影响手机拍照质量的因素综述

1、影响手机拍照质量的因素在用手机拍照的瞬间，手机内部到底发生了什么？手机成像示意图镜头IR红外滤光片CMOS芯片DSP数字信号处理器照片光线光线光线数字图像信号由多个塑料(P)或玻璃(G)镜片组成的镜头组，例如手机上常见的5P式镜头，意味着该手机镜头由5组塑料镜片构成。除了镜头组群、镜筒罩、以及镜头基座外，还包含了用于对焦以及实现光学防抖的马达IR红外滤光片主要用于消除投射到CMOS上的不必要光线，防止产生伪色和波纹，以提升解析力和色彩还原能力CMOS（互补金属氧化物半导体），表面包含大量感光二极管，受到光线照射时，产生电信号，从而完成光到电信号的转换。CMOS还会对影像光源进行自动增益补强，实

2、现自动亮度、自动白平衡、自动边缘增强、色彩饱和度、对比度等处理DSP信号处理器包括ISP图像信号处理器、JPEG编码器、USB设备控制器等结构，负责对数字图像信号进行优化处理，压缩图像并传输到存储器显示部件。镜头1、光圈2、焦距3、材质4、认证光圈什么是光圈：光圈是一个用来控制镜头进光量的部件。光圈越大，通过镜头进入到传感器的光线就越多。简单来说就是在快门速度不变的情况下，光圈越大，进光量越多，画面比较亮，而光圈小的，画面会比较暗。光圈值：光圈的大小一般用F值来表示，F=镜头的焦距/镜头的通光直径。例如我们在数码相机中常见的50mm标准镜头，如果它的最大通光直径为29.5mm，那么它的光圈大小

3、为50/29.5F1.7，也就是说光圈值越小，光圈越大，这也就是人们常常会弄混的地方。F1.8的光圈比F2.4的要大多少？理论上通过光圈的光量跟光圈值的平方成反比。比如F2和F2.8这两个光圈值，F2 也就是 2*2=4，F2.8是2.8*2.8=7.848，也就就是说F2的光圈的通光量要比F2.8将近大两倍。大光圈的优缺点可更换镜头机器上，大光圈往往伴随着的关键词是虚化，“焦内如刀割般锐利，焦外如奶油般化开”便是大光圈镜头能够为我们带来的最直观的感受。但实际 上，各个厂商关于镜头的路线图上，对于大光圈镜头的描述都是：“快照镜头”。而对于手机来说也是一样，受限于硬件条件，手机的大光圈其实并不是

4、为了虚化而 设计，主要目的还是能让手机够拥有更快的快门速度，而更快的快门速度提升了夜拍的可能性，同样的场景，光圈较大的手机凭借着大光圈能有更多的进光量，可以用更快的快门速度进行拍摄，避免照片发虚。那么手机上的大光圈能对快门速度提高多少呢?目前主流手机光圈大小是F2.2，一般宣称自己大光圈是的手机为F1.8，中间相差半档，也就是说，同样条件下快门速度能提高50%。比如 1/200 秒可以提高到1/300秒。但更大的光圈会对镜头设计产生麻烦，其他条件相同下更大的光圈边缘画质会下降的多一些。但鉴于手机拍照主要还是作为记录用，边缘画质的劣化是在可以接受范围内的。焦距什么是焦距：焦距的概念很简单。当代数

5、码相机和手机摄像头内部有个叫做感光元件（或称图像传感器）的成像组件，这枚传感器的作用就类似于胶片时代的胶卷，可实现对所摄画面光的感知与最终的成像。在相机中，焦距是指从镜头的透镜中心到成像面（也就是感光元件）的距离。从示意图中不难发现，在相同焦距下，感光元件的尺寸可以决定成像的视野范围：感光元件的尺寸越小，成像视野范围越小，反之则越大。可见，单看焦距是无法确定摄像头的视野范围的。于是摄影师们发明了“等效焦距”这样一个概念。等效焦距等效焦距即是以中高端单反中用到的全画幅感光元件（36mm24mm）为标准的焦距。为了让焦距能够统一表述成像设备的取景范围，所有其他非全画幅尺寸的感光元件都可通过焦距转换

6、系数来将其实际焦距转换为等效焦距。这样所有镜头的取景视野范围都可以用统一的值来衡量。比如说，诺基亚808PureView摄像头的实际焦距（或称物理焦距）是8mm，而其等效焦距通过换算可知大约为26mm（16:9宽高比模式下）；索尼Xperia Z摄像头的实际焦距为4mm，其感光元件尺寸比808小得多，从其感光元件面积推测等效焦距为约32mm。以此我们便能说，808PureView摄像头的取景范围比Xperia Z的摄像头要广。等效焦距长短的影响 焦距的长短并无好坏之分，只取决于用户的不同需求。不过对于手机这样的定焦成像设备而言，可能很多用户期望的还是尽可能广的取景视野，所以追求所谓的“广角镜头

