手机摄像头上的战争

本文来自微信公众号：远川科技评论（ID：kechuangych），作者：易俊江，题图来自：视觉中国

在B站上，有一类预测iPhone未来长相的视频：后置摄像头越来越多，以至于机背长得和“百眼魔君”蜈蚣精近乎一致。

这一共同想象的背后，是手机后置摄像头数量的增长速度，最为肉眼所见。

这相当明显地反映在了手机成本上。iPhone13 Pro Max的相机成本77美元，为iPhone 4的十倍，同期零件总成本仅翻了一番。三星在2020年2月发布的S20 Ultra，仅摄像头模组成本就达107.5美元，超过总成本的20%。

智能机市场竞争愈发激烈，摄像头上的战争趋向内卷。从1999年夏普发布第一款带有摄像头的功能机，到2019年华为在智能机摄像功能上独领风骚，手机摄像头经历了四个时期：

• 前智能机时代：萌芽

• iPhone4时刻：单摄的进化

• 双摄混战：HTC引发的摄像头革命

• 双雄对决：华为VS苹果

萌芽

2000年9月，夏普发布了世界上第一款内置CCD摄像头手机J-SH04。

这是一款充满时尚感的手机。在功能机时代，夏普与诺基亚并驾齐驱，而且因为掌握液晶显示技术，早在1999年底推出了第一款采用彩色液晶屏的手机，创新力十足。在此基础上，夏普在机背后又加了一颗11万（96*130）像素的摄像头，采取当时主流相机采用的CCD芯片摄像头方案。

把相机用的摄像头芯片放到手机上来，成为之后手机摄像头创新的基本思路。

不过，放到当时的技术环境，夏普的吃螃蟹之举，更像是给手机增添一个外围性质的卖点。相比于正在兴起的CIS芯片路线，CCD芯片需要大得多的面积才能有清晰的成像，单纯把CCD芯片迁移到手机上，因为面积锐减，而且没有闪光灯，也没有自动对焦，几乎只能得到一张马赛克式的照片，仅供自娱。

虽然成像效果糊的感人，销量也不好，夏普还是在其后继续死磕，并做了两次大手笔升级。先是在2003年推出了100万像素摄像头，然后在2004年推出了两倍光学变焦。是不是有些恍如隔世，毕竟也就是12年后，苹果方才推出了引领机圈风潮的两倍光学变焦。

夏普对于摄像头的痴迷在2008年达到高潮。当年发布的9020c功能机型，摄像头从此前落后的CCD切换到了轻薄小巧却性能强大的CIS芯片，参数配置高达500万像素，与两年后的iPhone 4齐平。正是因为夏普的先锋尝试，9020c一经发布一机难求，广受国内的年轻白领追捧，以至于当时在二手市场需要加价两百多，高至5200元才能购入。

但是，相比于功能机潮牌厂商的激进实验，同一时期处于萌芽状态的智能机，摄像头尚未成为共识。

2004年下半年，财大气粗的微软，借由宏达电子（也就是后来的HTC）之手试水手机市场，推出搭载了微软操作系统的机型Pocket PC Phone。这个名字听起来有点不伦不类，在美国通过运营商渠道销售，是早期较为主流的智能机。在起步尝试中，微软搞错了重点，试图把Windows系统从PC移植到手机上，一个渠道发售的Audiovox 6601版本没有摄像头，6600版本虽有，竟然是内置的。

不过，随着摄像头从CCD转向CIS芯片路线，在iPhone即将掀起的智能机风暴，摄像头将会迅速奠定其标准配置的地位。

单摄的进化

摄像需要一颗图像传感器，负责由被摄物体的光信号向电信号的转换过程。

早在1969年，贝尔实验室发明了CCD，后来由索尼发扬光大，开始广泛地应用在摄像机上。

在手机流行开来后，CCD的适用性急剧下降。根本原因在于，一个轻薄短小的手持便携设备，相比于一个需要扛在肩上的黑长粗大的摄像机，能够容纳电子元件的物理空间大大缩小，由此对图像传感器提出了一个要求：面积要小、成像要好。

CCD独立存在，不能和信号放大器、图像处理器等其他芯片集成在一块，天生更吃空间。而且，CCD单个像素尺寸大，装到手机上，能够容纳的像素数量实在太少了，成像清晰度自然也很有限。

因此，尽管CCD保留的光信息确更多，信号噪声更少，在像素数量足够多的情况下成像也更清晰真实，但无法满足手机的硬约束。一个轻量级设备，注定无法背着一个重量级的芯片选手，不然会被早早耗死，提前停工。

在这个技术背景下，CIS芯片方案在90年代中发明后，快速替代CCD。CIS芯片面积小、耗电少、还便宜，同时还能把其他功能的芯片也集成到一起，是为手机而生的轻量级全能芯片选手。尽管光信号噪声大，但只要不断往上堆像素数量，总能在同等面积内达成远优于CCD的成像效果。

