拍照凶猛——华为P30系列改写手机摄影规则

发表于:2019-04-02作者 来源于:
3月26日,华为手机P系?#20982;?#26032;一届的扛鼎力作——P30系列在法国巴黎发布。发布之后,无论是媒体还是业界,无疑都被 P30/P30 Pro所震撼。全新的 “超感光徕卡四摄”不仅将P30 Pro一举托到DxOmark榜单的顶端,也将改写手机的影像规则。

规则的改写,从来都是由在行业里最具实力的品牌开创,华为手机P系列就是个很好的例子。从华为P9、P10的仿生双摄到华为P20的徕卡三摄,再到华为P30系列的超感光徕卡四摄,华为P系列一直以来都是手机摄影的引领者,无不体现着华为出色的研发实力和对手机摄影的极致追求。

具体来说,“超感光徕卡四摄”指的是P30 Pro所采用的后置徕卡四摄方案。主摄像头4000万像素+f/1.6大光圈+1/1.7英寸超感光传感器;第二颗为2000万像素的超广角镜头和f/2.2光圈;第三颗镜头是800万像素潜望式长焦镜头,光圈为f/3.4。新增第四颗TOF镜头,用于采集景深信息。

“超感光徕卡四摄”中,强大主摄带来的暗拍能力令人印象十分深刻。凭借暗拍方面的出色表现,华为P30 Pro也被网友昵称为“夜视仪”。

华为P30 Pro主摄像头配备1/1.7英寸超大尺寸传感器,摒弃了以往普遍采用的RGGB方案,替换为将绿色像素替换为黄色像素的RYYB排列。由于黄色光能够同时透过红光、绿光,因而在像素层面提升了高达40%的进光量,P30 Pro的ISO甚至高达409600。

显然,拥有了这样的能力,在同样的暗光环境里,华为P30系列能够实现“见人所未见”。而对于一些内部环境本身就比较昏暗的,例如博物馆、图书馆、教堂等其他产品力所不逮的场景。华为P30 Pro则可以基于感光元件、徕卡镜头、图像信号处理器(ISP)和神经元网络单元(NPU)之间的精密协作,在色彩和清晰度方面获得良好表现力。

在以往,手机厂商在应对暗光拍摄这个老大难问题的时候,大多采用软件调整的方式,但是治标不治本。P30系列则从底层像素变革,驱动整个上层建筑推倒重建。从定制徕卡镜头、超感光传感器,到麒麟980内置的ISP、NPU,再到华为自研开发的图像感光和处理算法,最终形成了端到端的影像系统,实现了极高感光、低噪点、高色彩还原。

华为P30 Pro样张图片除了强大的“夜视仪”功能,超感光徕卡四摄还创造性地实现了5倍光学变焦、10倍混合变焦和50倍数码变焦,荣获另一个昵称?#24052;?#36828;镜”。

在3月26日的海外发布会上,P30系列的海外售价已经正式公布,P306+128G版售价799欧元,P30 Pro 8+128G版售价999欧元,8+256GB版售价1099欧元,8+512G版本售价1249欧元。

华为P30系列已经于?#26412;?#26102;间3月27日00:00正式开启预售,4月11日18:08将全面开售。从各大电商?#25945;?#30340;预售情况来看,P30系列的销量,将再次带来今年智能手机的一个高峰。

(图片?#26696;?#20214;来源:华为)

最近,华为P30系列拍照水平成了现象级讨论。原因很简单,其在手机拍摄领域令人惊?#38236;?#34920;现,的确超出了此前媒体、业界的期待。即使外界对P30系列在手机拍摄?#31995;?#36229;强表现已经有所?#29616;?#20294;正式发布之后来P30系列在手机拍摄方面的表现,依然?#23545;对焦?#20102;人们的想象。

的确,P30系列在很多方面都是超出现有?#29616;?#33539;畴的, P30/P30 Pro在拍照方面的配置情况——P30采用后置徕卡三摄设计,光圈f1.8的4000万像素超感光主摄+1600万像素广角摄像头+800万3倍光学变焦镜头,支持5倍混合变焦,最大支持30倍的数码变焦,最高ISO为204800。前置摄像头采用一颗3200万像素,光圈f2.0的摄像头,支持AI HDR+自拍。

