玩了这么多年手机，你知道手机是怎么拍照的吗？

yongbuzai

1975年，在美国纽约罗彻斯特的柯达实验室中，一个孩子与小狗的黑白图像被CCD传感器所获取，记录在盒式音频磁带上，这是世界上第一张数码照片。
图片 | gigazine.net

  |/ k/ s. B; J' g得益于感光元件的发展，2000年的时候，数码照相功能被搬到了手机上，人人都是摄影大师的时代到来。但玩了这么多年手机，你知道手机是怎么拍照的吗？
手机主要从3个核心角度完成拍摄：看远近、辨明暗、识颜色。
% O1 k% y# V0 h3 d' }. x看远近
& Q" H! T" @0 U- A0 w3 O, d镜头是什么？最简单的镜头就是一个凸透镜。光学概念上，改变凸透镜最佳成像距离的方法有两种：改变透镜的焦距或者改变透镜到感光元件的距离。手机使用马达控制镜头和感光元件之间的距离，以此来实现对焦。
真正用在拍摄中的镜头，不会只有一个凸透镜，通常还会有多个凹透镜或非球面镜，来矫正光学畸变。
现在的很多手机也会有多个镜头
在知道手机摄像是如何辨明暗之前，我们先了解一下什么是像素。
0 H" N/ t) N+ i& j5 `像素是图像的基本单位，它们通常以点或方块的形式显示，呈棋盘网格式排列。每个像素都有确定的位置和颜色值，照片就是像素点的二维集合。在没有经过有损的压缩，或镜头合适的前提下，单位面积内的像素越多代表分辨率越高，所显示的影像也就越接近真实物体。
感光元件的作用就是确定每个像素点的明暗值。手机内使用的感光元件是CMOS芯片，由数百万个互补式金属氧化物半导体组成的像素阵列，一个半导体就是一个像素点。当暴露在光下时，CMOS可以感应光线，产生与光强度成正比的电荷，通过测量电荷，就可以获得像素的光亮数值，也就得到了图像的灰度。
0 T0 u; c* \8 K, w识颜色
" J# `. h( O3 B2 T4 u. H& c5 v图像的灰度已经确定了，那么该如何获得物体的颜色呢？
5 K& k2 r* ~! X- H5 g! ^2 N& R* f* ~在每个感光元件上都覆盖一个红、绿或蓝色的滤光片，组成一个彩色滤色阵列，这个方阵被称为Bayer Filter (拜尔滤色镜)。这个滤光片阵列让每个像素只呈现一个单原色，处理器接收到的数据图像其实是一个三色棋盘。但是经过拜尔滤色镜的光是有缺失的，如果直接输出，将会得到如下图片：
. ~, e7 w9 t  i- a7 Y& g" W这咋跟妈妈牌毛衣似的，保真度也太差了。这个时候，就需要靠数字信号处理器(DSP)进行色彩还原了。怎么还原呢？按照“近朱者赤，近墨者黑”的法则。如果绿色滤光片覆盖像素，我们需估计该像素的红色和蓝色分量，绿色像素附近必定有红色（蓝色）像素，只要取周围红色（蓝色）像素的平均值就好。
图片 | Wikimedia Commons
5 P+ T6 `6 k2 e3 r; bDSP将处理过的数据编码为手机所支持的图像、分辨率等数据格式，然后存储为图像文件，写在手机存储器中，我们也就得到了一张高保真的照片。
一个酷炫的光线测试
3 ^$ D( ^; n2 L2 E: r; p# |7 U手机摄像能够模拟人眼，将光信息转化成电信息，再通过处理器最终输出一张高清照片。但在光线不足的时候，手机又该怎么看远近、辨明暗、识颜色呢？
我们做了一个光线测试，将同一个镜头放置在不同的光线环境中，看看TA的表现吧~
视频里我们一共做了7个实验，并且用OPPO Reno拍摄了7张照片↓
左滑查看图片
7个现象所需要的灯光是不一样的：氯糖反应、鲁米诺和焰色反应，因自身发光，不需要额外的灯光，环境较暗；黄金雨和碘都是晶体，为了让他们闪耀起来，需要给一束光；氢氧化物沉淀和颜料色彩较多，需要较明亮的环境光才能拍清楚细节。
0 \" T* k0 t: ]3 L* m+ T/ Y& L 鲁米诺拍摄花絮，光线较暗
如此高清的照片，OPPO Reno是怎么做到的？
+ E3 M' S4 H( Z8 o  \. S' V9 n8 E我们知道，在暗光下提高拍照质量一般有三种办法：提高CMOS芯片的感光能力、增大光圈、延长曝光时间。
% `) R3 c' e6 s( p. Q9 m% D- [OPPO Reno为了拍出更美的夜色，不仅在镜头、CMOS芯片、光圈上精益求精，还配备了全新的复合多帧算法，通过合成多张照片，呈现出更好的光影效果。
! Q$ a- w; X+ {7 T: c0 n第1招：提高感光能力
OPPO Reno主摄采用索尼IMX586， 1/2英寸大尺寸sensor，容纳4800万个光敏元件，翻译成人话就是4800万超清像素。另外为了扩大单个像素感光面积，索尼IMX586将4个像素点作为一组，可以提高手机的感光度。在暗光环境中，OPPO Reno能够捕捉到更多的光线，看清“暗物质”，让画面更清晰。
6 \, K& Q" [7 L3 G图片 | sony.net
4800万像素的主摄+1300 万潜望式长焦镜头+800 万超广角镜头的三摄组合，造就了OPPO Reno的10倍光学变焦，让你看得更远。
第2招：增大光圈
光圈，其实就是镜头的“瞳孔”，控制着进光量。当环境光强烈时，我们的瞳孔会收缩变小，上下眼睑也会适当合拢，尽量减少光线进入；而当环境光变弱时，瞳孔就会扩大，配合睁大眼睛的动作，增大进光量。
眯眯眼 | giphy.com