总的来说，CIS芯片的发展节奏，与手机智能化的整体进度，都是一样快。CIS芯片面积越来越小，像素数量越来越高，成本不断降低，能塞进越来越轻薄的手机里，拍一张好照片越来越容易。

因此，在谷歌成功开发安卓、智能机生态逐渐成型后，摄像头终于成为手机的一项标准配置，且沿着高像素路线迅速发展。

2008年9月，谷歌借由HTC之手发布第一款安卓手机HTCDream/G1，后置一枚300万像素摄像头，采用CIS芯片，支持连拍、自动对焦、视频拍摄等功能。

两年后，划时代的iPhone 4发布，后置500万像素摄像头，支持720P视频拍摄。

重量级选手苹果一上台，便将单个摄像头的成像水准提高到一个新境界，此时尚处于懵懂之中的安卓阵营，应做何应对？

双摄混战

在像素数达到500万后，照片分辨率可以达到720P，在手机上，消费者终于可以看到一张足够清晰的照片。接下来，怎么让拍照和拍视频更好看，成为智能手机发展的主要矛盾。

CIS芯片下的单摄路线，马上迎来一个巨大的挑战：在五厘米见方不到的空间摆放摄像头，就像螺蛳壳里做道场，底天生小，感光面积小，图片质量天生要低一截。同等面积下，随着一颗摄像头的像素数量上升，信号中的噪声会增多，反而有可能降低成像质量，该怎么办？

很简单，如果一个不行，那就再来一个。为了解决成像质量的问题，手机厂商开始对双摄路线进行探索，第一个吃螃蟹的，是狗了十年的HTC。

HTC，台塑创始人之女王雪红创建的手机公司，原先是个ODM厂商，只是傍着美国大公司贴牌代工。世纪之初，微软搞手机操作系统，沿用PC打法，意属惠普代工，但HTC坚持做出样机获得认可，后来一度占据微软系统手机80%的市场份额。安卓出世后，嗅觉灵敏的HTC迅速调转船头，又傍上了谷歌的大腿。王雪红专门派出一支工程师团队驻场谷歌，方便随时联络。

在美国“潜伏”了将近十年时间，HTC依托机海战术和运营商市场，率先扛起了安卓机阵营的大旗，在摄像头路线上正面刚苹果。

2011年，HTC推出全球第一款双摄手机HTCEVO 3D。在《阿凡达》热映的背景下，这款裸眼3D手机噱头不小，但原理颇为简单。两个摄像头犹如人的双眼，在偏光原理作用下，便可使人有立体的观感。

这是安卓阵营双摄的第一枪，没打响，很快就熄火了。裸眼3D的屏幕眩晕感非常明显，反而让HTC陷入了VR的沼泽，至今不能抽身。

三年后，跌了一万亿新台币的HTC已盛极而衰，但还是发布了一个更切实际的400+200万像素组合的双摄手机——HTC One M8，其中的200万像素摄像头负责采集景深信息，这样手机便可拍照后对焦，出片效果自带虚化。

HTC的摄像头思路，总结来说，便是增加数量、重新划定分工，再经软件算法优化，使影像成为智能手机的实质性卖点。

这一次，HTC还是搞砸了，虚化效果PS痕迹很重。但是“多堆一个摄像头”，安卓阵营的玩家可是看明白了，一个比一个赶得紧：

2014年8月，酷派发布铂顿大观5，后置两个1300万像素摄像头，主打150毫秒快速对焦；

2014年11月，荣耀6 Plus发布，后置两个800万像素摄像头，主打“仿生平行双摄”；

2015年8月，360发布奇酷手机，后者两个1300万像素摄像头，主打夜摄，周鸿祎直接在发布会上表示“领先苹果一代”。

乱拳打死老师傅。HTC之后的三款双摄手机，无一例外都能实现虚化功能，而且像素更大，影像卖点更多。究其原因，摄像头两两组合还是比较容易的，两个彩色摄像头，一个彩色+一个黑白，各有优劣，如果愿意再给供应链多塞点钱上高像素，“超越苹果”其实并没有什么难度。

但是，在诸多追逐双摄潮流的手机厂商中，有一个没有马上安排双摄，那就是荣耀的大哥——华为。

华为和苹果的节奏有点像，都和单摄杠上了。其实，加一颗摄像头是比较容易的，但是吃透一颗摄像头却很难。那时，余承东接手手机业务不久，大刀阔斧改革，新建了不少技术实验室，其中有一个便是聚焦手机拍照性能的芬兰实验室。这个芬兰实验室想解决摄像原理的一个根本问题。

原来，对于手机这样一个轻量设备来说，成像质量的核心约束在于光。CIS芯片通过滤色镜获取三原色（RGB）信息，经由成千上万个RGB颜色的组合，最终形成一个彩色照片。问题在于，滤色镜本身有固定的颜色排列，光通过的时候一些被过滤，同时也产生信息干扰。华为试图改变滤色镜的颜色排列以增加进光量，从而达到最终提升成像质量的目的。