相比之下,P30 Pro则更加令人瞩目。在后置摄像头方面,P30 Pro首?#26410;?#36733;了超感光徕卡四摄——4000万像素超感光主摄、2000万像素超广角镜头、800万像素潜望式长焦镜头、以及一颗ToF镜头。其中,主摄和长焦镜头支持OIS光学防抖,通过全新的“潜望式结构?#20445;琍30 Pro首次在智能手机上实现了可用的10倍混合变焦,以及最大50倍的数码变焦。这意味着此前用手机拍照片,拍远景只能走得更近的情况,彻底成为了历史。因为这一功能,网友已经给P30 Pro起了无数的绰号——?#24052;?#36828;镜”、“千里眼”、“雷达”等等…可见这一?#40644;疲?#24102;给消费者的惊喜程度。

同时,P30 Pro主摄的CMOS为IMX650,尺寸为1/1.7英寸,支持四像素合一技术。值得一提的是,这一次P30 Pro的CMOS并不是传统的RGGB排列,而是输出RYYB,通过红黄黄蓝滤光阵?#20982;楹系?#26041;式,使得P30 Pro在一片黑暗的夜视条件下,可以获得更自然的颜色和更好的曝光表现,进光量显著提高了40%,最高ISO竟然高达409600。同时,主摄的光圈也从f1.8提升到f1.6,可以再增加25%的进光量。这种堪比“夜视仪”的功能,搭配变焦方面“千里眼”一样的现象级表现,几乎使华为P30 Pro开创了一个全新的手机摄影新时代。

在算法方面,P30 Pro还支持AIS手持超级夜景的同时,支持AI HDR+,可以进一步提高画面宽容度。“超感光徕卡四摄”中的TOF镜头,可以更精准地感知深度信息,对物体进行AR建模,做到专业级人像虚化,塑造渐进式景深效果,让影像更具立体层次感。2000万像素的超大广角镜头,则可?#28304;?#21040;2.5cm超级微距拍摄,大场面一览无余,也可以呈现微观世界的神奇。

华为官方图片

对于消费者而言,P30系?#20982;?#22823;的贡献,在于解决了很多之前手机拍摄的“终极问题”——在P30系列之前,很多类似的问题?#33756;?#24050;经成为手机拍摄的死结,几乎是不可更改的。而P30系列的问世,显然再次宣告了手机摄影的?#30001;?#24615;,也再次宣告了华为手机强大的研发实力,将不可能变成可能。

(图片?#26696;?#20214;来源:华为)

3月30日,时值?#26263;?#29699;一小时?#34987;?#21160;当天,@华为手机 官方微博忽然在自家微博里放出一张动图,将使用P30系列拍摄暗夜的全过程展现了出来。这张全新样张的发布,再次震撼了行业,甚至有粉丝甚至在留言?#20889;?#21628;“简直就是夜视仪”。

从样张中,我?#24378;?#20197;清晰地看到拍摄的全过程——拍摄之前,镜头前一片漆黑,标准的“伸手不见五指”。

然而在短暂的调整之后,画面中却清晰地显现出房间内的各种事物,效果令人瞠目结舌——竟然和正常照明条件下的拍摄效果没什么两样。

这样的拍摄效果,的确是有点让人猝不及防的惊喜。事实上,自3月26日华为在巴黎发布会上宣发了P30系?#20982;?#36234;的暗拍技能之后,包括媒体、业界?#22836;?#19997;群体在内,都对P30系列实际的暗夜表?#30452;?#26377;极高的期待。但即使如此,恐怕也没有人?#31995;劍琍30系列实际的暗拍效果,竟然已经达到了这样的程度。难怪早在首发之前,提?#24052;?#21040;?#31995;?#19968;些外媒和专业人士就已经对P30系列“夜视仪”一样的表现赞不绝口。

具体说来,P30系列的强大摄影能力得益于独具创新的“超感光徕卡四摄”方案,其中包括主摄像头4000万像素+f/1.6大光圈;第二颗摄像头则是2000万像素的超广角镜头和f/2.2光圈;第三颗镜头是800万像素潜望式长焦镜头,光圈为f/3.4。此外,还新增?#35828;?#22235;颗TOF镜头,用于采集景深信息。

这中间,真正令P系列具备“夜视仪”这样“怪物功能”的,还是主摄的4000万像素的超感光镜头和其配备的1/1.7英寸并采用了全新的 RYYB排列的超大尺寸传感器。由于黄色光能够同时透过红光、绿光,因而P30 Pro能做到在像素层面提升高达40%的进光量,ISO甚至上探到令人震惊的409600。同时,P30 Pro还可以基于感光元件、徕卡镜头、图像信号处理器(ISP)和神经元网络单元(NPU)之间的精密协作,在色彩和清晰度方面获得良好表现力。

