手機影像技術2020年度盤點：邁入功能擴展時代

薛山

硬件進化相對平淡，多攝打入低價市場

據投資機構“Mirae Asset”數據顯示，2020年的圖像傳感器市場份額有81.6%是由手機產品線占據，預計到2024年整個數字會增大到84.3%，排名第二的平板電腦占幅在5%左右，傳統的單反/微單相機占幅只有1.3%～1.5%，考慮到半導體產業受規模效應影響，這意味著整個影像行業的發展重心已經完全轉移到了手機端。

今年的國產CMOS實現了比較重要的突破，搭載豪威科技OV48C CMOS的小米10至尊紀念版在8月拿下了DxOMark的榜首位置，打破了索尼、三星的壟斷地位，這顆1/1.32英寸4800萬像素的CMOS單像素邊長1.2微米，沒有追求像素分辨率的極致，取了功能與性能的折中，并且2x2像素合并也很方便實現14bit單幀HDR，并且可輸出8K視頻，功能已經完全不遜色國際一線產品。

回首2018/2019年的手機影像市場，既有華為領銜的RYYB色彩濾鏡陣列、潛望式長焦攝像頭，也有三星1.08億超高像素，還有不斷縮小，甚至已經摸到0.7微米邊長的超小像素設計……市場細分好不熱鬧，但企業的最終目的還是賣貨盈利，這樣才能形成繼續研發的正循環，所以在這番創新力井噴之后，2020年的手機影像硬件變革力度顯得小了很多，很少再聽到特別生猛的新技術出現，各大廠商都在求穩增銷量。

雖然受新冠肺炎疫情影響，各大數據分析機構都認為2020年全球手機出貨量將下滑近10個百分點，但影像傳感器出貨量依然有7%的年增率，出現這種情況的原因就是多攝方案的復雜化和價格下探，主流出貨的千元級市場也開始出現如Redmi K30這種后置4攝+前置2攝的組合，甚至還有不到千元就配備后置3攝的機型，雖然這類機型很多會采用百萬像素級別的景深攝像頭來“充數”，但事實上早在去年，這種200/500萬像素的傳感器就已經供不應求，多次漲價，這也說明廠商為力推多攝方案下足了決心，據上游信息顯示，鏡頭模組供應鏈需求量從2018年的37億個增加到了55億，2024—2025年可能會達到80億，顯然是一個巨大的增量市場。

ToF/LiDAR成為創新新思路

當下的手機CMOS市場正處于技術沉淀、市場消化的階段，很多2018-2019年出現的技術其實并沒有特別受用戶追捧，大家反倒是很冷靜地守在中規中矩的主流規格上，畢竟手機影像功能的應用重點還是低門檻和高效率，在這種大環境下想要創新，另辟蹊徑就成了必然，而具備深度檢測功能的ToF/LiDAR就成了新寵兒。

以iPhone為例，蘋果在最新的iPhone 12 Pro系列上加入了LiDAR光學雷達，它的工作原理其實很簡單，發射器會發射出激光，在觸及物體后反射回來被接收器捕獲，以這個發射/接收的時間差乘上發射光的速度再除以2，就能算出與物體之間的距離，也就是ToF（飛行時間）測量方式。與安卓端可見的ToF只能測量單點物距不同，固態LiDAR工作時會快速發射一大片光線，能在同一時間內獲得數量較多的距離數據，再加上使用皮秒級時間分辨率的dToF（直接測量飛行時間），工作效率很高，與此同時這意味著蘋果供應鏈在單光子雪崩二極管和時間/數字轉換器這兩個dToF的關鍵部件投入了很大研發改進，不過受體型限制，iPhone和iPad上的固態LiDAR掃描范圍較小，最大也只能測量5米范圍的物體距離，可滿足家用需求。

iPhone之所以要配備LiDAR，最重要的目的是為了布局AR增強現實，因為AR需要結合周邊的現實世界來添加虛擬內容，需要LiDAR收集周圍環境的深度信息來實時渲染。事實上蘋果在這方面的布局很早就開始了：2017年就推出ARkit的開發套件，讓開發者們利用設備后置攝像頭來做AR應用。現在LiDAR的加入，可以讓這些AR應用更加精準和生動，比如iOS系統里面自帶的測量儀App，現在可以算出具體的數值，通過宜家的App也有了更詳細的室內環境空間數據，更好模擬出擺放了新家具后的情況等等。除此之外LiDAR和ToF都是主動對焦機制，這意味著即便在黑暗環境中也能準確輔助對焦，這一點在關于iPhone 12 Pro Max的測試中我們就深入地測試過，相對前代的進步很明顯。

根據ToF上游英飛凌的預測來看，2019年ToF市場為9700萬歐元，到2020年可增長至1.09億歐元，隨后將進入快速攀升的階段，2021年預計可達2.51億歐元，2023年更是膨脹到10億歐元的級別，測距范圍也將擴展到10米且具備超過4萬個深度點，并且模組體型也會持續縮小，且有機會融合到CMOS工藝之中，未來還是挺值得期待的。

成像算法是未來發展的絕對核心

如前文所述，硬件上的進化幅度正在持續放緩的過程中，但軟件算法的天花板還非常高，去年華為P30系列的超級夜景可以說是引爆了全網討論，大家都在拼了命地找沒有光照的地方做測試。而Mate 30的7680fps超慢動作同樣在短視頻平臺形成了轟動效應，所有人都在找那些快速移動的物體拍拍拍……算法帶來的新鮮感遠比硬件技術要多得多。

在2020年來看，有著閉源系統優勢的蘋果還是走在了最前面，比如去年伴隨iPhone 11系列發布的Deep Fusion功能，采用人工智能算法，在還沒按下快門時就已經捕捉4張短曝光照片和4張不同曝光的照片，按下快門時會拍攝1張長時間曝光照片，最后會自動選擇細致的短曝光照片進行合并，自動將畫面中的噪點進一步處理，細節也會來得更細致，不過拍攝時間也會增加（需要1秒），連同照片容量也會變得更大。而在今年iPhone 12時代又有了新變化，不僅廣角鏡頭支持夜景模式，前置攝像頭也支持Deep Fusion自拍，與此同時還增加了全新的4K60p 12bit杜比視界HDR視頻模式，并且在隨后還會增加ProRes RAW輸出……這基本就為手機影像算法的發展方向定下了基調。畢竟手機拍HDR視頻的好處是可以直接生成最終編碼，不需要LOG調來調去，而且自帶屏幕峰值亮度和色域越來越高，不需要另配監視器掛LUT，既方便又低成本。

編輯觀點

總體來說，今年的手機影像技術變化是線性的，而且基本還是以iPhone為中心點，除了上述的進步之外，iPhone 12 Pro Max還加入了CMOS防抖技術。而安卓平臺因為缺少了華為這個最大的玩家，所以并不像往年那樣充滿了“刺激”，但對消費者來說這也不一定是壞事，因為現有的技術基本都趨于成熟，不再需要過多擔心自己是不是當了廠商試驗新技術的“小白鼠”，關于新技術優劣的爭論也少了很多，考慮到整個市場還正在復蘇階段，影像相關的技術以求穩為主并沒有什么問題，新東西還是明年再接著觀望吧。