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    2. 每代P系列 都在修建一條護城河

      2020-05-11 12:19:07 數字家庭 2020年4期

      徐林

      手機影像該去向何方?

      趨同性好像是很多產業發展到成熟階段之后的一個必須結果,作為供應鏈高度集中的智能手機當然也逃不開這樣的宿命。如果將視野縮小到旗艦級手機的影像模組上,同樣也有這樣的趨勢,所以,各家廠商都盡其所能地進行著差異化的調整。因此,手機影像的流派也就在這個過程中慢慢形成。

      大家認同的一點自然就是更大尺寸的感光元件。因為歸根結底,影像這種東西還是必須服從于光學這種物理的定律——就像半導體發展服從摩爾定律,無線技術發展服從于香農定律那樣。在這場大底戰爭中,肯定大家都記得2012年發布的諾基亞808 PureView上采用的1/1.2英寸感光元件,還有松下采用1英寸感光元件的CM1。不過近幾年這場大底戰爭,公認都是由華為在2018年發布的P20 Pro挑起的,從這枚1/1.73英寸的IMX600開始,短短兩年時間,整個業界感光元件的高端水平都到了這個尺寸水平:1/1.72英寸的三星GW1、1/1.79英寸的索尼IMX686已經被廣泛使用,往上還有華為Mate 30 Pro上那枚1/1.54英寸視頻元件、OPPO定制的1/1.43英寸的IMX689、1/1.33英寸的三星HMX??

      但是,在大尺寸感光元件這個主要的潮流之下,不同的思考方向卻產生出了不同的流派:底變大了,像素值是否也需要水漲船高呢?以三星HMX為代表的高像素流派在保留0.8μm單像素尺寸的前提下,將像素值提升到了1.08億的水平,常用的四合一像素尺寸為1.6μm;而反過來則有大像素流派,像OPPO定制的IMX689這樣,保留4800萬像素值,但將單像素尺寸提升到1.12μm,常用的四合一像素尺寸則能達到2.24μm。誰對誰錯我覺得這個沒有辦法直接評判,因為在不同的使用場景下,兩個流派都各有所長。

      在感光元件的追求方面,大家算是求同存異,但在算法這個方面,所有的廠商卻是觀點一致:計算攝影。說到這一點,不得不提到兩個廠商,第一就是Google,其在計算攝影上的技術功底和最后的效果都是令人佩服的,但可惜它家的親兒子Pixel系列在硬件上比起業界總要慢上半拍,說不定人家根本就不在乎呢?第二則還要說到華為。計算攝影并非指色彩濾鏡,而是AI,正是因為P20 Pro這一代開始使用AI能力對手機影像處理進行輔助,才讓普通人使用手機拍照的門檻變得越來越低,識別被拍攝物體,需要計算;多攝協同工作,需要計算;摳像虛化,需要計算??最近兩年我們不難發現,手機處理器AI與ISP性能的發展速度已經遠遠超過AP模組,也是因為計算攝影發展的需求所致。

      只不過,個人覺得將計算攝影用到極致的還是華為P30 Pro。為了達成超高的暗光拍攝能力,P30 Pro上采用的IMX600y這枚感光元件采用了能大幅度提升進光量的RYYB濾鏡陣列,而非廣泛采用的RGGB陣列,從而擁有ISO409600的超高感光度和0.1Lux照度成像能力。然后在這樣的基礎上,運用算法分析感光元件提供的顏色數據,進行照片色彩的運算。從效果來看,經過P30 Pro和Mate 30 Pro兩代機型的運用,RYYB陣列在算法與硬件的雙重加持下,表現也是越來越穩定理想。不過,由于這枚元件對于算法的要求極高,因此目前還尚未看到有廠商跟進。

      與此同時,手機影像競爭的另一條賽道也被P30 Pro在2019年開辟——大變焦,對比超廣角,用戶對于長焦的需求與感知是更甚的。雖然最早這個概念是由OPPO提出,但因為產品規劃方向的問題,最后這個概念被擱置,由華為率先商用。新增的一枚5倍光學模組,為P30 Pro提供了5倍光學長焦、10倍混合變焦以及50倍數字變焦能力。隨后,OPPO Reno 10倍變焦版、vivo X30 Pro、三星Galaxy S20 Ultra也紛紛加入進來,應用的廠商多了說明上游供應鏈的產能與良率問題都在慢慢得到解決,我覺得在這條賽道上的選手可能會越來越多。

      P40的感光選擇

      我估計好多朋友看到這里已經有點急了:這篇文章你不是說剛剛發布的P40么?為什么前邊扯了這么多無關的東西?其實從我個人來看,我反而覺得前邊這個部分是很重要的:還記得P20 Pro發布的時候,余承東說過的:“要在影像上甩競爭對手一條街”的承諾么?無論是2018年還是2019年,前邊提及的P20 Pro或是P30 Pro身上所體現出來的那些特性,的確能印證這樣的承諾,那么到了P40這一代,華為影像還依舊可以笑傲業界么?

