【里脊】一亿像素方向对了？
一亿像素成为手机厂商的宣传热点
自从小米CC9 Pro首发三星HMX一亿像素（108MP）CMOS，一亿像素方向是对是错的争论就没有停止过：有人认为高像素能提供更高的解析力，照片拍的更清楚；有人认为大底能提高进光量，比高像素更重要；还有人认为高像素没必要，48MP甚至12MP够用就行……目前搭载一亿像素CMOS的手机越来越多，一亿像素也逐步下放到2000甚至1000元档的机型中。本篇里脊夜话来聊聊手机一亿像素镜头的优势与局限，以及未来手机影像的发展。
（一）成像原理
在聊一亿像素之前，首先要了解一下成像原理。像素是手机感光元件的基本单位，可以独立感光，再通过其他元器件将进入像素的光子转化为电子并计数，根据电子数目记录画面的亮度。进入不同相近像素的光子量有细微差别，造成像素亮度有细微差别，是照片噪点的主要来源。噪点与进入像素光子量的平方根有关，进入像素的光越多，不同像素的亮度差别越不明显，噪点就越少。当然，电子元器件也会带来少量底噪。
放大后照片的噪点
像素只能记录光线明暗，照片还需要色彩。在每个像素的上面有一层带R/G/B颜色的滤镜，滤镜只允许单种颜色通过，以四个像素一组RGGB的方式排列（图1）。以A像素为例，A的红色即为A像素的红色，绿色为上、下、左、右四个像素绿色的平均值，蓝色为左上、右上、左下、右下四个像素蓝色的平均值，最后将RGB三种颜色混合得出该像素最终的颜色，就此该像素的亮度和颜色就有了。而高像素的感光元件，就是把四个甚至九个同色像素合成为一个大像素，再将四个大像素为单位以RGGB排列，依旧靠猜色输出最终画面。
拜耳阵列
目前手机搭载的一亿像素CMOS共有四款，均由三星提供
HMX：小米CC9，小米11等，4合1=27MP
HM1：三星Galaxy S20 Ultra，三星Galaxy Note20 Ultra等，9合1=12MP
HM2：红米Note 9 Pro，荣耀50系列，vivo S10 Pro等，9合1=12MP
HM3：三星Galaxy S21 Ultra，9合1=12MP
（二）开启一亿像素的优势
①分辨率上限高，在合适的条件下可以拍出解析力更强的照片或视频，能保留更多细节，方便放大查看或后期裁切
②在主摄素质高的情况下，可以在一定程度上代替2×或3×长焦镜头
③数字大，听起来NB
（三）开启一亿像素的局限
①受光线影响很大，光线不好会导致单像素进光量过小，噪点增加，画面偏暗
②对设备要求更高，一亿像素对手机芯片算力、存储空间、后期修图的硬件要求更高
③成像速度慢，单像素单位时间进光量减少，要延迟曝光时间；芯片计算的时间也会延长
④无法开启HDR等效果
下面样张为小米11拍摄，先直出27MP，后一亿像素
下面样张为红米Note 9 Pro拍摄，先直出12MP，后一亿像素
可以看出，一亿像素的照片在色彩还原和亮度上都不如直出
（四）结论
因此，搭载一亿像素CMOS的手机通常并不会使用一亿像素模式拍照，而是通过像素多合一的方式输出12MP或27MP的照片，48MP和64MP的CMOS也是用同样的方法输出12MP和16MP的照片。只有在拍摄条件合适的时候，才可以在相机中手动开启一亿像素模式拍照。也就是说，无论手机CMOS的像素有多高，默认直出的照片都是低像素的，高像素镜头仅仅提供了一个不常用的选项而已。部分手机还可以AI超分辨率，将低像素照片变成成高像素照片。所以，挑选手机时，并不需要考虑CMOS的像素数，而要结合多个CMOS的底、光圈、焦段、防抖等参数和厂商的算法综合考虑。
就目前的量产工艺，像素不能无限做小，因此超高像素CMOS必然伴随着大底，比如目前最强的一亿像素CMOS HM3单像素0.8μm，9合1后2.4μm，拥有1/1.33英寸超大底，底最小的HM2也有1/1.52英寸。由于光学对焦的物理限制和手机厚度的限制，手机CMOS的底已经接近极限，很难造出接近1英寸的底，不能无限增加像素数量。何况机身空间有限，主摄占用过多空间会导致其他焦段摄像头空间不足。通过堆像素、造大底、凑数量提高影像能力的路在未来很难走得通。
那么，手机影像的未来在哪？
（四）手机影像的未来
①AI算法
了解手机的同学应该知道，苹果每年都用参数及其拉跨的摄像头组合稳坐手机影像的第一梯队，OV在前置摄像头众生平等的情况下自拍美颜两骑绝尘，这就是AI算法的力量。一张好照片需要合适的光线+准确的拍摄+细节的后期，而AI算法可以通过参考大量人工拍摄的照片深度学习，学会如何感光、如何调参、如何修图，一条龙服务呈现出一张照片。在同样的摄像头规格下，谁的AI算法更聪明，谁的拍照也就更好。
AI算法的提升不仅需要大量样本学习，还需要硬件的配合。AI算法依靠的是嵌入式神经网络处理器NPU，近几年手机NPU飞速发展，甚至让NPU与ISP协同运算，让AI算法更高效智能。更强的NPU和IPS、更聪明的AI算法是手机影像发展的重要突破口
麒麟9000的NPU提升巨大
②多摄合一
有细心的同学可能会发现，手机不同镜头拍出来的照片颜色、清晰度都有区别，这是由于使用的镜头不同导致的。如果能用一两颗高素质镜头覆盖更广的焦段，就能在不同焦段呈现出相同质量的照片，提高变焦拍摄的体验，同时还能节约物料成本和占用的手机空间。目前索尼Xperia 1 Ⅲ搭载了双焦段的潜望长焦镜头，小米MIX Fold搭载了长焦/微距二合一的液态镜头，都得到了不错的评价，期待未来有更多厂商开发出新的多焦段镜头
索尼 Xperia 1 Ⅲ的可变潜望长焦
小米MIX Fold的液态镜头
我是里脊，感谢阅读