拆解华为P20 Pro摄像头 看如何突破手机拍照极限

rinchy人工智能 移动终端2018/06/02

智东西(公众号:zhidxcom) 文|Rinchy 在这个时间和空间都被极度压缩的时代,一切事物的运行速度必 […]

智东西(公众号:zhidxcom)
文|Rinchy

在这个时间和空间都被极度压缩的时代,一切事物的运行速度必须加快以满足人们日新月异的需求,手机行业也不外乎如此。对于手机,大多数人关注的外观设计、屏幕、电池等硬件领域都在现有技术条件下无法快速实现突破,以适应手机迅速更新迭代的需求,而还有众多提升空间的手机摄像头在此环境下异军突起,使得手机制造商们纷纷聚焦于此。

于消费者角度,社交媒体的兴起等因素促使人们形成对“美”与“分享”的新认知。手机中摄像头的使用频率急剧提升,相关的图片处理应用也随之受到人们的亲睐。

作为世界上三大手机制造商之一的华为也免不了顺应这一风潮,开始在手机摄像头上做文章。两个月前,华为新发行的P20 Pro,以摄影功能为亮点,推出了首款采用三个摄像头装置(后文中简称为:三摄)的智能手机,同时搭载AI功能。法国知名相机测评平台DxOmark对其摄像头功能的评分,超越当下所有手机,包括 iPhone X、Google Pixel 2、三星Galaxy S9 Plus。该平台还称,这款手机为智能手机的摄像头装置设定了新的行业标准。

我们通过对华为P20 Pro的拆解解读,并且对华为手机摄像头的算法负责人进行采访,深度分析了三摄的实现方式与软硬件方面的创新点,还有其未来的走向。

一、 拆解手机看三摄

美国著名的拆解网站iFixit公布了对华为P20 Pro的拆解细节。被拆解前的摄像头是这样,优雅的紫色中点缀着闪亮的眼睛,十分萌:

华为三摄1_gaitubao_com_640x400

当打开手机后壳后,我们看到的摄像头板块是这样:

华为三摄2_gaitubao_com_640x400

相比于其他安卓手机,华为设计了更小的主板和更宽的电池。这三个摄像头被设计成了一个模块,并紧紧地连接在主板上,而且闪光灯模块也被拖拽着。后置的三摄只设计了两条排线,其中,主摄像头与黑白摄像头共享一条排线,而长焦摄像头则拥有一条单独的排线。

华为三摄3_gaitubao_com_640x400

从侧面看,可看到这三个摄像头的厚度,左边的是2000万黑白摄像头,中间的是4000万广角摄像头,右边的是800万长焦摄像头。
华为三摄4_gaitubao_com_640x400

三摄的相机规格为:

除了常规的双摄之外,华为加入独立的长焦镜头,使得手机的拍摄体验更加丰富,可以拍摄长距离的图像。其中,长焦镜头提供三倍以上焦段的拍摄,主镜头和次镜头提供三倍焦段以下的拍摄。与苹果只有在两倍或者两倍以上才具备人像模式不同的是,华为从一倍到三倍都可提供人像模式。而且,焦段的切换过程平缓,不会让使用者感到突兀。

华为三摄的焦段变化是由镜头间的配合实现的,主镜头提供的是一倍焦段下的成像,与色彩。而次镜头,也即黑白镜头,可以提供更加清晰的画质和降低噪音,使得两个镜头配合下的画面与其他焦段下的画面一致。华为负责摄像头算法研发工作的工程师说:“图像的清晰度靠算法来实现。器件提供了一倍和三倍的成像,其余都靠算法来实现。”

镜头元器件质量过硬是拍照出色的坚实基础,但手机产业链的供应链元器件差别并不大,算法责是最终表现拉开差距的真正势力。变焦功能的实现,给硬件和算法都提供了难题。工程师说:“首先,最初采用的镜头厚度较大,在嵌入手机后,出现画质畸变的情况。所以,华为特地定制了特殊的薄镜头,不仅加大了成本,还给算法工作增添了难度。”

二、解读创新识三摄

DxOmark Mobile认为华为P20 Pro是近段时间内最具有创新性的手机摄像设备。其创新之处并不是简单地把第三个传感器与镜头加到之前的双摄像头系统上,而是真正有脱颖而出的新模式。

第一,华为P20 Pro中主相机的传感器尺寸为1/1.7英寸,而三星Galaxy S9中相机传感器的尺寸仅为1/2.55″,前者大约为后者的两倍。所以,尽管f1.8的光圈在尺寸上优势并不明显,但是Pro的RGB主摄像头传感器比大多数竞争机型中使用的小尺寸传感器能多捕捉到更多的光。而且与以前的华为高端智能手机一样,主传感器辅助单色传感器,也可以增强对于光的捕捉。目前,这款传感器由索尼提供。