      感光元件是一款手機影像能力最基礎的決定因素。這次P40全系列的主攝都升級成為IMX700y,依舊是華為獨一家采用的RYYB陣列,它的尺寸達到了1/1.28英寸——按這個速度發展下去,諾基亞808 PureView的感光元件尺寸甚至是1英寸達成指日可待。它的像素值為5000萬,這意味著其單像素尺寸達到了驚人的1.22μm,采用四合一方式(Quad Bayer)輸出1250萬像素的常用照片時,成像像素尺寸為2.44μm。底大一級壓死人,且每個像素的質量也同樣優秀。

      這一切都因為這枚華為向索尼定制的感光元件采用了一系列全新的技術。第一,四枚像素共享一個微透鏡,在進光量與光線干擾上比傳統的一像素一微透鏡結構改善更多,但它的問題在于多像素合一可能會對色彩的準確度上帶來影響,不過在這方面,華為因為有IMX600y兩代的歷練,解決起來信心很足,更何況這次在P40上,后置模組還有獨立的8通道BRG環境色溫傳感器,為成像提供更加準確充分的白平衡信息,再加上全新的AI AWB算法,就算是在光線很復雜的環境如酒吧夜店等地方也能達成精準的色彩重現;第二,這枚感光元件與IMX689一樣,具備全像素相位對焦能力,對焦判斷更加準確,合焦操作更加迅猛,逆光環境也不在話下。這一點其實非常重要,因為放在如此大的底上,對焦準確度的要求比過往的小底更苛刻,當然,這方面性能的提升對于保證最后照片效果也是相當重要的。至于為什么叫8核,四合一成像,每個像素兩個嘛。

      更重要的是,在P40 Pro上,其所采用的5倍光學長焦模組中,也采用了一枚RYYB排列的傳感器,像素值為1200萬。而在這個模組上采用這種技術的感光元件我不禁拍手叫好,受制于體積的原因,手機上的長焦模組光圈更?。‵3.4),但拍照時抖動更大,抖動一大,多幀合成的畫質又會受損,所以其成像難度比光圈更大的主攝要大得多,現在通過技術解決了這個問題。而且,在算法方面,華為還對這枚長焦模組做了人物拍攝的針對性優化,用長焦拍人像,這是用小白鏡頭拍半身人像的常規手法,現在手機上也能享有了。

      同樣的,因為那枚尺寸為1/1.54英寸、4000萬像素的 GRRB排列視頻感光元件在Mate 30 Pro上有著非常理想的表現,因此本次它在P40 Pro/Pro+繼續承擔視頻拍攝任務。更夸張的是,它支持十六合一像素成像,單像素尺寸1.12μm,融合之后達到了4.48μm,暗光視頻拍攝效果不在話下。只是視頻方面我個人了解有限,就只能說到這里了。我們還會注意到,這次P40的主攝提升如此之大,但其標稱感光值依舊為ISO409600,理論上不是還會有提升么?但目前縱觀業界,RYYB技術無論是供應鏈還是其他廠商定制都沒有跟進,我估計華為覺得反正現在這個參數也已經笑傲江湖,身位優勢很大,就可以先不動,把更多精力放在畫質與算法的優化上了。

      還有一點值得注意,這次P40前后都增加了獨立的3D景深模組,后置為ToF,有效距離為3 5米,前置則為紅外線,除了輔助前置攝像頭做自拍摳像之外,還能兼顧人臉解鎖的用途。從整體的影像模組的配置上,P40整個系列特別是P40 Pro+,用“奢華”已經不能形容了,簡直到了“喪心病狂”的地步。

      鏡頭,更遠更清晰

      毫無疑問,以龐大的尺寸和獨到的RYYB排列,P40在感光元件這一核心元件上是繼續領先的,但隨之而來的問題就是鏡頭。這次在P40上要解決的不只是與大底元件配合的鏡頭問題,還有一枚當前業界無出其右的10倍光學長焦模組。

      徠卡依舊為本次P40全系列的鏡頭做了聯合設計,這也意味著P40上的每一枚鏡頭都符合徠卡認證標準??紤]到這次P40主攝的感光元件尺寸實在是太大了,為了保證鏡頭的MTF曲線即整體成像的穩定性,在主攝鏡頭光圈上做了收斂,光圈值“僅為”F1.9。但我認為也不要為最后成像的效果有什么擔心,一是光圈小了大底來補,二是RYYB高感光成像能力是可以提供足夠的成片率。

