不管相机厂商愿不愿意承认,智能手机都已经取代家用数码相机,成为普通人手中最重要的拍摄工具,在那些人山人海的景点中,我们看到最多的往往并不是举着重型单反的摄影师,而是轻松拿着智能手机咔嚓一张的普通人,当然受限于CMOS尺寸和手机镜头的限制,智能手机的画质可能永远无法与专业单反相机媲美,但是智能手机在拍照上却具备许多难以预料的特殊玩法,这全都源于手机中ISP的发展,采用高通骁龙处理器的手机们甚至玩儿出了双摄像头,先对焦后拍照的功能,今天,不妨就让我们抛开性能,谈谈高通骁龙中的ISP究竟能带来什么样的黑科技体验。还有,为什么手机拍照的黑科技始终无法跟数码相机媲美。 

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来认识下ISP:图像信号处理芯片  
那什么才是ISP呢?ISP全称为ImageSignalProcessor,ISP(ImageSignalProcessing)图像信号处理。主要用来对前端图像传感器输出信号处理的单元,以匹配不同厂商的图象传感器。  

相机用图像处理器ISP(ImageSignalProcessor)。被管道化的图像处理专用引擎可以高速处理图像信号。也搭载了为了实现AutoExposure/AutoFocus/AutoWhiteBalance评测的专用电路。另外,THine开发的减噪等图像处理模块,能令各个CMOS传感器实现最高画质。。关于它的作用我们简单举个例子,如果将一张照片比作一道菜,那我们熟悉的镜头和传感器就像是料理中使用的锅碗瓢盆,但众所周知,真正决定一道菜口味的并不在于厨具,如果没有掌勺大厨精湛的功夫,再优秀的食材都无法发挥作用,而ISP就像是个经验丰富的大厨,能够将各类原料绘制的美味可口。

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ISP能将我们日常所拍摄的照片直接进行锐化、降噪、色彩优化等处理,免去了用户后期手动操作的麻烦,甚至可以任性的说,ISP算法的好坏直接决定了成像素质的优劣,这也就是为何去年那么多手机都采用了索尼IMX214图像传感器,但是却在最终成像上出现了千差万别的效果,这就是ISP在其中起了作用。  
而目前智能手机厂商运用最为广泛的,无疑就是高通骁龙处理器的集成ISP方案,在高通骁龙800中就已经实现了双摄像头同时拍摄,最高2100万像素照片的处理,甚至还拥有可以支持光场相机和即时HDR等高级功能,而到了高通骁龙810时代,ISP性能又有了进一步的提升,最高支持5500万像素照片并且能够同时驱动三个摄像头进行画面拍摄,黑科技般的景深合成和无损变焦功能都能得以实现。  
双核ISP启动全景深功能先拍照后对焦  

以高通骁龙810中为例,其内置了一块14bit双核ISP,你可别小看这块芯片的性能,有了它之后,图像处理速度可达1.2GPix/s,相比上一代产品有了质的飞跃,同时它还使得智能手机拥有支持4K30fps录像及1080p120fps录像功能,而更为重要的是,高通骁龙810默认提供了对于双摄像头拍摄的支持,中兴AXON天机的双摄像头拍摄就来源于此,通过双摄像头所拍摄的不同焦点照片,能够实现先拍照后对焦功能,也能让你获得不同景深甚至是全景深的照片,这大大减少了用户的后期成本,要知道,在以前即便使用最专业的数码单反,要想要取得一张全景深的照片都需要采用PS后期堆叠而成,在这一方面,智能手机无疑走在了相机的前面。 

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我们熟悉的LytroILLUM光场相机中就是使用了高通骁龙800处理器,得益于其强大的性能和可编程能力,免去了Lytro二次开发处理器的麻烦,要知道,LytroILLUM所配备的巨型40Megaray感光元件能够记录4000万束的光线,这对于配备了高通骁龙800处理器的Lytro来说就是一秒内完成的工作,如果没有坚实的性能做基础,想要完成这样大规模的处理几乎是不可能的。

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GPU、DSP和传感器来一起玩全景拼接更自如  

高通骁龙处理器一直都不能被看作是一款单独的CPU,而应该是SoC(SystemonChip),以骁龙810为例,其中就集成有CPU、GPU、DSP、电源管理、ISP图像处理芯片、传感器控制芯片等等,高集成度也意味着它拥有更低的开发成本和更高的联动性么,这也是以往独立ISP无法实现的优势,高通骁龙810就像是一个家族企业,所有的部分都互相熟络、互相扶持,外人再能干,始终是自家人来的可靠。而这一优势也在全景拍摄时得以体现。 