$ o3 c) y( M) X, _3 f# d同理，在光线不足的环境下，可以通过扩大光圈的方法来满足拍摄需求。OPPO Reno采用F1.7超大光圈，让进光量更多，在黑暗的环境中也能拍出明亮的照片。
OPPO Reno拍摄的夜景
同时，因为进光量的增加，快门可以变得更快，运动的物体也就可以被镜头凝固下来。比如idol魅惑的舞姿，比如舍友傻fufu的样子，比如白鸽略过的剪影，OPPO Reno都能帮你抓拍。
5 a% h8 @; @, R5 \, y- {( R3 T1 m随着光圈孔径的增加，背景光点弥散圆的直径成比例地增加，虚化程度加强，景深变得更浅，分分钟拍出摄影大片。
, J% B+ V# w& v, D光圈越大，景深越浅，背景越模糊
第3招：复合多帧算法
一般意义上，延长曝光时间可以增加进光量，让照片在 CMOS感光能力和镜头光圈大小一定的情况下曝光充足。在拍摄夜景时，曝光时间有时候可以长达数秒。但夜景中明暗差距大，很容易出现亮处过曝或暗处曝光不足的情况。
OPPO Reno为了让每一处曝光合适，采用复合多帧算法，合成连续拍摄的多张照片，汲取最准确的画面，扩大曝光的动态范围，真实地展现现实世界的明暗对比。
同时，复合多帧算法还能减少噪点，使画质更纯净。在手持模式下，一张夜拍照片有5重曝光，三脚架模式更是多达17重曝光。
以往的夜拍，城市和人像只能二者保一，要么是夜景明亮人像泛白，要么是人像清晰夜景模糊。OPPO Reno可以对人和景进行分区处理，甚至还会针对人像进行肤色保护，避免晚上人脸惨白，还原你真实的美丽。
OPPO Reno拍摄的人像
; ^4 h9 U. p& Z; e. q: h8 {不仅如此，OPPO Reno的三摄组合还内含OIS光学防抖技术，可以说是手抖星人的必备神器了。
在这么多技术的加持下，OPPO Reno就可以真实地还原夜色之美了。
1 z$ Z/ z  ]. x% C) v% }. tOPPO Reno拍摄的夜景
3 x+ i. Z: s& C7 y% Y# V% N参考资料：
[1] Cosmology: The Study of the Universe. Universe 101: Big Bang Theory. NASA. 2010-12-10
[2]吴钢. 《摄影史话》. 中国摄影出版社. 2006. ISBN 7-80007-955-4.
" W! O. V3 k  z1 p. p[3]翟锦文. 《写我心情—数码摄影基本技法示范》. 中华书局(香港)有限公司. 2006
[4]James R. Janesick. Scientific charge-coupled devices. SPIE Press. 2001: 4
[5]The History of Kodak Roll Films. 2016
[6]Wei Tang. RuiWang. Tingfeng Wang, Outfield experiment of semiconductor laser jamming on color CCD camera.Optik Volume 173, November 2018:185-192
[7]"3CCD colour advantages -AT". www.adept.net.au. Retrieved 11 April 2018.
[8]Jeff Mather. Adding L* to RGBG. 2008.
* X2 s8 {2 O* |- P[9]W.Snoeys.Monolithic CMOS sensors for high energy physics. Elsevier B.V. 2019,924:51-58
$ V% Q' v* m/ d5 B" U6 O; U[10]https://web.archive.org/web/20061016105340/http://www.myanimator.com/research/hdri_ibi/tutorial/index.html
[11]Xiaofei Pan, Jiaqi Zhang.HDR video quality assessment: Perceptual evaluation of compressed HDR video. Journal of Visual Communication and Image Representation.2018, 57: 76-83
# n- _3 a) y" E[12]https://blog.csdn.net/shiyimin1/article/details/81607693
3 q) G* l% E( {* \[13]Wadman, Bill. The Difference Between Dynamic Range And Latitude. The Phoblographer. 2014
4 ?/ E) C- I/ b: I# w5 s[14] https://gigazine.net/news/20080509_first_digital_camera/
9 l$ Z9 ?: C- ?: m8 x1 ^
7 h3 v2 I* e( T) O1 y' s# J& W来源：http://www.yidianzixun.com/article/0LqnJCjE
1 {7 P+ y, P) N3 b; T+ K免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！