而“超感光徕卡四摄”的能力,还?#23545;?#19981;仅局限于暗光拍摄方面。在长焦拍摄方面,P30 Pro依靠潜望式长焦镜头的?#24067;?#33021;力,配合华为手机的多帧算法,成功实现5倍光学变焦, 10倍混合变焦,以及50倍数?#30452;?#28966;,可当 ?#24052;?#36828;镜”使用。

可以说,华为P30系列,正在将手机摄影这个领域引向全新发展阶段,一个手机摄影的场景?#35270;?#34987;极大?#40644;频男?#38454;段。而在这个正在到来的全新阶段,P30系列无疑已经占尽先机。

(稿件?#24052;?#29255;来源:华为)

自3月26日发布会后,华为P30系列旋即引起了行业的全面关注和讨论。全球著名科技类媒体The Verge甚至将其评价为“全球最佳拍照旗舰”、“改写手机摄影规则”。

这样的评价并?#24378;?#31348;来风,P30系列的确在摄影方面做出了重大创新?#40644;啤30 Pro搭载超感光徕卡四摄,包括一颗4000万像素的主摄像头、一颗2000万像素的超广角镜头、800万像素潜望式长焦镜头及TOF镜头。主摄采用4000万像素、1/1.7英寸大底的超感光镜头,全新的传感器将传统的RGGB方式替换为RYYB传感器,将绿色像素替换为黄色超级像素,由于黄色光能够同时透过红光、绿光,因而P30 Pro能做到在像素层面提升高达40%的进光量,感光度甚至高达409600。

同时,P30 Pro还可以基于感光元件、徕卡镜头、图像信号处理器(ISP)和神经元网络单元(NPU)之间的精密协作,在色彩和清晰度方面获得良好表现力。在此之前,即使对于专业摄影器材来说,夜景拍摄也是一大挑战,到了手机拍摄上,拍摄暗夜景象只能通过长曝光来实现,不但操作繁琐,而?#20197;?#28857;等问题始终难以解决。“超感光传感器”一举攻克了这一难题,带来了“夜视仪”一般的成像效果,意义的确是划时代的。

此外,华为P30 Pro还在?#30340;?#39318;次商用了潜望式长焦镜头,通过光学三棱镜,巧妙地让光的轨迹发生90°转折,实现5倍光学变焦,同时有史以来第一次在手机设备上实现了可用的10倍混合变焦、甚至是50倍数码变焦,从底层?#40644;?#20809;与距离的限制,使P30 Pro获得了跟“长枪短炮”近似的变焦能力,堪称手机里的?#24052;?#36828;镜”。

与此同时,超广角镜头则可?#28304;?#24133;增加空间感,容纳更宽广的视野;而TOF镜头可以配合人像?#25351;?#31639;法,实现高精度的发丝级抠图,带来更出色的层次感和艺术表现力,TOF镜头还具有强大的景深信息探测能力,支持渐进式虚化、精准3D建模,带来超现实AR拍摄体验。

事实上,熟悉华为手机的粉丝用户都了解,华为手机P系列在手机拍摄领域的领先,早在P9、P10、P20系列,就一直处于领先地位,因此说,P30系列今天的成功,不仅是技术因素导致的结果,同时也是P系列家族血统传承的结果。

总的来说,华为P30系列初登场的表现堪?#20973;?#33395;,的确是具有革新意义的一代旗舰。目前,P30系列的海外售价也已经正式公布,P30(6+128G)售价799欧元,P30 Pro 8+128GB版售价999欧元,8+256GB版售价1099欧元,8+512版本售价1249欧元。

4月11日,华为P30系列将在上海举办国内发布会,按照惯例,价格应比国外便宜不少,而国内的消费者也将从中领略到“手机拍摄规则被改写?#20445;?#21040;底是什么样的体验。

(稿件?#24052;?#29255;来源:华为)

自3月26日海外发布之后,华为P30系列?#30007;?#20256;攻势就正式拉开了帷幕。今日上午,华为终端官方微博放出一张海报,为一项尚未公布的活动开启首次预热,这束来自宇宙的光,可以说意味深长。

