楼台先得月，该机独占了索尼最先进的1/2.3英寸大型Exmor RS堆栈式传感器（目前尺寸最大的堆栈式传感器），像素数高达2070万，并配备索尼单反相机专用G镜头。

索尼Xperia Z2镜头特写

其优势是善于捕捉场景光线，充分利用相机镜头的强大功能拍出超高解析度的图像，并拥有更高的感光度、减少噪声，确保图像平滑清晰，以更高的逼真度再现拍摄细节。

索尼Xperia Z2

索尼Xperia Z2

[参考售价] 4999元

[公司名称] 京东商城

镜头:多多益善

镜头是将拍摄景物在传感器上成像的器件，相当于相机的“眼睛”，通常由由几片透镜组成，光线信号通过时，镜片们会层层过滤杂光（红外线等），所以，镜头片数越多，成像就越真实。

手机镜头

从材质上看，镜头可分为塑胶透镜（Plastic）和玻璃透镜（Glass），玻璃透镜透光性以及成像质量要更好，但成本也更高，所以手机镜头大多由塑料镜片组成。

假若镜头由5层塑料镜片组成，我们就称其为5P（Plastic）镜头，而如果镜头由4层塑料镜片+1层玻璃镜片组成，我们就应当称其为4P1G镜头。不过由于行业对此缺乏统一的认知标准，通常会把5P镜头理解为由5层镜片组成的镜头，即使是4P1G镜头也会将其称为5P镜头。

目前市面上的手机大多采用5P或6P镜头，例如小米3就采用了5P镜头（4层塑料镜片+1层蓝光玻璃镜片），而小可乐则采用了更高级的6P镜头（5层塑料镜片+1层蓝光玻璃镜片），理论上来讲，小可乐的镜头成像更真实。

小米3的5P镜头

小可乐手机的6P镜头

小可乐手机

[参考售价] 799元

[公司名称] 京东商城

光圈:还是大了好

除了过滤杂光外，镜头还决定了一个非常重要的相机参数，光圈。

光圈由镜头中几片极薄的金属片组成，可以通过改变光圈孔的大小控制进入镜头到达传感器的光线量。光圈的值通常用f/2.2、f/2.4来表示，数字越小，光圈就越大，两者成反比例关系。

光圈演示图

它的工作原理是，光圈开得越大，通过镜头到达传感器的光线就越多，成像画面就越明亮，反之画面就越暗。因此，在夜拍或暗光环境下，大光圈的成像优势就更明显。

除了控制通光量，光圈还具有控制景深的功能。生活中，我们时常会看到背景虚化效果很强的照片，不仅突出了拍摄焦点，还具有很唯美的艺术感，而这就是所谓的景深。光圈开的越大，景深越小，背景虚化效果就更明显。

小景深（背景虚化）效果图

所以，我们在选购拍照手机时，应该优先选择光圈更大的产品。

目前市场上的手机大多采用了f2.4、f/2.2或f2.0大光圈，而联想VIBE Z的光圈则达到了f1.8，是现今光圈最大的手机。

联想VIBE Z采用f1.8大光圈

联想VIBE Z拥有前后双摄像头，其前置摄像头为500万像素，而后置摄像头达到了1300万像素（带有双LED闪光灯），并采用IMX135索尼新一代堆栈式传感器，拥有F1.8超大光圈，相比F2.2光圈镜头进光量增加了49%，可以为用户带来更好的弱光成像表现。

联想VIBE Z

联想VIBE Z

[参考售价] 1999元

[公司名称] 京东商城

ISP芯片是“大脑”

在说ISP（Image Signal Processing 中文译为“图形信号处理”）之前，我们先来了解一下手机的拍照过程。按动快门后，光线从镜头进入，到达传感器，传感器负责采集、记录光线，并把它转换成电流信号，然后交由ISP图形信号处理器（以下简称ISP芯片）进行处理，最后由手机处理器处理储存。

所以，ISP芯片是拍照过程中的运算处理单元，其地位相当于相机的“大脑”。

ISP芯片的作用就是对传感器输入的信号进行运算处理，最终得出经过线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色插值、白平衡校正、曝光校正等处理后的结果。ISP芯片能够在很大程度上决定手机相机最终的成像质量，通常它对图像质量的改善空间可达10%-15%。

ISP芯片分为集成和独立两种，独立ISP芯片处理能力优于集成ISP芯片，但成本更高。

一、集成ISP芯片

当前的手机大多采用处理器附带的集成ISP芯片，也就是ISP芯片集成在手机的处理器里。目前高通骁龙系列、英伟达Tegra系列处理器内部都集成有ISP芯片。例如索尼xperia Z2、OPPOFind5就是采用了高通处理器附带的集成ISP芯片。

集成ISP芯片的高通骁龙处理器

采用处理器配套的集成iSP芯片优势是降低了手机的研发和生产成本，但缺点是：1、优秀的处理器厂商并不一定擅长开发ISP芯片，其成像质量不如独立ISP芯片；2、无法保证与所选用的传感器契合，两者如果配合不好，对成像质量是有负作用的，这就限制了手机对传感器的选择；3、当前相同价段的手机大多采用相同的处理器，相同的处理器就意味着相同的ISP方案，这就导致严重的同质化现象。

