手機(jī)影像技術(shù)2020年度盤點(diǎn)：邁入功能擴(kuò)展時(shí)代

薛山

硬件進(jìn)化相對(duì)平淡，多攝打入低價(jià)市場(chǎng)

據(jù)投資機(jī)構(gòu)“Mirae Asset”數(shù)據(jù)顯示，2020年的圖像傳感器市場(chǎng)份額有81.6%是由手機(jī)產(chǎn)品線占據(jù)，預(yù)計(jì)到2024年整個(gè)數(shù)字會(huì)增大到84.3%，排名第二的平板電腦占幅在5%左右，傳統(tǒng)的單反/微單相機(jī)占幅只有1.3%～1.5%，考慮到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)受規(guī)模效應(yīng)影響，這意味著整個(gè)影像行業(yè)的發(fā)展重心已經(jīng)完全轉(zhuǎn)移到了手機(jī)端。

今年的國(guó)產(chǎn)CMOS實(shí)現(xiàn)了比較重要的突破，搭載豪威科技OV48C CMOS的小米10至尊紀(jì)念版在8月拿下了DxOMark的榜首位置，打破了索尼、三星的壟斷地位，這顆1/1.32英寸4800萬(wàn)像素的CMOS單像素邊長(zhǎng)1.2微米，沒(méi)有追求像素分辨率的極致，取了功能與性能的折中，并且2x2像素合并也很方便實(shí)現(xiàn)14bit單幀HDR，并且可輸出8K視頻，功能已經(jīng)完全不遜色國(guó)際一線產(chǎn)品。

回首2018/2019年的手機(jī)影像市場(chǎng)，既有華為領(lǐng)銜的RYYB色彩濾鏡陣列、潛望式長(zhǎng)焦攝像頭，也有三星1.08億超高像素，還有不斷縮小，甚至已經(jīng)摸到0.7微米邊長(zhǎng)的超小像素設(shè)計(jì)……市場(chǎng)細(xì)分好不熱鬧，但企業(yè)的最終目的還是賣貨盈利，這樣才能形成繼續(xù)研發(fā)的正循環(huán)，所以在這番創(chuàng)新力井噴之后，2020年的手機(jī)影像硬件變革力度顯得小了很多，很少再聽到特別生猛的新技術(shù)出現(xiàn)，各大廠商都在求穩(wěn)增銷量。

雖然受新冠肺炎疫情影響，各大數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)都認(rèn)為2020年全球手機(jī)出貨量將下滑近10個(gè)百分點(diǎn)，但影像傳感器出貨量依然有7%的年增率，出現(xiàn)這種情況的原因就是多攝方案的復(fù)雜化和價(jià)格下探，主流出貨的千元級(jí)市場(chǎng)也開始出現(xiàn)如Redmi K30這種后置4攝+前置2攝的組合，甚至還有不到千元就配備后置3攝的機(jī)型，雖然這類機(jī)型很多會(huì)采用百萬(wàn)像素級(jí)別的景深攝像頭來(lái)“充數(shù)”，但事實(shí)上早在去年，這種200/500萬(wàn)像素的傳感器就已經(jīng)供不應(yīng)求，多次漲價(jià)，這也說(shuō)明廠商為力推多攝方案下足了決心，據(jù)上游信息顯示，鏡頭模組供應(yīng)鏈需求量從2018年的37億個(gè)增加到了55億，2024—2025年可能會(huì)達(dá)到80億，顯然是一個(gè)巨大的增量市場(chǎng)。

ToF/LiDAR成為創(chuàng)新新思路

當(dāng)下的手機(jī)CMOS市場(chǎng)正處于技術(shù)沉淀、市場(chǎng)消化的階段，很多2018-2019年出現(xiàn)的技術(shù)其實(shí)并沒(méi)有特別受用戶追捧，大家反倒是很冷靜地守在中規(guī)中矩的主流規(guī)格上，畢竟手機(jī)影像功能的應(yīng)用重點(diǎn)還是低門檻和高效率，在這種大環(huán)境下想要?jiǎng)?chuàng)新，另辟蹊徑就成了必然，而具備深度檢測(cè)功能的ToF/LiDAR就成了新寵兒。

以iPhone為例，蘋果在最新的iPhone 12 Pro系列上加入了LiDAR光學(xué)雷達(dá)，它的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，發(fā)射器會(huì)發(fā)射出激光，在觸及物體后反射回來(lái)被接收器捕獲，以這個(gè)發(fā)射/接收的時(shí)間差乘上發(fā)射光的速度再除以2，就能算出與物體之間的距離，也就是ToF（飛行時(shí)間）測(cè)量方式。與安卓端可見的ToF只能測(cè)量單點(diǎn)物距不同，固態(tài)LiDAR工作時(shí)會(huì)快速發(fā)射一大片光線，能在同一時(shí)間內(nèi)獲得數(shù)量較多的距離數(shù)據(jù)，再加上使用皮秒級(jí)時(shí)間分辨率的dToF（直接測(cè)量飛行時(shí)間），工作效率很高，與此同時(shí)這意味著蘋果供應(yīng)鏈在單光子雪崩二極管和時(shí)間/數(shù)字轉(zhuǎn)換器這兩個(gè)dToF的關(guān)鍵部件投入了很大研發(fā)改進(jìn)，不過(guò)受體型限制，iPhone和iPad上的固態(tài)LiDAR掃描范圍較小，最大也只能測(cè)量5米范圍的物體距離，可滿足家用需求。