虽然预热海报的整体风格都?#26376;?#20986;十足抽象风格,并没有十?#32622;?#30830;的指向性。但结合华为P30系列的产品特性,还是能够解读出一些信息。首?#28982;?#38754;主体是一个漆黑密闭的空间裂开的一条缝隙,让光线照射进来。这很明显是指向,华为P30系列的?#40644;?#24615;技术创新为许久?#20174;?#24040;大改变?#30007;?#19994;带来全新的光亮,开启了一个全新的世界。而把其中的孩童和海报内的字样结合起来,则有可能是意指相对于新世界,当前的手机摄影还只是幼童的阶段,在那个未来影像世界,将无限广阔。

每年华为都会举行以影像为主题的活动,例如近?#25913;甑男?#24433;像大赛就通过历代P系列新机拍摄了大量的精美样张,也为广大用户开启了一个全民的摄影分享活动,创造了一个影像表达的?#25945;ā?#20063;正是一位如此,华为新影像大赛得以深入人心。而此次官博海报所指向显然是一个有关摄影的全新的品牌计划,“未来影像”四字也显得意蕴十足。

而“未来影像”这四个字,显然在当下只有华为P30系列能够承担起来。?#28304;?#21326;为P30系列在法国巴黎发布,其强悍的?#25351;?#20110;前瞻性的摄影实力便获得了全球各界的关注与热议。这其?#20982;?#20851;键的革新便是“超感光徕卡四摄?#20445;?#34701;合了一颗4000万像素的主摄像头、一颗2000万像素的超广角镜头、800万像素长焦镜头以及TOF镜头。

其中主摄是一颗4000万像素1/1.7英寸大底的超感光镜头,全新的传感器将传统的RGGB方式替换为RYYB传感器,将绿色像素替换为黄色超级像素,在像素层面提升高达40%的进光量,不仅让感光度上探到惊人的409600,更为手机界带来了前所未见的暗光级摄影。

正是如此强势的暗拍实力,让华为P30系列无论实在事实上还是在意义都为手机行业带来了发展新光,照亮人们心中对手机摄影的期待,开启手机摄影的未来影像新方向。

虽然尚且不能明确这一预热海报的指向,但相信后续还会有更多信息的露出让整个活动计划变得更加清晰明了。但可以肯定的是,我们一定会在这次的活动中深刻了解由华为P30系列推动的影像变革,接下来,就坐等TA来刷新我们对手机摄影?#30007;氯现?

?#28304;?#31532;一时间拿到华为P30 Pro的测试机后,本人就一直想实际拍摄体验下它的摄影力。这几天除了给大家带来最新P30 Pro的产品与技术相关资讯外,其实我也在想一个问题:“到底什么样的场景才真正能发挥它的实力?”后来转念一想,好像旅行这个主题更契合。本人所处的重庆,正因为其先天、后天的优势,成为了一个新晋的“网红”城市,各种景色大片相信大家?#24067;?#24471;不少,此时再用P30 Pro来一波样张,应该很有感。

说到旅行拍摄装备,给人印象最深刻的就是10倍左右变焦的镜头,比如28mm~300mm、24mm~240mm的全幅头,或是18mm~200mm(等效135系统焦距也在这个范围区间)的残幅镜头,这些面向单反的焦段也经常被称作“一镜走天下”的利器。而像索?#24119;?#40657;卡”家族的“胖子”们(RX10系列),现在更是以24mm~600mm的等效焦段,成为很多旅行爱好者的最爱。

同理的,主打10倍混合变焦,最高可达50倍数?#30452;?#28966;的华为P30 Pro,其三枚镜头的物理等效焦距?#30452;?#20026;16mm、27mm和125mm,可以在16mm~270mm的等效焦距上实现非常不错的拍摄表现,而且按官方说法,在20倍变焦之内,即540mm的等效焦距内,照片可用度很高。再?#30001;?#24863;光度表现出色的1/1.7英寸感光元件和手机本身相对轻巧的体积,理论上P30 Pro几乎完全可以胜任旅行的拍摄任务。

所言不虚的20倍变焦可用度

这是重庆著名的旅游景点解放碑,这组照片主要目的就是展示P30 Pro的变焦能力。

20倍数码变焦,等效焦距531mm;

50倍数?#30452;?#28966;,等效焦距1343mm。

从这五张照片的对比来看,到5倍光学变焦的时候,画面效果相当不错,到10倍混合变焦的时候,整个画面依旧保留了很多细节,照片可用度很不错,而到了20倍数?#30452;?#28966;的时候,如果是作为朋友圈、微博?#29467;?#26469;讲还是相当可用的;到了50倍数?#30452;?#28966;的时候,所产出图片依旧是朋友圈获赞利器。需要提到的是,拍摄当天并非晴天,而是雨后临近傍晚的阴天,光照算不上充足,所以个人觉得作为一款手机能有这样的数?#30452;?#28966;表现,已经算不错了。

那么,天色再晚一点,P30 Pro又会什么样的表现呢?