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在拍摄巨幅全景照片时,首先需要用到的就是ISP对每一帧画面进行优先的降噪、渲染处理,而随后通过GPU强大的性能计算,来对所有拍摄的照片进行拼接,这时候就需要考验GPU的运算性能,高通骁龙处理器所采用的Adreno图形处理芯片在这一点上拥有当之无愧的强大实力,很多人都不知道,Adreno系列图形处理器的生父来源于世界著名芯片厂商AMD,不过在高通实现收购后,Adreno系列才成为移动领域最为强大的GPU系列。这一点在一加手机2中表现的尤为明显,按下快门后几乎任何速度转动手机都能获得不错的全景照片,很少会出现明显的拼接现象。

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而在这其中,各种传感器的协同作用也起到了无可替代的功能,陀螺仪能够感知手机的方位和方向,在转动时能够及时告知GPU手机所处的位置。同时强大的物体识别算法也能准确迅速的将行动中的物体加以识别,并及时在拼接中避免让这些物体重复出现在画面内,这也就意味着我们可以和此前iPhone用户经常拍出的“腊肠狗”和“鬼影”永远的说再见了。

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(以前经常会拍出这种恐怖的全景照片) 

多帧合成助力夜拍抖手也能好好拍  

如今的智能手机想要获得更高的画质,就必须要在有限的体积上增大传感器尺寸,这也意味着往往机身体积需要进行妥协,这对于有着小型化要求的随身设备来说是不可原谅的,而另一些厂商,比如OPPO,就另辟蹊径的采用多帧合成的算法来通过多张照片合成的办法来提高画质,实际例证告诉我们这也是一个行之有效的办法,而这其中,ISP芯片和物体识别算法就成为了多帧合成的决定性关键,因为它能够确保手机在同时拍摄多张照片时能够更准确的进行物体的合成。

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(比如“某加”手机的画质加就采用了类似的多帧合成技术) 

以此为基础,多帧合成还能为手机提供更出色的夜拍表现,特别是在某些需要使用慢速快门的环境,即便用户在拍摄中手部出现了轻微的晃动,但是聪明的ISP仍然知道所有图片中物体的正确位置,并能够轻松将这些物体对齐合成,所以多帧拍摄不仅能够大幅度的提升画面纯净度,甚至能够提高出片的成功率。  
终极目标是干掉单反高通骁龙820搭载SpectraISP  

在高通骁龙820中,搭载了全新的SpectraISP,从高通公布的图片来看,SpectraISP同样占据了相当大的芯片面积,规格可以说强到爆表,SpectraISP采用双核、14位精度设计,强大的处理能力同时支持三个摄像头(例如一个前置摄像头和两个后置摄像头),每秒拍摄30张2500万像素图片也能做到零快门延迟(ZSL)。

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除此之外,SpectraISP增加了专门用于抗噪声和彩色伪影校正的硬件电路,让照片画质更出色,强大的处理能力本身也能提升画质,比如实现更自然的皮肤色调。而SpectraISP令手机的对焦能力也有了大幅度提升,SpectraISP支持PDAF相位对焦/对比对焦/激光对焦,并且提供了一个统一的自动对焦框架,能把多种对焦技术混合使用,明年你在小米5、努比亚Z10身上看到激光+相位+对比混合对焦,可千万不要奇怪。 

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并且,SpectraISP拥有更先进的带宽压缩技术,采用最新MIPI串行C-PHY接口,内部总线的吞吐能力提高,数据传输起来更顺畅,抗干扰性能也更出色,这一切体现到摄像头上就是反应更快、延迟更小。最后,SpectraISP能直接把RAW级别的拜耳原始数据无损传输至DSP进行预处理,这意味着骁龙820内部各个部件之间协同处理图像的能力变得灵活,有助于实现一些更高级的拍摄效果,比如在夜间拍照时,DSP当检测到画面部分非常暗时,能自动对画面进行调亮。

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总结:ISP的作用不容小觑  

对于用户来说,拍照就是按下快门的一瞬间,但这背后却有着ISP、DSP、GPU、传感器甚至是处理器的协同作用,智能手机拍照的体验越简单,实现过程往往就越复杂。一直以来高通都努力让新一代的智能手机拥有更优秀的拍照能力,所以从骁龙800到骁龙810,我们看到了ISP芯片处理性能的不断进步,更多黑科技在源源不断的实现,而在未来高通骁龙820中,SpectraISP这无疑预示着智能手机拍照将再上一个台阶。 

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最后谈谈为什么手机动辄1300万,拍出的照片却不如200万像素的数码相机  
在讲解像素和相片品质的关系前,先讲几个基本知识  

像素:我们经常说的“200万像素”、“300万像素”,像素究竟是什么?像素是成像元件上的感光元素,感光元素越多,像素越高; 