不过这其中也有一个特例，那就是iPhone，众所周知，iPhone搭载的是自家的苹果处理器，所以，尽管iPhone采用了集成ISP芯片，但以上缺点却是不存在的。

二、独立ISP芯片

独立ISP芯片是独立于处理器而存在的，虽然成本较高，但优势也是比较明显的。除了运算能力、成像质量更优秀外，一般的独立ISP芯片都是手机商向ISP提供商定制的，所以与相机其他组件的契合度更佳，成像也有属于自己的风格、特色。

富士通MB91696AM独立图像信号处理器结构框架

目前富士通是主要的独立ISP芯片提供商，三星GALAXY S4就是采用了富士通的独立ISP芯片。

富士通独立ISP芯片

所以，从ISP芯片的技术高度而言，笔者向大家推荐的是采用独立ISP的三星GALAXY S4这款手机。

三星GALAXY S4

三星GALAXY S4内置200万像素前置+1300万像素后置摄像头，采用3.06英寸索尼Exmor RS堆栈式传感器，加入F2.2光圈，配置属一流水平。另外，GALAXY S4还支持前后摄像头取景拍照、有声拍照、动态拍照、轨迹拍照等功能。

三星GALAXY S4

[参考售价] 3266元

[公司名称] 京东商城

软件算法很重要

除了ISP芯片处理外，软件算法同样对手机成像效果起到至关重要的作用。

ISP芯片对传感器输入的电流信号进行处理后，首先会生成未经加工的原始图像，而软件算法就好比对原始图像在内部进行了一番“PS”，优化图像的色彩、色调、对比度、噪点等，最后生成我们所看到的jpg格式图片。

当然，由于每个人的PS技术和风格都不一样，所以即便是同一张照片，每个人最终也都会P成不同的风格。同理，每部手机的软件算法不同，最终的成像效果和风格也是不一样的，比如vivo手机通常会提升对比度，而iPhone则追求自然的效果。

最重要的是，如果软件算法优秀，就可以把图片优化的很漂亮。

我们都知道iPhone 5s的相机配置并不高，像素仅为800万，背照式传感器和自家集成ISP芯片在技术上虽然很优秀，但也绝不是顶尖级别，那么为何iPhone 5s的整体成像素质是最优秀的呢？这除了iPhone 5s的单个像素面积高达1.5微米外，主要归功于iPhone 5s的软件算法比较优秀。

软件算法是iPhone 5s的杀手锏

iPhone 5s

iPhone 5s

[参考售价] 4898元

[公司名称] 京东商城

闪光灯哪个好？

闪光灯是增加相机曝光量的方式之一，在暗光环境下会打亮周围景物，从而弥补光线不足，提升画面亮度。另外，在光线复杂的环境下，利用闪光灯可以去除杂光，使照片的色彩还原更为真实。

目前应用于手机的闪光灯主要有两种，LED补光灯和氙气闪光灯。

LED补光灯成本低廉、补光效果明显，在手机中的应用最为广泛，有些手机甚至还配备了双LED补光灯。普通的双LED补光灯除了使亮度增加外，跟单个LED补光灯没有实质性的区别，而iPhone 5s的双True Tone闪光灯则有很大不同。

iPhone 5S的双True Tone LED补光灯并不仅是为了提供更多的光线，更重要的是为了提供更准确的光线颜色。白色LED补光灯通常只会模仿阳光的颜色来提供光线，往往导致画面偏蓝、偏冷等色彩失实的问题，而iPhone 5s在白色补光灯下又增加了一枚琥珀色闪光灯，两者分别提供不同色温的光线，从而使光线达到平衡，混合后便获得跟拍摄场景吻合的理想画面色彩。

iPhone 5S采用双True Tone LED补光灯

氙气闪光灯是一种含有氙气的新型闪光灯，它可发出非常接近太阳光的光线，不过由于其成本较高，在手机中的应用率较低，诺基亚Lumia 1020就是采用了氙气闪光灯。

氙气闪光灯

所以，综合而言，目前较为优秀的、且适用于手机的闪光灯依然是iPhone 5s所采用的双True Tone闪光灯。不过此处笔者首推的不是iPhone 5s，而是中兴新发布的星星1号手机，它同样采用了双True Tone闪光灯和内置800万像素前置摄像头，而售价却仅为1399元。

星星1号手机

中兴星星1号

[参考售价] 1399元

[公司名称] 京东商城

总结：

写到这里，决定手机成像质量的主要摄像头组件就大致介绍完毕了，相信耐心开完本文的朋友会对手机拍照方面的知识有一个更加清晰、深刻的理解，也希望大家此后在选购拍照手机时，能够正确认识厂商所宣传的卖点，比如像素并不代表一切。

最后，由于手机摄像头方面的专业性太强，本文借鉴了很多专业网站的内容，其中的很多技术、观点，可能会存在争议，希望大家能够积极留言讨论，或关注新浪微博@SoloPhone进行交流。