50倍数码变焦,等效焦距1343mm。

由这组照片,再参照前边一组可以看出,P30 Pro的变焦结果,在10倍混合变焦及以下,受光线的影响并不算大,作为一款手机的拍摄效果而言,这是非常厉害了。

?#36824;?#20010;人觉得,就这么一步步的对比还算不上夸张。来看下边两张照片

虽然第一张照片不是太清楚,但来过重庆的朋友一定知道这就是南山?#31995;?#37027;座金鹰雕塑,而在第二张照片上,它就是画面正?#34892;?#37027;个金色?#30007;?#28857;。能达到如此宽泛的变焦范围和拍摄自由度,这在过去手机拍照上真的是想都不敢想的事情。在这里拍摄的时候,还遇上一个小插曲:路人看到我在拍摄,通过屏幕看到夜景效果很好,一边围观一边说这是不是华为手机的超级夜景?然后还特别去手机背面看了一眼,说道果然是华为——看来华为手机超级夜景?#30007;?#20256;真是非常到位。

在称赞完了华为P30 Pro?#31995;?#21464;焦拍摄能力,做一个简单的总结。就个人来看,华为官方在P30 Pro上大力宣传的10倍混合变焦能力是实打实的,因为在16mm~270mm这个等效焦距之间,P30 Pro几乎都能输出令人满意的照片。回到最前边设定的那个场景,带着这样一台手机去旅游,你会非常放心?#19981;?#24456;舒心。甚至之前你不敢想象仅通过手机就能拍到的场景,如今P30 Pro就能做到,甚至会做得更好

16mm大场景,数码相机要做到这样的拍摄视觉,广角镜头投入不菲,而P30 Pro举手之间便能做到。

大变焦和暗光能力,让华为P30 Pro足够强悍

旅游旅游,逛吃逛吃,美食的拍摄已经占去我们日常生活中不小的比重,既饱口福,又养眼,还能在朋友圈“深夜报社?#20445;?#19968;组好的美食照片简直就是一举多得。?#36824;?#25105;也发现,其实很多人在拍摄美食的时候,总是感慨心到手不到,其实这多少也和手机的摄影能力有关。其实,美食主题对于拍摄对焦段和拍摄手法的要求会比较综合,而且广角、中长焦、微距等能力都会涉及。

67mm等效焦距

57mm等效焦距

63mm等效焦距

55mm等效焦距

5倍变焦,135mm等效焦距

从这组照片可以看出,各种焦段的灵活运用,会让美食的照片拍摄更?#25317;?#24515;应手,而在16mm~135mm这个焦段区间光学混合变焦都能得到非常出色的照片,更何况华为P30系列还有2.5cm超微距,真可谓是称手又好用。值得一提的是,这一组照片都是在夜晚室内光线下拍摄的,就算在电脑上看,画质细节都没毛病,非常出色。

渝中半岛的夜景,也是来重庆旅游必须要领略的。所以,我来到了看夜景最佳的地点之一:南滨路。在这里,超广角+手持超级夜景简单就是夜景拍摄的绝配。当然,不同人对于夜景的理解有差别,因此拍了不同画面效果的照片。

50倍数码变焦,1343mm等效焦距。当然,皮一下50倍变焦也是必须的,你能在前边的图中?#39029;鯳estin酒店在哪里么?

在这里拍照的时间,又遇上两件趣事。第一,是一位要参加第二天重庆国?#20107;?#25289;松比赛的山东小伙子(人家可是职业全马选手),看到P30 Pro拍摄的照片之后,死活要加我微信问我要照片,说自己的手机拍不出来这样的夜景,想要来在朋友圈炫耀,所以,要是看到有人先发,千万别说是?#19994;?#22270;哈;第二,是围观的一位大叔,问过手机?#30007;?#21495;之后,说他自己是华为P20用户,真是感叹才一年时间不到,手机拍照的进步就这?#21019;蟆?#25105;?#21442;?#20182;说:别担?#27169;行?#21151;能升?#24230;?#20214;能行,P20还能打呢。由此可见,一张好的照片,带给人的感知?#28982;?#26377;多么明显?

