硬核科普：手机拍照“国产品牌”是如何坐上头把交椅的

随着科技的进步，手机相机从最初的30w像素，进化到了现在的1200w、4800w、6400w甚至是1亿像素。

现在的手机最大的卖点似乎已经变成了相机，连千元机都开始凑热闹，纷纷用起了6400w像素的相机，不然总感觉落后的不行。

参数美丽，实际体验就好了吗？

同样采用IMX380的魅族15，表现就比魅族16系列，华为Mate20系列差的多。为什么同样的参数，拍照体验却天差地别，难道我们都被“虚假宣传”骗了吗？

凭什么华为稳坐手机拍照第一名，参数之外还有什么呢？

▲来自华为官网的P40 Pro 10X长焦镜头拆解示意图

▲不同于表象，智能手机的相机模组实际是由 主板（CPB）+CMOS（SENSOR）+固定器（HOLDER）和镜头（LENS）组成。上图是CMOS实物图，我们常说的1200w像素，实际上就是CMOS的分辨率，数码圈常说的IMX363、IMX586、IMX600实际上是CMOS的型号名称。

▲镜头分解示意图（图片源自网络）

一个相机镜头，往往是由多片镜片组成的（镜片分树脂和玻璃两种材质，玻璃光学性能通常更好）。镜片越多，对于光线的聚焦能力越强，成像的对比度就越高。5P镜头就能满足日常使用需求，iPhone系列很早已经用上了6P镜头。

但是也不是越多越好，通常取一个平衡的数量。由于镜片都是机器打磨，不同组合的镜片形状不同，所以会出现公差的问题。公差会带来光轴偏移，镜片数量越多，问题越严重，对厂商的品控、优化能力要求极高。

▲大底大光圈虚化效果强劲，进光量更足，画面亮度更高。但是如果镜片品质控制不好，就会出现严重的边缘劣化和畸变情况。（图片源自网络）

但是普通消费者对这些细节问题感知不强，而这些细节恰恰是手机成本大头来源，所以性价比越高的手机，通常品控和选料也会相应的放低。这些细节决定了一款手机的做工水平。

CMOS就等于人的眼睛。CMOS越大，能够“看到”的东西也就越多，画面就越亮，也就是我们常说的“底大一级压死人”。但是由于手机的空间限制，超过9mm的手机都非常厚了，所以手机拍照在先天上就是不如相机的。

旗舰手机在镜片、CMOS成本都充足的情况下，P20 Pro是如何将三星、苹果打个措手不及？

▲豪赌一把，RYYB来了

上图是目前手机CMOS的两种主流排列方式，两者之间在原理上相近，但是一个方案偏激，一个方案更加保守。

▲最主流的RGGB（iPhone、三星、OV、小米）拜耳阵列

相信大家对“柯达影像”这个公司并不陌生。RGGB的拜耳阵列，就是柯达影像的影像科学家Bryce Bayer发明的。他根据人眼的构造，发现了人类眼睛对于红绿蓝三原色中的绿色敏感度最高，设计了CMOS上分覆盖的1红色、2绿色、1蓝色滤镜的拜耳阵列。该阵列可以将CMOS收集到的灰度信号转化为彩色信息，从而使得相机成像效果最接近人眼所观测到的颜色。

拜耳阵列的工作原理

由于CMOS本身只能收集到“强度”不同的电信号，原始图像是黑白的。为了让相机最终能输出彩色的信息，就要通过CMOS上方覆盖的三原色滤镜来过滤不要的颜色，留下需要的色彩。

在镜片过滤掉会影响成像效果的红外光和紫外光，只留下我们需要的可见光谱。在2x2的像素网格中，除了红色、绿色、蓝色以外的颜色会被过滤掉。

▲由于透明的物体，只允许和自己颜色一致的光线通过，所以不同颜色的滤光片，可以过滤掉其他颜色，只留下红绿蓝三色的光线。而CMOS可以根据滤光片的位置，将收集到的不同强度的电信号转化，从而得到我们看到的彩色画面。（不懂为什么红色滤光片只能通过红色的朋友，你的初中物理需要重新学习）

拜耳阵列的缺陷

由于CMOS面积有限，进来的光线本来就很少（这也是为什么夜间拍摄画面亮度暗的原因），一个2X2的像素点之间，红色只能收集红色光，绿色只能收集绿色光，而其他颜色的光线就全部被损失掉了。就会折损掉一定的光线强度。

那么，为什么是红蓝绿的光学三原色呢？（色彩三原色是另一个概念）

▲因为不同比例的颜色相加，能够得出不同的色彩

▲“独一无二”的RYYB排列（华为）

拍照的时候，光线一暗，我们就拍不清楚画面。2016年，三星S7正式开启了“夜视仪”时代，三星旗舰手机在夜间拍照中风头一时无两，甚至能够在极度黑暗的情况下拍到肉眼看不见的画面。

2018年，华为和索尼联合研发的IMX600 CMOS上市，在4000w像素，1/1.7英寸，1.0um单位像素的基础上，豪赌了一把，用了谁也想不到的RYYB阵列。同年P20 Pro横空出世，宣告着外国厂商“垄断”手机拍照排名时代的结束。

▲底大一级压死人？那我就比你大两级（图片源自网络）

▲和RGGB相比，RYYB在2X2像素上分布的是2黄色、1红色、1蓝色，直接替换掉了绿色。RYYB的黄色像素点上可以同时通过绿色、红色两种光线。而滤光片上的红色，其实是洋红，能够通过红色、蓝色两种光线，蓝色是青色，能够通过绿色和蓝色。

此举让RYYB在进光量上比RGGB提升近40%。让P20 Pro的极限ISO达到了iPhone XS Max的64倍。

大底、高像素、高进光量直接让华为坐稳手机拍照头把交椅，很长一段时间都没有被友商打破。

RYYB的优点，同时也是自己最大的缺陷

RYYB保留了红光和蓝光，用黄光替换了绿光，进光量的确是激增。但是最终CMOS合成彩色画面，还是需要红蓝绿三色，所以只能通过算法在机内运算，“猜出”原本的绿色。此举对ISP算力要求极高，并且算法也不是容易解决的问题，一不小心就会翻车。

为了避免侵权，我们用简单的图示来模拟下色偏。

随着时间的推进，RYYB的色彩算法已经日趋成熟，IMX600超前的硬件构想，在过去2年后仍然没有被完全超越。

虽然RYYB带来了全新的构思，但是其复杂的算法和高昂的定制费用，注定了其不会变成业界主流。

2020年，“把IMX600交给其他厂家，他们能做的更好”这句话仍然没有应验，或许跟风能让你成为业界一流，但是永远无法成为世界顶尖。