我们如何让相机能打电话的？

　　在上个世纪末，可能很少有人能相信十余年后我们就能将整个世界装入口袋。如今一部轻薄的智能手机，就几乎达成了多年前近似科幻的种种想法。尤其是手机拍照性能的飞速提升，不仅仅让卡片式数码相机快速退出历史，还正以竞走般的步速，欢快且稳定地拉升人类在“记载”这种文明刚需因子的上限……

　　文明之所以称之为文明，其中象征着传承的“记载”手段同样也是文明的标志之一。而“记载”的载体，及其方式方法的演化，同样也象征着文明的进化与发展，比如说从文字到书画，从照片到影像。开篇这么大气，那么你应该想到了，本期我们要来聊的，正是手机拍照的发展史。

　　拍照手机的诞生

　　2000年3月，三星公布了一款颇具“特色”的拍照手机SCH-V200，不过这实际上只是一款内置数码相机功能的手机，也就是说相机和手机是相互独立的，用户无法通过手机编辑拍摄的照片，它们只能导入到电脑上进行查看和编辑。被公认世界上第一款内置摄像头的手机来自日本，是夏普公司在2000年11月推出的一款J-SH04，内置11万像素镜头及256色屏幕，不过由于日本通信市场的封闭性，以及夏普本身在全球手机市场的影响力不足，这款手机并未造成巨大反响。这款手机当时的售价高达500美元。这个价格放到现在，考虑汇率和CPI的因素，足够买一个128GB的iPhone 6s Plus了。

　　但J-SH04的出现让其他手机厂商发现了一条不错的创新之路。随后，真正的第一代拍照手机在2002年登陆全球市场，以诺基亚7650、索尼爱立信T68i等为代表。由于诺基亚7650还是一款拥有2.1英寸屏幕、104MHz处理器的智能手机，再加上30万像素的摄像头，总体素质超过竞争对手，所以在一些老用户心中，它也是中国市场中第一款拍照手机。

　　2003年，松下发布了一款独特旋转设计的手机，可以侧面360度旋转，也可以向后旋转180度进行自拍。其中最引人关注的是首次配备了自动聚焦功能。在数码相机模式下，通过半按机身侧面的快门按钮，自动聚焦功能就会对中间部位的拍摄对象进行自动聚焦，直接按动即可拍摄。虽然约需1秒钟才能完成聚焦，不过从约5cm至无限远均可自动聚焦。拍摄特写时即便不切换到特写模式，也可自动聚焦。这一技术的出现，也加速了手机拍照的发展。同年4月，夏普发布了它们的新的旗舰拍照手机J-SH53，首次将手机的像素提高到百万级别。它配有100万有效像素的CCD摄像头，可拍摄最大分辨率为1144×858的照片，2.4寸的26万色QVGA像素CGS屏幕，32和弦铃声，支持MP3播放和SD卡扩展功能。在当时，SD卡扩展功能对于拍照手机的意义重大。因为那时候手机机身内存容量都很小，一部手机里最多放几十张照片。有了SD卡扩展功能后，手机拍照也变得如虎添翼了。

　　随后，拍照手机便进入了高速发展阶段，搭载100万像素摄像头的机型层出不穷，但是真正的技术革新，这是由索尼爱立信K750i带来的。这款在2005年发售的机型，不仅拥有200万像素的传感器，也首次集成了自动对焦系统和氙气闪光灯，拍照效果更清晰，让手机拍照体验首次接近数码相机。而同期的诺基亚则推出了N90，搭载3倍光学变焦镜头，也是令人感到眼前一亮的机型。可以说从此时开始，手机拍照进入像素大战时代。

　　第一次像素大战

　　2006年，三星发布了首款像素超过千万的手机SCH-B600。这款手机是全球首款内置1000万像素摄像头的拍照手机，拥有3倍光学变焦和5倍数码变焦，并具备闪光灯、自动对焦等功能，快门速度最高可达1/2000秒。不过与其说它是一款手机，不如说它是拥有电话功能的数码相机，或者说它就是一个杂交品种。

　　2007年，像素大战持续升级，以诺基亚N95为代表的机型，不仅内置了500万像素自动对焦摄像头，还支持3.5G网络、GPS等最前沿的技术，智能拍照手机的雏形已经诞生，这款机皇也代表了诺基亚的全盛时期。同年，iPhone一代目问世，200万像素后置摄像头也只不过是当时的主流配置，在iPhone时代初期，苹果并不以拍照实力见长。

　　在之前这个时期，手机厂商也曾将数码相机传感器和镜头移植到手机中，让手机拥有更高的像素和光学变焦能力，视频拍摄分辨率也随着手机处理器的性能提升而提升。但总体而言，拍照手机发展初期其实是与整个手机行业的进化同步的，不仅仅是摄像头，其他部分如屏幕、处理器都在不断进化。当然，手机类型还以功能机为主，即使勉强可以称为“智能手机”的诺基亚Symbian机型，实际上也没有太多的拍照应用。直到接下来iPhone与Android的时代，手机拍照的革命才正式开启。