最后的景点拍摄地就是重庆人气最高的网红景点:洪?#38706;础?#34429;然可以到洪?#38706;?#33050;下去拍摄,但想想自己手?#31995;?#21487;是华为P30 Pro,所以为什么要走得很近?下面这些拍摄的角度和构图,相信网络上流传不少,但请记住这次这些图片是通过一台小小的华为P30 Pro手机达成的。

5倍光学变焦,135mm等效焦距

61mm等效焦距

58mm等效焦距

150mm等效焦距

51mm等效焦距

50倍数码变焦,1343mm等效焦距。还是在皮一下50倍数码变焦能力,河对?#37117;?#28392;路?#31995;男?#20154;和?#30423;?#26159;清晰可辨的。

在拍摄洪?#38706;?#30340;时候,所处的位置因为是嘉陵江对岸,在这个地方,用眼睛看洪?#38706;?#21644;渝中半岛的夜景没有问题,但想到用手机或是相机留下好的照片,绝非一件易事,不?#25293;?#21487;以来挑战。在拍摄过程中,除了被游客们围观之外,还不止一次又听到了游客们在念叨华为手机的超级夜景和拍照画质,从华为P20 Pro之后,华为要在影像功能?#31995;?#22823;跃进战略,是真的?#34892;В?#20063;的确是有相当深广影响力的。

一点心得和总结

好了,关于我所生活的这个网红城市的夜景,还有华为P30 Pro的变焦与暗拍能力的感受,目前就这么多了。不得不说,华为P30 Pro是一位绝对强悍的实力选手,特别是在大变焦能力的前提下,依旧可以输出很好色?#35270;?#30011;质的照片,在这一点上,目前?#19968;?#27809;有看到能与之一战的对手。最后的最后,一些感受和建议还是想谈两句:

1. 华为P30 Pro?#30007;?#33322;非常棒,这?#38395;?#22806;景,前后5个多小时,拍照手机工作了大约两个半小时,结束的时候还有一半的电量,就算是外出旅拍,?#30001;?#19968;个华为?#24052;?#37329;油”充电宝,拍一天真的没问题。

2. 华为P30 Pro屏幕指纹模组的位置比Mate 20 Pro靠下很多,按压起来不算太顺手。

3. 虚拟变焦杆应该可以再优化一些。目前的设定,点击会在1倍/5倍/10倍/广角四个选项之间切换,个人认为直接从1倍就跳到5倍这个跨度太大了,在日常使用中,其实16mm~80mm,即广角到3倍变焦这个区间使用频?#35270;?#35813;是最高的。

有人说可以滑动变焦条来自由选择,但其实滑动?#30007;?#29575;远没有直?#25317;?#20987;更好。建议可以像数码相机那样增加一个选项,即给10倍以上数码变焦功能增加一个开关——就像传统的数码相机那样,要是怕用户不懂,还可以在检测用户有继续变焦意图时给出提?#23613;?#22914;此一来,不但可以保证画质,更能让相机变焦的操作变得更加精细。

最后还有一点,就是目前华为P30 Pro所达成的拍摄能力,是以前手机影像所不能企及的领域,真正把消费者带到了超越?#25628;?#25152;视范畴。同时,这次外拍围观群众和游客的言行也在时刻提醒,华为P30 Pro的摄影?#40644;普?#30340;很有意义。

本文来源:MobileDeviceTalks (微博)

这次 RYYB 的设计在手机上比较新,我更关注技术细节而且它?#25351;?#20809;有关系,所以就又忍不住写了一篇文章,抛砖引玉一下。要说清楚这次P30Pro用的RYYB和之前RGGB有什么区别,首先我们要了解CMOS是怎么工作的。

我们都知道计算机不能处理模拟信号,只能处理数字信号,所以现实世界的光影也不能直接被计算机处理,所以要记录数字影像,那?#27425;頤潜?#39035;?#39068;?#23454;的影像通过数?#21482;?#36716;变为计算机能读取写入的格式。因此我们?#25176;?#35201;一种东西,能够把光信号转换为电信号,这也就是CCD 和CMOS 的由来,由于成本和功耗等等原因我们现在看到的数字相机和手机都是CMOS, 具体原因展开太麻烦所以也就不详细说了。