但是第一次走大步，试验宣告失败。滤光镜颜色排列变了，进光量是更多了，却带来了过曝的问题，成片质量反而下降。过犹不及，只得先放下这个激进的技术方案，也走上一般安卓厂商选取的双摄路线。

虽然如此，华为还是用一个颇具噱头的方法。2016年4月，P9发布，搭载两颗1200万像素摄像头，与徕卡合作，自带“徕卡色彩模式”。如果一时半会搞不定摄像原理，那干脆和相机联名，这个举措把安卓阵营拉进了新一轮品牌角逐大赛。双摄虽迟，但联名徕卡算是杀了个回马枪，重新掌握安卓机摄像的话语权。

安卓阵营全都随大流，苹果在一旁笑了，准备发大招。

双雄对决：华为VS苹果

安卓阵营的双摄方案，一直没有解决一个问题：光学变焦，这使得手机在根本上无法与相机比肩。

以往，手机只能实现数码变焦，相比于相机的光学变焦，成像质量差。在相机中，多个镜片来回移动，改变了画面的范围和被摄物体大小，但清晰度是一贯的，是为光学变焦。而手机空间实在狭小，无法实现这一功能，用摄像头去放大物体的时候，画面就变糊了，等于说原来一个像素表达的颜色，现在为多个像素分拆再加以“注水”，是为数码变焦。如果不从摄像头上做出改变，只是用软件和算法来欺骗人眼，大为不足。

针对这一问题，在2016年9月的发布会上，库克祭出了大杀器：iPhone 7 Plus，后置广角+长焦1200万像素双摄，两镜头可分别实现1倍和2倍的光学变焦，相当于带了两个定焦镜头的相机。至于1～2倍间的变焦，则用算法补足，原理还是数码变焦，但因多了一颗摄像头，广角负责宽景，长焦负责物景，两相互补，称之为混合变焦，成像质量比单纯的数码变焦优越不少。

此前，苹果一直忙于打磨单个摄像头，在安卓阵营一片“摄像超苹果”的锣鼓喧天中，iPhone7 Plus的革命性双摄方案，属实令机圈震撼，尤其是其变焦过程十分顺滑，拍摄体验极佳，没有强大的算法支持，无法达成此种效果。

实际上，在此前安卓阵营的狂妄叫嚣声中，“忍者神龟”苹果一直在暗暗憋大招。早在2012年，苹果提交了一份双摄专利。到了2015年，苹果以大约2000万美元的代价收购了以色列的LinX，该公司专门生产面向平板电脑和智能手机的小型化多摄，正满足苹果所需。

在终端用户体验导向下，通过不断并购一些专注于关键元器件技术研发的小型科技公司，苹果在电子整机上周期性地积聚革命性的变化，每逢新产品一出，总能震撼全场。

苹果开始在摄像头上卷了起来，安卓阵营纷纷效仿。

2017年2月，P10/P10Plus发布于巴塞罗那，后置1200+2000万像素双摄，同样支持两倍变焦，这是国产手机厂商第一次在DxOMark排行榜上进入全球第五，创造了当时国产手机的最高排名。

同年10月，Mate 10/Mate 10 Pro发布于慕尼黑，摄像头配置不变，但单颗摄像头继续升级。一面升级光圈，提升虚化能力；另一面给摄像加上蛰伏已久的芯片buff，麒麟970的NPU能够识别13个场景并自动优化，免去手动切换模式的烦恼。对此，DxOMark给出了97的高分，这个成绩达到了安卓阵营的新高度：

“吊打”一个月前刚刚发布的iPhone 8 Plus。

到了2018年10月，Mate 20 Pro在伦敦发布，后置4000+2000+800万像素三摄，足以实现3倍光学变焦、5倍混合变焦，成为第一款后置“真三摄”手机。相比于2016年苹果的双摄方案，此次加上了一颗超广角摄像头，基本能够满足日常生活的全部拍摄需求。这次，华为登顶DxOMark排行榜。

在短短的一年半间，华为在DxOMark排行榜上一路从第五升到第一。此时，来自美国的大棒，不期而至。

尾声

发展到今天，手机摄像头上的战争日趋白热化。

iPhone后置摄像头数量的增加明目张胆，在华为逐渐被迫退出市场后，安卓阵营的主要国产选手意识到底层硬件的重要性，纷纷开始进军关乎影像质量的ISP芯片，更为激进的OPPO则是一开始就下了一盘SoC的大旗。

但无论如何，依旧是没有超出安卓手机厂商过去数年前的所作所为。可以说，这些安卓手机厂商打通了从软件算法到芯片的一整个链条，强力拉升了手机影像的竞争层次。的确，从具体的影像问题出发，没有什么是加一个摄像头不能解决的，如果两个干不过苹果，那就再加一个。

但是，要在高档机上虎口夺食，要在抽象层面追赶苹果，就必须全方位提升战争的层次。不能对敌人形成质子打压，就不能在黑森林的残酷竞技场逃出生天。

本文来自微信公众号：远川科技评论（ID：kechuangych），作者：易俊江