其次,主相机传感器采用了总像素为4000万像素的Quad Bayer结构。它输入以2*2像素为单位的数据,产生1000万像素的图像输出。

最后,在等焦距为80mm的情况下,P20 Pro的光学稳定远摄相机比最近的iPhone或三星Galaxy设备中的两个远摄相机的伸展距离更长。这项技术通过把主摄像头与2000万单色辅助传感器相结合,可实现两倍变焦,从而丰富图片细节。工程师们还致力于把P20 Pro的远摄镜头伸得更长,同时输出的图像像素大小仍为1000万。

可见,华为三摄的创新不仅在像传感器、镜头这样的硬件方面,也有两个镜头间交互配合的软件方面的突破。

为了将图像的画质进一步提升,在软件方面,华为摄像机的算法工程师们还请了许多摄影界的专业人士,在他们研发的过程中进行摄影专业知识的培训,并且提出修改意见。“我们追求的不仅是图像的色彩丰富这类在世俗意义上的美感,以后会往更深沉的情感表露方面努力。我看过一个用这款手机拍摄的摄影作品,在灰暗的色调下却传递出了更饱满的情感,我受到很大的触动,”工程师说。

三、结合AI谈三摄

从去年9月,华为发布世界首款手机AI芯片–麒麟970以来,陆陆续续,它们已经推出了五款搭载AI技术的手机。分别从芯片、应用场景和软件生态方面,不断推进它们在AI方面的布局。

此前,在图片处理方面,华为在Mate 10中搭载了AI驱动语音翻译系统,可实现识图翻译的功能。并在视觉方面,通过AI美颜功能和场景识别功能,在摄影时,自动检测到人脸,进行美颜。还能识别出13种场景和物体,根据属性自动调整参数,主动去糊。荣耀V10在这方面并无太大进展,但本次推出的华为P20 Pro在这方面有更多的提升。

首先,它的场景识别功能可以使它识别出共计19类500多种物品,为使用者推荐合适的拍照模式。而且还搭载3D建模技术,通过人脸建模技术美化照片中的人脸,还支持3D人像光效,调整出测光、剧场光等多种满足拍照环境的光源模式。并且P20 Pro将场景识别的功能与淘宝平台进行连接,手机可自动识别出图中的商品,并弹出淘宝中此商品的信息,构建出AI实际体验场景。

三摄的功能在场景识别方面,提供了更多发展的可能。长焦镜头和广角镜头使得手机在进行场景识别时,能够从图片中获得更广的视野,清晰的画质能助于物体更加精准地被识别,这些都能够丰富识别的内容。

其次,P20系列搭载了华为AI防抖技术(AIS),使得手机在拍摄视频时更加稳定、自然。并且三摄的超曝夜景模式,允许手机在手持着拍摄长曝光的夜景时,在六秒以内拍出清晰的照片。这一技术是从卡片机和单反的闭门原理中汲取的经验。

第三,运用语义分割,识别出拍摄图片中的物体,如湖水、草地等,最多可识别出八大类别的物体。然后按照深度学习训练出的程序优化这些景色或者物体的色彩等。

最后,摄像头还运用AI的算法来优化图片中的人像。通过图片识别来区分人与背景,再将背景进行多层次的虚化,使得人物形象更为清晰。

结语  三摄一年后或将成为国产手机标配

华为三摄作为当下手机摄像头中的领军者,它的初创之举,不仅满足了使用者中长短多种距离的拍摄需求,还通过传感器、镜头等硬件在技术上的提升,以及软件方面的算法工作来加强镜头间的配合工作。

而且,摄影功能与AI功能相辅相成。正是基于这优质的照片,华为AI应用的运行效果也得到了提升,图像识别、图像翻译等功能可以更好更精准的完成;AI的防抖技术也帮助使用者在拍摄照片时更加稳定和自然,画面更加清晰;语义识别还能优化画质;麒麟970芯片高速的算力,也可以缩短快门的闭合时间,使得用户在快速的拍照行为下也能拍出清晰的图片。

总的来说,三摄对于手机摄像头技能的提升是显而易见的。其在消费市场的表现也很出色,相比于华为P20,价钱贵出1500元的Pro在推出后便受到消费者追捧,经常出现断货的情况。所以,即使增加的成本,特别是硬件的成本推高了三摄手机的价格,然而,消费者也愿意为这一升级的摄影体验买单。

相信国内其他厂家也会相继效仿,推出三摄手机。“但是其他厂家应该要在一年后才能推出三摄手机。因为我们从有创造出三摄这个想法到真正落地实现,一共花了一年多的时间。但是我们也不会止步于此,以后可能还会出现更多的镜头或者更多别的方式的创新。不断拉近手机摄像头与单反之间的差距才是我们的目标。”算法工程师说道。

 

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