      不過,目前大底感光元件為樹脂材質鏡頭模組帶來的邊緣成像壓力問題在P40上依舊是存在的——即使徠卡參與了鏡頭的設計,即使已經采用了非球面鏡片,也只能做到盡可能去控制這個效應的負面影響而做不到全面消除。但是通過光圈收斂,鏡頭改進素質改進等動作,在焦外成像方面,P40的物理焦外形態對比上一代反而是有所提升的——所以,說徠卡認證沒用的人,你們在哪里?而且,這次P40 Pro+的10倍長焦鏡頭模組中,還用到了一片玻璃材質的鏡片以進一步提升畫質,雖然并沒有全線標配,但我覺得依這樣的路徑發展下去,普及遲早會來,畢竟玻璃研磨的非球面鏡片和樹脂壓制的非球面鏡頭,光學素質無法相提并論。

      這次P40 Pro+上搭載了獨步天下的10倍光學長焦鏡頭,我首先關心的是它的體積——因為對現在的智能手機來說,5倍光學長焦鏡頭的體積已經非??捎^了,那么華為又怎樣去解決更進一步的問題呢?通過獨特的光路設計,在將光線經過水平方向上的4次折射之后,最后不但成功實現了10倍光學長焦而且還將整個模組的體積控制得比較理想,只比5倍長焦模組大了一點(到底大多少沒辦法形容,還是看后續的拆機了),如此復雜的光路,看來樹脂鏡片已經無法滿足,所以加入了光學素質更高的玻璃鏡頭。但是在手機上,真的有10倍光學長焦,100倍混合變焦這樣的用戶需求么?普通用戶用到P40 Pro上的5倍光學長焦都算是比較少了,10倍長焦的需求不僅少而且對拍照技術要求也更高。

      對此,可以分為兩個方面來解釋。第一,華為認為現在已經進入了手機影像領域的無人區,他們想嘗試一下整個業界都還沒有做到的事情,進一步的突破自己——事實證明他們做到了;第二,沒錯,用戶的日程使用,1 3倍(24mm 72mm)是相當高頻的,其次是3 5倍(72mm 120mm),因此這次P40分化出了三款機型也有這方面的考量。在用戶實際使用10倍光學模組的時候,會發現它的長焦防抖能力提升會很大,10倍長焦段的時候可以說是相當穩,在50 100倍的區間穩定性也比P30 Pro有很大的提升。

      那么,之前P30 Pro上從1倍到5倍焦段跨度太大,影響畫質的問題又解決得怎么樣呢?這里就不得不提到本次P40系列上新增的XD Fusion技術了,它為本次P40系列的變焦成像提升了更有力的支持。在P40 Pro上5倍以下的部分焦段成像上,長焦模組與主攝會采用該技術進行融合成像,而在P40 Pro+,1倍主攝和10倍長焦之前還加入了一個3倍小長焦,在1 3倍焦段成像,小長焦會加入進行融合成像,3 10倍之間,則會用兩個長焦鏡頭來融合成像??磥鞵30 Pro上存在的問題華為是充分考慮到并提出了解決方案,至于解決得怎么樣,我等真機上手后看吧。

      看完這一部分的解答,我覺得可以用一個更加通俗的方式來形容華為在鏡頭方面的格局:就像手機定價一樣,將旗艦機型的價格拉得夠高,下邊的非旗艦機型才會有更多的空間進行產品和價格布局的細分,玩法才能更加游刃有余,而將手機長焦加長到10倍用意也差不多是如此。特別是XD Fusion的算法,我覺得需要特別關注,因為它不僅僅是用在變焦方面,在選幀和畫質提升方面,它也同樣舉足輕重。

      計算,計算,還是計算

      如果要單獨開辟一章說算法,感覺有點多此一舉,因為在前邊兩個部分,已經多多少少提到了算法的問題。這其實就是當下手機影像的一個現實:五分硬件(我覺得未來這個比例甚至會降到三成)、五分調?!,F在感光元件本身的“體質”其實已經很強了,只有軟硬件之間的結合更加充分或者說手機廠商對于感光元件、芯片能力的認識更加深刻,才能將硬件的能力發揮到競爭對手無法企及的水平——這里不得不再次強調Google,想想那枚IMX363被它玩到什么程度吧。