每一个 CMOS 像素都包括感光二极管(Photodiode)、浮动式扩散层(Floating diffusion layer)、传输电极门 (Transfer gate)、起放大作用的MOSFET、起像素选择开关作用的M0SFET.在 CMOS 的曝光阶段,感光二极管完成光电转换,产生信号电荷,曝光结束后,传输电极门打开,信号电荷被传送到浮动式扩散层,由起放大作用的MOSFET电极门来拾取,电?#23578;?#21495;转换为电压信号。所以这样的 CMOS 也就完成了光电转换、电荷电压转换、模拟数字转换的三大作用,通过它我们就能把光信号转化为电信号,最终得到数字信号被计算机读取,这样,我们就已经拥有了记录光线明暗的能力,但这还?#36824;唬?#22240;为我们需要色彩。

现代彩色CMOS 的原理也很简单,直接在黑白图像传感器的基础上增?#30001;?#24425;滤波阵列(CFA),从而实现从黑白到彩色的成像。很著名的一种设计就是Bayer CFA(拜耳色彩滤波阵列)。一个很有趣的事就是,我们用来记录光影的 CMOS, 和我们用来输出光影的显示器,原理也刚好是向相反的,CMOS 把光转化为电信号最后以数?#25351;?#24335;记?#36857;?#26174;示器把解码的数?#25351;?#24335;从电信号重新转化为光。光电之间的转换也就构成了我们人类数字影像的基础。好了回到正题,为什么是 RGB 三种颜色?为什么 G 的占比要高于 R 和 B 呢?

这是因为人视网膜?#31995;?#24863;光细胞分为两种:视锥细胞和视杆细胞,?#30452;?#23545;应?#25628;?#30340;明视觉和暗视觉。视锥细胞又分三种:红色感光细胞、绿色感光细胞、蓝色感光细胞,它们对照明的明暗条件敏感度?#31995;停?#21482;有当光照强度达到一定条件锥细胞?#25293;芄黄?#20316;用。视杆细胞对光照的敏感度较高,可以在光照条件很暗的情况下对景物成像,却不能感受颜色。这也解释了为什么在晚?#31995;?#26102;候人仍然能够看到物体,却不能?#34892;?#22320;?#30452;?#29289;体的颜色的现象跟颜色有关的三种视锥细胞,每一种都对 RGB 三种颜色最敏感。

注意,是最敏感,所以蓝视锥细胞不仅能感应蓝色,也可以感应到绿和一部分红色,绿视锥细胞不仅能感应绿,也可以感应一部份蓝和红,最后红视锥细胞也是如此。所以通过三种视锥细胞感应到不同波长光谱的比例,人类就能识别出视觉上除了红绿蓝之外的其他颜色。

人造的大部分显示器,也都是利用这个特性来欺骗人类看到红绿蓝之外的颜色,比如上图就是我的显示器在显示黄色时实际发出的光谱,根本就没有黄色,这就是一个骗子显示器,但是通过对?#25628;?#35270;觉特性的利用,我?#24378;?#21040;的就是黄色。1931年,CIE(国?#26102;?#20934;照明委?#34987;幔?#24314;立了一系列表示可见光谱的颜色空间标准,定义了CIE-RGB基色系?#22330;?#35268;定了RGB系统的三原色光波长?#30452;?#20026;700nm,546.1nm,435.8nm的红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)。

通过混色实验可以得到上图的一组曲线,它们表示在 380nm-780nm 范围内?#22791;?#20010;光谱能量一样时,某一波长的光谱色与混色结果一样,并称这三条曲线为 CIE1931 RGB 系统光谱三刺激值曲线,这与后文中我们要提到的标定有很大关系。

这还可以?#30001;?#19968;下,由于计算颜色三刺激值时会出现负值,所以 CIE 又设计出了一套CIE-XYZ 系统,用 X, Y, Z 来代表红绿蓝三原色,上图也就是 CIE1931 XYZ 系统光谱三刺激值曲线。

著名的 CIE 1931 xy 色度图也就是从此而来,我?#24378;?#20197;用它描述出任意的一种?#25628;?#21487;见色彩。当然后来为了更精确?#30007;?#27491;,还有 CIE 1976 u'v 色度图,我们的很多评测也都使用了这个标准。因此,在理论?#29616;?#38656;要记录 RGB, 也就能还原出我们眼睛看到的所有颜色了。

另一个事实是:皮皮虾拥有 16 种视锥细胞,所以如果让它看我们的显示器,它?#25442;?#35273;得你给我看的这是个什么玩意???