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像素是组成图像的最小单位。打个比方,某个晚会的背景图案是由很多人举牌子拼成的,每块“牌子”就好比一个“像素”。像素是在影像感应器上将光信号转变成电信号的基本工作单位,“牌子”多了,每块面积变大了,背景图案的总面积才会大,看起来也就更清晰。(我们机关大门上头的电子广告屏,一个灯就是一个像素)  
很多人都认为“像素越大照片越清晰”,其实照片清晰度不单从像素的概念来看,成像效果受感光元件、变焦、镜头、光圈等很多因素的影响。  
成像原理:先是光线照射到成像元素上,成像元素会产生电流,但是这个电流相当微小,是无法成像的,只有在经过三级电压放大之后,才可以成像。  
图片噪音:电器设备本身都具有噪音,相机的本身噪音一般在2ev;如果感光产生的电流在放大之后,电压为2ev,那照片就会有噪点。  
很多人都认为“像素越大照片越清晰”,其实照片清晰度不单从像素的概念来看,成像效果受感光元件、变焦、镜头、光圈等很多因素的影响。比如:  

1、数码相机的感光元件及尺寸与手机不同 

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数码相机CCD感光元件尺寸范例  

感光元件就相当于数码照相设备的心脏,承担的是传统相机时代胶卷的角色,目前主要有两种:CCD(数码相机的主流选择)和CMOS(手机的主流选择)。常见的消费级数码相机和中高档拍照手机采用CCD感光元件,成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以成本居高不下;而绝大部分手机和低端数码相机采用的是CMOS感光元件,在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,耗电量低,但是图像质量低一些。除了手机,在摄像头等小型设备上也会发现CMOS的身影。所以,同是800万的手机摄像头,得看它采用了CCD镜头还是CMOS镜头。在相同像素下,手机的拍照效果普遍比不上数码相机,也与感光元件紧密相关。 

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手机的,这个你能感知出来大小 

还有一个原因是相同感光元件下,感光元件尺寸不同。在我们日常生活中,经常会发现并不是像素越高,成像越是清晰。比如700W像素的手机成像效果远不如400W像素的照相机,这是为什么呢?  
700w像素比400w像素的多了300w的感光元素,但是他的700w的载体(感光元件)比400w的相机的要小很多,这个通过对比手机和相机的大小就知道了,那样一来每个成像元素就更要小得多了,相当于手机的像素是幼稚园的小孩,而400w相机的是初中生,他们感光产生电流的能力就不是一个级别的了。  
而照片成像分为高光、中光和低光,产生电压能力一依次下降,手机的低光部分电压很容易小于2ev,这样手机成像就会有噪点,如果图像不放大还好,不容易发现,但是放大之后就会很明显。但是手机照片又不能不放大,毕竟成像元件太小了!  
专业相机和普通相机的功能区别主要体现在夜间拍照,因为夜间光线弱,成像元素产生的电流小,需要经过的放大的就多,而三级放大设备本身也会产生噪音,同样会经过放大,所以放大越多,产生噪音机会越大。  
这样说来,判断相机就是成像元件越大,在像素达到一定标准后,单个像素质量越高越好。而不是以前认为的唯像素论,目前业界专业相机一般为全画幅1600w像素的相机,像素再高的,单个像素品质就会下降,夜间拍照效果就没那么好了。  

2、变焦 

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为什么手机摄像头推进拍照时,图像会发虚呢?因为CCD拍照一般使用“插值”处理(是数字变焦而非光学变焦),也就是局部放大图像,一些企业为了促销只标明“经硬件插值可达XXX像素”,但“有效像素”并不高,而有效像素正是决定图片质量的关键。  

3、镜头 

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专业单反数码相机镜头  

数码相机多用光学镜头,机内图像处理器等都会参与图像成像过程,手机一般用非光学镜头,但高端手机镜头(如索爱K系列手机、诺基亚N系列等)通过卡尔·蔡司镜头等相关认证,大大提高了手机的档次。 

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sony手机摄像头镜头(已经算高端货色了)  
4、光圈  
为什么一些数码相机的“炮筒”又粗又长呢?“炮筒”越粗,光圈越大,进光量就越大,成像质量就越好越细腻;“炮筒”越长,焦聚越长,可以把更远距离的东西拉近,记录更多的图像细节,各像素间的干扰也小。普通手机由于考虑到成本、体积等各方面的因素,使用的感光元件多是面积很小的CMOS,接受的光线少,像素间的影响大,噪点增多。有的高像素手机“炮筒”一伸出来也很长,初步判断应该比藏在手机里的强。  
好了,关于手机拍照黑科技的相关内容就到这里。各位又有知识装X的谈资了!