      說到這方面,華為應該是信心十足的。第一,RYYB技術搭建起來的超高感光暗光成像能力,就目前來看,因為它對于軟件算法的要求非常之高,因此在這方面是一個名副其實的壁壘,在采用這一技術的同時進一步提升色彩與畫質表現,華為目前對于這項技術的運用也是越來越有心得,這次一次性就上兩顆RYYB感光元件就是最好的佐證;第二,XD Fusion算法體系的建立,不僅在可能的智能手機高倍率風潮到來之前占得先機,同時也能提升華為手機整體成像水平,不要忘了,XD Fusion現在是運行在麒麟990平臺上的,這也意味著通過軟件升級,采用同等ISP和NPU配置機型的成像能力,也可能受益;第三,由ISP 5.0與達芬奇NPU共同組成的硬件處理平臺,因為出自華為自家的海思,所以在芯片能力的理解上,比起競爭對手更勝一籌——從像素處理能力上看,ISP 5.0也達到了億像素/秒級別的處理能力,應付現在華為采用的感光元件非常輕松。當然,華為方面也比較客觀:當前XD Fusion算法體系超過三星和蘋果的Deep Fusion是沒有問題的,下一個目標就是Google了。

      這里必須要單獨辟出一段來說XD Fusion,因為之前我也看到有人在說XD Fusion和Google Pixel Visual Core這樣的獨立芯片一樣,這是完全錯誤的。它的機制和蘋果Deep Fusion是一樣的,即完全基于自家芯片(以NPU為主)的能力,建立全套的算法,將圖片的處理工作從Sensor上的RAW域開始,全程運算一直到最后照片的生成,這就是自家有芯片的最大優勢,因為對平臺能力有著最深入最全面的理解。但Google不一樣,因為很多安卓廠商都采用商業芯片公司的開放平臺,這些平臺的能力有高有低,所以為了避免配置上的差異為影像處理效果造成影響,Google寧愿單獨做一枚芯片來讓這樣的工作變得更有保障,同時也更方便于影像引擎的學習與提升。

      手機攝影的流派之爭也和計算攝影有關:像素是用來進行運算的素材,那么它到底是越多越好還是提供的有效信息越多越好呢?對此用這次P40采用的5000萬像素元件舉例。第一,高像素并不等同高畫質,就算是用了億級像素的傳感器,也未必能真正發揮出它的實力;第二,像素夠用就好,看看數碼相機在像素參數上一直都偏向保守,把每個像素優化得更扎實是大家的選擇,華為認為這個尺寸、這個像素值是一個理想的平衡點;第三,華為更加看重進光量和元件尺寸這兩個參數,特別是底的尺寸更加關鍵,華為的算法更偏向到RAW域上,即在感光元件原始數據上進行處理,因此用大底提升進光量是最優先的選擇。當然,在全過程中,NPU及AI都是參與其中的。

      而這一次在P40 Pro+上又有進步,它的后置模組上多了一個ToF系統,在人像算法上又做了針對性的優化。ToF還可以提供整個光場的距離信息,因此這次P40 Pro+提供的人像照片是真正帶有更接近大光圈鏡頭物理虛化表現的,即有更好的距離感,同時在背景光斑的形態、顏色亮度飽和度、光斑從亮到暗的侵蝕感過渡效果,都對標徠卡的鏡頭做了全面的優化。因為ToF摳像更加準確,所以在AI算法上進一步減少了人物頭發邊緣摳像失敗的概率。

      此外,在有徠卡認證的華為手機上,如果要追求那種濃濃的、色彩比較夸張的“德味”,一定要手動調用徠卡鮮艷模式而非默認模式來拍攝,這樣最后得到的照片就會辨識度極高——在P9之后的機型上一定要這么做,聽我的沒錯。

      寫在最后

      至此,為什么本次P40系列要分化為三款機型的答案也就出來了,P40與P40 Pro和之前機型的定位是差不多了,大小屏劃分讓更多消費者能感受到華為P系列的時尚和影像能力,而P40 Pro+則成為了華為影像技術全新的掌旗者,最尖端的影像技術集于一身,也意味著它的成本極高,價格會成為更多人擁有它的限制因素,所以需要單獨分化出來,以免影響P40系列的整體市場表現,這是技術與市場兩個方面綜合考慮的結果。

      余承東說過一句話:“華為是長跑型選手”?,F在來看,不管是麒麟處理器還是影像技術,幾乎就是這句話最好的印證:從P9開始的每一代P系列機型都坐擁跨越式的技術誕生,正是這足足5代機型的接力長跑將華為的影像技術護城河越挖越寬,越挖越深,盡管這個過程曲折,也背負過不少的非議與罵名,但最后的結果卻又總讓人不得不心懷尊敬。

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