　　拍照圈的革命

　　既然说到了iPhone，那么自然得重点来讲一讲。第一代iPhone到iPhone 3G都只有一个固定焦距的200万像素后置镜头，它们没有闪光灯、光学焦距及自动对焦，不支持拍摄视频。如今说起这些，你恐怕都很难相信，苹果当年是有多么不看好用户对于手机拍照的需求。相比之下，几乎同期的HTC Dream（T-Mobile G1），摄像头达到了315万像素，并且支持自动对焦，只是同样不支持视频拍摄。

　　到iPhone 3GS之后，随着3G网络的快速普及，移动互联的分享精神扩散到生活的方方面面，苹果也开始加强了iPhone的拍照表现。iPhone 3GS升级到320万像素镜头，支持自动对焦、自动白平衡、自动微距，可拍摄640×480短片。短片可以于iPhone上裁剪，并直接上传到YouTube、MobileMe或其他网络。拍照手机的第二次革命可以追溯到苹果推出iPhone 4，这款拥有500万像素的智能手机，不仅通过iSight传感器实现了惊人的拍摄效果，同时得益于iOS平台应用的井喷式增长，大量拍摄、分享应用迸发，让用户养成了随拍随发的使用习惯，同时也拉动了Android平台，诸如三星Galaxy S系列，都受到了用户的追捧。

　　Ti ps：前置镜头的发掘者

　　同样也是在2010年，苹果iPhone 4、HTC Evo 4G等一众机型慢慢开始让前置摄像头变成标配（实际上早在2003年索尼爱立信就推出了第一款配备前置摄像头的手机Z1010）。不过这时的前置摄像头在国外市场，更多是作为视频通话来使用，像素值通常在30万到130万之间。实际上真正发现前置摄像头用于自拍，并且首次响亮提出专以自拍为主打卖点的，是OPPO在2012年左右推出的Ulike系列。这才让许多人发现原来手机用户还有这样的需求。而时至今日，中国手机品牌至少在自拍方面仍然属于领跑者。

　　好了，暂时放下水果家。同期的诺基亚也推出了拥有1200万像素的N8，这款手机从拍照方面来看至今仍不过时，但是由于Symbian系统的滞后，并没有获得用户的肯定。之后在2012年，全球第一款配备4100万像素卡尔蔡司摄像头的手机808PureView问世。它同样来自诺基亚，曾经手机领域的霸主，808Pur eV iew也是最后一款诺基亚开发的Symbian手机。次年Lumia 1020移植了808 PureView的4100万像素传感器，仍然可以实现“无损变焦”的效果，同时Windows Phone平台相对Symbian来说更为强大，拍摄体验和软件应用都要更出色。4100万像素，在当时简直如同一个神话，即便放在5年后的今天，也是需要仰望的存在。不过，这依然无法挽救诺基亚在移动互联时代的颓势，它用一场滑铁卢式的失利再次告诉世界：站队是多么重要！

　　拍照素质全面升级

　　从2013年开始，智能手机进入高速发展的黄金时代，手机拍照相关的各项技术开始全面爆发。先来看看当时的各路巨头，HTCOne主打“UltraPixel”大像素面积的概念，牺牲像素换取进光量，来实现更好的暗光拍摄效果。索尼主打整合概念，首次将索尼影像的“G”镜头和BionZ图像处理引擎整合到Xperia Z1手机中，带来强大的画质表现。三星移植了数码相机1/2.3英寸1600万像素传感器和10倍光学变焦镜头的Galaxy S4 Zoom，相比起更像是相机的Galaxy Camera系列，市场反馈也并没有太好。再之后，还有来自OPPO有趣的N系列，翻转摄像头的花样几乎玩到了极致。

　　在这一时期虽然各家为了实现差异化，进行了各种创新的尝试，实质上手机拍照仍是以第二轮的像素竞赛为主旋律，这一点已无须赘述。从500万、800万、1200万、1600万到如今主流旗舰机型的2000万像素，即便是在近几年手机处理器等核心组件几乎触顶的情况下，我们依然可以看到，手机的拍照表现依然保持着稳步前进。不过有意思的是，多人并不知道，二次像素大战背后的主角却是CMOS技术突飞猛进的索尼。从背照式到堆栈式，再到此后对焦性能的大幅提升，都得益于索尼IMX系列传感器模组的升级。关于像素和传感器尺寸其实在今天看来并非决定拍照体验的首要因素，因为在当时的像素大战中，厂商和用户都开始慢慢发现，如何快速拍出一张清晰的照片，才是最关键的。而这就要从对焦性能和防抖性能来说起。