7、”也可以理解。实际上，对于热爱用手机拍摄“微距”，也就是景物特写题材照片的用户而言，越是长的等效焦距由于取景范围较窄，所以画面中所呈现被摄物体的体积（或占据整个画面的比例）也就更大。这对营造小物体更具视觉冲击力的画面感而言有着广角镜头无法比拟的优势。此外，很多热爱自拍的MM要注意了，越是广角的镜头（也就是焦距越短），其畸变以及对画面产生的几何形变越是严重，所以这样的镜头如果离被摄者比较近，那么拍出来的形象并不会好看，倒会显得画面中央位置的鼻子或者嘴巴很大。所以对MM而言，要么选择焦距适中的普通前置摄像头，要么在自拍时把手伸得够长。等效焦距短优点：广角；缺点：畸变严重，画面容易产生几何形变等效焦

8、距长优点：背景虚化效果好；缺点：不利于手机做薄材质Lens一般有两种材料，一种是球面玻璃（Glass），代号为G；另一种是非球面塑胶（Plastic），代号为P，手机镜头制造商在前面用数字表示镜片数量。例如厂商们宣传的5P或6P镜片，意思就是它们的手机镜头采用的是5层或6层塑胶镜片。事实上，真正成像好的镜头理论上必须使用玻璃镜片才能够达到，比如使用4G镜片。我们知道玻璃镜片的透光率高于塑胶镜片，而且光学折射和热膨胀系数远低于塑胶，但是唯一的缺点就是制造成本高、工序复杂，在成本低廉的手机上不可能大规模采用，没有谁愿意花费高昂的代价使用全玻璃镜片。好在目前非球面塑胶的工艺在逐渐提高，基本可以满足民

9、用摄像领域。认证手机的大范围普及不过是最近十几年的事情，世界上第一台拍照手机来自日本夏普，世界上第一台千万像素拍照手机来自三星，而将手机摄像头发扬光大的的却要归功于诺基亚和索尼。不仅仅是因为它们的手机出货量很大，而是率先引入了手机镜头的认证标准。一般认为，配备标准认证镜头的手机摄像头，其拍照素质将更有保障。CMOS感光芯片1、单芯片感光面积2、单像素感光面积单芯片感光面积这里的指的主要是感光芯片的“感光总面积”，也就是摄影玩家常说的“底有多大”，尺寸越大照片总体画质越好，而且这个影响是决定性的。目前手机摄像头的“底”普遍在1/3.06英寸到1/2.3英寸之间，当然也有像Nokia 808 Pu

10、reView和Lumia 1020这样比较奇葩的机型，达到了1/1.2英寸和2/3英寸。单像素感光面积这里指的主要是单个像素在感光芯片上“分到的感光面积”，计算公式就是单芯片感光面积除以像素数量。目前市面上常见的单像素感光面积普遍在1.12m1.12m左右（以IMX214、1300万像素为例，以下将直接写为1.25m方便更加直观得对比），当然也同样有像HTC Utral Pixel摄像头那样达到4m的，当然这是特例。左图是笔者整理的部分拍照手机单像素面积对照表，方便大家查阅。从上表可以看出，单芯片感光面积大的未必单像素感光面积就大，这还要取决于像素的数量而定。那面对如此多种的组合，我们应该如何

11、去选择呢？这里我们就要将像素数量和单像素感光面积组合起来看了（由于这两者乘起来也就是单芯片感光面积，所以看一款手机的“底”有多大也是估计其拍照画质的一个粗略参考指标，至于更细致得就要看更详细数据了）。像素是否越多越好首先，在保证一定的单像素感光面积下，增加像素数量是可以提高手机的解析力的。换句话来讲，就是高像素设备会比低像素设备收集到更多的细节，你放大来看会更清晰。但是加大像素数量会带来这样几个问题：1.数据量吞吐：典型例子就是诺基亚Lumia 1020，像素高达4100W，由于其自身的ISP处理性能不够，导致其拍摄后处理时间较长影响体验，而且照片也比较占据内存空间。2.对单像素面积的妥协：由

12、于目前手机尺寸的关系，机身内部对摄像头感光元件尺寸也是有很大限制的。所以一般在提升像素数量的同时，很难再提升单像素面积，甚至是降低单像素面积，这样就会造成摄像头对光线的收集能力减弱（单像素面积越大收集到光线越多），从而造成“高感画质”变差，“宽容度”下降等问题。3.高像素的实用性：目前我们使用手机拍摄的图片基本都是在手机屏幕上观看，那么即便是19201080的分辨率也仅仅只需要200万像素。那假如有朋友需要裁剪呢？800万像素也足够你裁剪掉3/4的画面也能够满足手机屏幕的浏览需求了，而且这个像素数量也基本能够满足4K的需求（38402160等于830万像素，当然这是在你不裁剪的情况下）。所以目

13、前动辄1300万以上甚至2000万像素在实用性上看来并不好（因为高像素会损失宽容度以及高感性能）。ISP1、硬件水平2、软件算法ISP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。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、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%-

14、15%。ISP实际是两个问题，一个是ISP的硬件水平，一个是软件算法和调试。再好的镜头和CMOS，最后都是ISP处理出来的。ISP的硬件计算能力，和软件算法，最后决定照片的画质。手机上用ISP，有集成和独立的两种，集成的各家水平都不一样，独立的一般都还不错。集成ISP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、联发科系列处理器内部大都集成有ISP芯片。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

15、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。独立ISP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。目前富士通是主要的独立ISP芯片提供商软件算法除了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

16、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。闪光灯1、LED补光灯2、氙气闪光灯LED补光灯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，而苹果手机从iPhone 5s开始搭载的双True Tone闪光灯则有很大不同。双