好了我们回到滤镜颜色的问题上。对于基于 Bayer CFA 的设计,当我们拍摄?#20063;?#22270; 1 的场景时,CMOS 所有像素传回来的图像直接组?#31995;?#32467;果就是?#20063;?#22270; 2, 当我们将滤镜颜色加到像素上会得到图 3, 很明显这也不应该是我们最后看到的图像。所以由 3 到 4 的过程,?#25176;?#35201;插值算法来补足,之前真假 4800 万像素的争论也就是在这一步。

对于 Bayer CFA 设计的 CMOS, 有常用的插值算法,比如相邻像素插值、双线性插值、三次多项式插值等,它们的目的都是为了还原出全部的 RGB 三个通道分量,比如双线性插值就是这么算的:对于只有红色分量的像素:例如 R32:

对于只?#26032;?#33394;分量的像素:例如 G33

对于只有蓝色分量的像素:例如 B43

通过还原得到完整的 RGB 分量,我们就能得到一幅没有缺损的图像了,但是这就是终点了吗?并不是,我们不能直?#24433;?#36825;样的图像存储,因为这其中有一个很重要的问题:Bayer CFA 经过插值之后,CFA 的色特性与?#25628;?#30340;视觉特性并不一定重合,所以图像中的像素颜色可能都是偏色的,这里可能是光学透镜的光谱特性导致,也可能是 Bayer CFA ?#31995;?#24425;色滤镜光谱特性导致,跟拍摄的环境光也有很大关系。所以还有一步,那就是校正标定。校正标定之?#20982;?#37325;要的则是伽马校正和颜色校正,先看伽马校正:在现实世界中,几乎所有的显示器、摄影胶片以及很多电子照相机的光电转换特性都是非线性的。这些非线性部件的输出与输入之间的关系通常用幂函数表?#23613;?#29702;想?#21050;?#19979;,色?#26159;?#24230; (Intensity)与电子束的电压信号之间?#19978;?#24615;关系,但实?#26159;?#20917;刚好想法,色?#26159;?#24230;与输入的电压信号之间是非线性关系。显示器的输出强度和输出电压的响应大致成幂指数关系,下方式子表示输出的强?#20154;?#30528;输入电压的增长成指数增长,通常我们就把这个幂指数称为伽马(Gamma):

为了使图像在显示器?#31995;男?#26524;和实?#26159;?#24418;更为接近,在摄像机获取图像后,必须进行伽马校正,把上边式子的非线性关系校正为线性关系

其中,是经过校正处理后的图像的像素值;是没有经过校正的像素值;伽马值γ表示校正的程度,γ=1 时,不进行校正,γ值越大,像素灰度值?#30007;?#27491;程度越大。颜色校正:由于不同厂家在制造 CMOS 时使用的彩色滤光片不同,CMOS 对不同波段的光电响应度不同,都会导致相机的光谱响应曲线不同,比如这是某一个 CMOS 的光谱相应曲线:

很容易的就会发现彩色相机 RGB 三刺激值曲线图和之前我们提到过的 CIE 1931-RGB 系统有很大差别。

想减小这种差异,就要对原始图像的像素灰度值(R,G,B)进行必要的补偿,带来和?#25628;?#24863;知相近的颜色,这其中的工作就是颜色标定。好了,铺垫了这么久,终于讲到那当我?#21069;裄GGB 换成 RYYB, 用黄色滤镜替代绿色会怎么样了。

黄光的光谱主波是 570-590 纳米,刚好被夹在红绿主波之间,所以只要彩色滤镜的光谱特性设计得足够好,那么理论上黄色也就能记录红+绿,下图就是一个我假象的光谱响应示意图:

在这种非常理想的条件下,RYYB 的感光总量肯定可以超过 RGGB, ?#36824;?#36825;也给插值算法补全 RGB 的那一步带来了一定困难,插值不理想的话后期色?#26102;?#23450;?#19981;?#20986;现

而且现实情况也是要复?#25317;?#22810;,我?#19994;?#20102;一篇论文:Raj Shrestha, V. et al. Polarization-tuned Dynamic Color Filters Incorporating a Dielectric-loaded Aluminum Nanowire Array. Sci. Rep. 5, 12450; doi: 10.1038/srep12450 (2015). 在这之中就有相当多的彩色滤镜,甚至有直接将黄光主波压制,保留红绿蓝光谱的彩色滤片设计。最后的最后,既然 P30系列在宣传的时候提到了 RYYB 设计能带来 40% 的进光?#21051;?#21319;,这一点我觉得没什么值得怀疑,在没有真机之前,可能大众了解 RYYB 设计之后的疑虑应该是色准问题。而这一切,都要靠华为自己的色?#26102;?#23450;,伽马标定,以及自动白平衡算法了,4 月 11 日国内发布会见。

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