　　早期手机都只支持反差对焦，因为单反相机都是利用五棱镜、反光板等复杂结构，让光线进入对焦模块中才支持相位对焦的，可手机的空间完全不够用。所以LG等厂商用激光对焦来曲线救国，通过激光测距来选择焦平面的位置，但是激光对焦有效距离太近，并不实用。其实索尼微单早就部分支持了相位对焦，用的是在CMOS上集成相位对焦像素的方法，后来在手机CMOS中也采用了这一设计，但是因为对焦像素数量有限所以只有一部分区域能相位对焦，于是后来出现了IMX362这样1200万个像素都有专属相位对焦像素的CMOS，画面中所有像素都能支持相位对焦。在iPhone 6上首次搭载的相位对焦，现在成了旗舰机的标配。

　　而在光学防抖出现之前，其实手机也是有防抖的，但基本都是电子防抖，也就是后期对于图像进行补偿，起到的作用非常有限。而光学防抖镜头中有一块镜片模组是可以通过四周的磁力装置来进行位移的，在陀螺仪检测到抖动的时候，防抖镜片就会进行进行位移，使光路仍然能落到CMOS原来的位置上，不然可能在快门开启的数百分之一秒内，同一条光路就会打在CMOS的不同位置，造成拖影。并且从防抖出现一直到现在，光学防抖模组也经历过几次升级，从两轴光学防抖到三轴（除了上下左右还有前后位移的补偿），再到后来的四轴防抖（倾斜角度），而五轴防抖之后到了索尼Xperia XZ有开始配备。除了防抖轴数，原理上也有升级，OPPO就在R9s Plus上把磁力驱动升级为滚珠式滑轨防抖。

　　后像素竞争的理性

　　其实各家厂商在手机拍照上的发展和竞争思路，总体来说可以总结如下，先是以配置参数定高低，认为高像素即是胜负手；此后挖掘出用户在快速抓拍的痛点，强化对焦和防抖能力；继而将重点放在解决暗光拍摄的痼疾，进一步拉升传感器尺寸、光圈，并优化逆光算法；此后，凭借双摄来实现更精细的画面捕捉与景深采集，力求让手机人像拍摄表现向单反靠拢。

　　当然，上面所说的都仅仅是Android阵营，各家厂商回归理性其实更主要的原因在于iPhone给了所有人一记耳光。在Android一系猛飙像素、传感器和镜头镜片时，越来越多的人发现反而像素数值始终落后的iPhone反而在成像效果上更好，其根本原因就在于ISP（图像信号处理器）和算法。各家原本在图像处理方面积累不足的弱势，因为iPhone 5s仅仅800万像素的对比下，暴露无遗。苹果每年上千万美元专用于图像处理上的研发费用，及其在Mac软件体系下的多年积累，一度让Android一系也不得不承认，手机拍照实际上应该是得算法者得天下。

　　无论是逆光拍摄，还是人像自拍，无论是暗光体验，还是复杂环境，所有的成像都离不开算法。HDR、多帧合成等增强画质的功能也都是依靠软件来实现的，诺基亚Preview、HTC UltraPixel就是基于算法的技术。而在双摄时代，黑白CMOS之间的配合，背景的虚化功能，也都离不开软件算法的调教。在iPhone 6时据传苹果的算法已经足以支持上千种复杂环境下的优化，而其他绝大多数竞争对手所支持的大多只有苹果的1/5。

　　双摄为王

　　最后来聊聊双摄。2011年 LG发布了全世界第一台双摄像头手机LG Optimus 3D，也就是LG P925。它的亮点在于机身背后的双摄像头通过偏振技术合成 3D 影像。虽然在当时双摄像头的噱头远大于其实际使用意义，但是双摄像头也为这款手机赚足了眼球。与之类似的还有HTC Evo 3D和后来的One M8。随着智能手机配置的提升和更高效的图像处理器技术，许多智能手机开始增加摄像头的质量，用两个中端摄像头代替一个顶级摄像头，再加上强大的后期处理，来提升拍照质量。

　　比如G G5使用的普通+广角双摄像头配置是曾经一种比较流行的组合，并且延续到了G6和V系列旗舰上。而华为与莱卡合作的双摄像头，则分别是一个黑白镜头加一个彩色镜头，改善了HDR效果，并且能够减少噪点。这项技术也被使用到了旗下的荣耀系列机型上，就连苹果都开始在iPhone 7 Plus上使用了双摄像头技术。到眼下最新如vivo X20与OPPO R11s等新品，则是以一个负责拍摄一个负责景深的模式出现，它们同样因为在双摄上的苦心孤诣，而获益良多。

　　在手机产业链中硬件和算法的快速进步，让智能手机的清晰度和图像质量都得到了明显的提升，而双摄像头的加入让智能手机的拍照效果进一步缩小了与单反相机的差距（其实依然还远，不过不再是遥不可及）。我们也有理由相信，手机拍照，会越来越美好。

　　文/解晓峰