iPhone之所以要配備LiDAR，最重要的目的是為了布局AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，因?yàn)锳R需要結(jié)合周邊的現(xiàn)實(shí)世界來(lái)添加虛擬內(nèi)容，需要LiDAR收集周圍環(huán)境的深度信息來(lái)實(shí)時(shí)渲染。事實(shí)上蘋果在這方面的布局很早就開始了：2017年就推出ARkit的開發(fā)套件，讓開發(fā)者們利用設(shè)備后置攝像頭來(lái)做AR應(yīng)用?，F(xiàn)在LiDAR的加入，可以讓這些AR應(yīng)用更加精準(zhǔn)和生動(dòng)，比如iOS系統(tǒng)里面自帶的測(cè)量?jī)xApp，現(xiàn)在可以算出具體的數(shù)值，通過(guò)宜家的App也有了更詳細(xì)的室內(nèi)環(huán)境空間數(shù)據(jù)，更好模擬出擺放了新家具后的情況等等。除此之外LiDAR和ToF都是主動(dòng)對(duì)焦機(jī)制，這意味著即便在黑暗環(huán)境中也能準(zhǔn)確輔助對(duì)焦，這一點(diǎn)在關(guān)于iPhone 12 Pro Max的測(cè)試中我們就深入地測(cè)試過(guò)，相對(duì)前代的進(jìn)步很明顯。

根據(jù)ToF上游英飛凌的預(yù)測(cè)來(lái)看，2019年ToF市場(chǎng)為9700萬(wàn)歐元，到2020年可增長(zhǎng)至1.09億歐元，隨后將進(jìn)入快速攀升的階段，2021年預(yù)計(jì)可達(dá)2.51億歐元，2023年更是膨脹到10億歐元的級(jí)別，測(cè)距范圍也將擴(kuò)展到10米且具備超過(guò)4萬(wàn)個(gè)深度點(diǎn)，并且模組體型也會(huì)持續(xù)縮小，且有機(jī)會(huì)融合到CMOS工藝之中，未來(lái)還是挺值得期待的。

成像算法是未來(lái)發(fā)展的絕對(duì)核心

如前文所述，硬件上的進(jìn)化幅度正在持續(xù)放緩的過(guò)程中，但軟件算法的天花板還非常高，去年華為P30系列的超級(jí)夜景可以說(shuō)是引爆了全網(wǎng)討論，大家都在拼了命地找沒(méi)有光照的地方做測(cè)試。而Mate 30的7680fps超慢動(dòng)作同樣在短視頻平臺(tái)形成了轟動(dòng)效應(yīng)，所有人都在找那些快速移動(dòng)的物體拍拍拍……算法帶來(lái)的新鮮感遠(yuǎn)比硬件技術(shù)要多得多。

在2020年來(lái)看，有著閉源系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的蘋果還是走在了最前面，比如去年伴隨iPhone 11系列發(fā)布的Deep Fusion功能，采用人工智能算法，在還沒(méi)按下快門時(shí)就已經(jīng)捕捉4張短曝光照片和4張不同曝光的照片，按下快門時(shí)會(huì)拍攝1張長(zhǎng)時(shí)間曝光照片，最后會(huì)自動(dòng)選擇細(xì)致的短曝光照片進(jìn)行合并，自動(dòng)將畫面中的噪點(diǎn)進(jìn)一步處理，細(xì)節(jié)也會(huì)來(lái)得更細(xì)致，不過(guò)拍攝時(shí)間也會(huì)增加（需要1秒），連同照片容量也會(huì)變得更大。而在今年iPhone 12時(shí)代又有了新變化，不僅廣角鏡頭支持夜景模式，前置攝像頭也支持Deep Fusion自拍，與此同時(shí)還增加了全新的4K60p 12bit杜比視界HDR視頻模式，并且在隨后還會(huì)增加ProRes RAW輸出……這基本就為手機(jī)影像算法的發(fā)展方向定下了基調(diào)。畢竟手機(jī)拍HDR視頻的好處是可以直接生成最終編碼，不需要LOG調(diào)來(lái)調(diào)去，而且自帶屏幕峰值亮度和色域越來(lái)越高，不需要另配監(jiān)視器掛LUT，既方便又低成本。

編輯觀點(diǎn)

總體來(lái)說(shuō)，今年的手機(jī)影像技術(shù)變化是線性的，而且基本還是以iPhone為中心點(diǎn)，除了上述的進(jìn)步之外，iPhone 12 Pro Max還加入了CMOS防抖技術(shù)。而安卓平臺(tái)因?yàn)槿鄙倭巳A為這個(gè)最大的玩家，所以并不像往年那樣充滿了“刺激”，但對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)這也不一定是壞事，因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)基本都趨于成熟，不再需要過(guò)多擔(dān)心自己是不是當(dāng)了廠商試驗(yàn)新技術(shù)的“小白鼠”，關(guān)于新技術(shù)優(yōu)劣的爭(zhēng)論也少了很多，考慮到整個(gè)市場(chǎng)還正在復(fù)蘇階段，影像相關(guān)的技術(shù)以求穩(wěn)為主并沒(méi)有什么問(wèn)題，新東西還是明年再接著觀望吧。