拍摄新模式 手机外置摄像头技术分析

智能手机的行业竞争是十分激烈的，以至于所有厂商都在拼命地增加自己产品的卖点。自从拍照手机诞生以后，手机的拍摄功能就成为衡量一款手机功能是否齐全、质量是否优异的重要评价因素之一。不过手机拍摄功能涉及到的内容太多，光学组件部分更是受限于手机体积无法进一步发展。目前，很多厂商都在推出外挂的手机拍摄增强器件，这些器件的本质是什么？它们真的有效吗？

近关注手机的玩家肯定会对一个新闻颇为感兴趣，这就是索尼发布了Xperia Z1系列手机后，又推出了与之相配的DSC-QX100和DSC-QX10两款手机外挂摄像头。无独有偶，除了索尼外，之前专注于苹果手机配件的一些外设厂商，以及国产小米手机的一些玩家，都曾经推出、试验过类似的外挂拍摄增强类产品。这些产品的目的无非都是增强手机的拍摄功能，试图比拼目前的中高端卡片机甚至单反相机。

为什么手机摄像头无法比拼更高级的拍摄设备

在现有的技术条件下，由于材料的性能和光学原理的限制，手机摄像头在有限的空间内只能做到和类似产品相同的图像性能或品质，比如低端卡片机或者小体积的摄影设备。如果要媲美高性能的拍摄设备，以目前的技术水平手机摄像头部分仅仅是物理结构就需要占据很大的空间，各个部件的厚度和尺寸都需要大幅度提升，这和手机轻薄、小巧的发展方向实际上是背道而驰的。

由于手机的摄像头的体积很小，因此厂商只能使用小尺寸的CMOS，这样小的CMOS每一个像素尺寸极其有限，所接收到的光线肯定不会太多，信噪比无法很有效的控制，画质就难以提升，这是手机摄像头相对品质较差的核心原因。而且，依旧是受限于体积，镜头部分也不能做的太大，可接受的光线就很有限。此外，手机摄像头缺乏专业的图像处理芯片，输出图形只能依靠主SOC中提供的通用ARM核心或者专门定制的一个小核心计算，图像的降噪、压缩效果都不会特别优异。这所有的一切都使得手机摄像头难以达到更高级的画质效果。比如目前主流的800万像素的手机摄像头为例，实际拍摄的照片在手机或者电脑屏幕上以“适合屏幕”的尺寸观看时，画质尚可接受，但一旦放大到100%或者认真对比明暗处成像等细节，和专业的相机相比手机摄像头就完全暴露了它成像锐度差、细节保留差、宽容度低、对比度差、噪点高等问题。

只要手机摄像头的体积依旧没有得到改变，那么画质提升的空间就非常有限。这并非是设计人员不够努力或者厂商想藏私，而是CMOS技术和光学技术本质决定了这个结果。如果没有敏感度极高的CMOS材料或者在高折射率、低色散镜片上没有突破性的创新，那么这种情况还会继续下去。

目前改善手机摄像头品质的两条道路

手机拍摄性能存在的问题，厂商已经非常清楚地认识到了。因此，手机摄像头设备从早期的单纯比拼像素数量，逐渐转向了考虑使用其他方法提升每像素体积和增大镜头的光通量。在这方面积极的厂商是诺基亚，诺基亚目前在4100万像素的Lumia 1020上使用了比较大但依旧远远小于APS-C尺寸的1/1.5英寸的CMOS，呈现出比较优秀的拍摄效果，不过代价是手机镜头尺寸和摄像头厚度不太理想，不适合作为轻薄型手机使用。HTC One干脆降低像素数量来提升每像素尺寸，不过终效果也看起来不太理想。索尼的Xperia Z1为了获得高像素和比较好的画质，使用了1/2.3英寸的CMOS，面积大概只有单反APS-C面积的1/8到1/9，效果虽有所改善，但还是治标不治本。从目前技术发展的角度估计，在手机上使用1英寸的CMOS、同时保持比较轻薄的手机体积，已经是当前技术的极限了。

手机的CMOS尺寸决定了其画质呈现能力。

因此，在当前手机轻薄化的道路上，厂商必须想办法做点手机之外的打算，通过组合外部设备来进一步提升画质。基于这个想法，关注手机摄像头的厂商开发出了两条道路：第一条是通过外挂更强力的光学镜头，来提升手机摄像头的拍摄效果；第二条是通过直接外置尺寸更大、镜头更强悍的外置摄像头来提升手机的拍摄效果。

外置光学镜头——治标不治本

从上文可以看到，手机拍摄的限制主要在于CMOS体积较小，光学镜头只是次要原因，如果CMOS的尺寸没有大幅度提升，拍照效果不会有根本性的改变。不过厂商还是开发出这样一种设备—外置光学镜头，这种产品通过较大的口径和多片镜头，可以获得诸如光学变焦、更多自由焦段等特性。那么通过外置光学镜头改善光学效果，会有什么正面的反应呢？

首先，在使用了外置光学镜头后，毫无疑问手机摄像头的功能性被加强了。比如之前无法使用的焦段，可以使用外置镜头控制并得到正常的拍摄效果。一些普通玩家很喜欢的拍摄效果比如微距、长焦等，都可以通过使用外置光学镜头获得。

其次，外置光学镜头由于受光面积更大，可能会加强图像的画质。外置光学镜头的口径一般都远远大于手机摄像头，因此可以接收到更多的拍摄光线，会聚后集中在CMOS上，这样能在一定程度上提高手机摄像头CMOS的信噪比，终提高画质。

外置光学镜头可以在功能性上大幅度提升手机摄像头的应用范围，使得手机拍摄可玩性更高，也有可能改善终画质。再加上这种设计比较简单、技术门槛不算太高，因此很多手机配件厂商有意愿或者已经推出了类似产品，消费者也可以通过简单添置类似的配件来获得独特的使用体验。但是涉及到画质提升等核心问题的时候，简单的依靠外置光学镜头，是无法做到根本性改善的。

外置摄像头——治标又治本，但缺乏真正实用性

除了外置光学镜头外，诸如索尼等厂商，打算推出外置镜头来改善手机的拍照效果。本文以索尼的Xperia Z1系列推出的DSC-QX100和DSC-QX10外置摄像头为例，和大家一起来看看外置摄像头究竟是“何方高人”。

根据索尼官方网站描述，DSC-QX100和DSC-QX10等设备可以与目前的Xperia Z1相机通过物理组合挂接在一起，然后将拍摄的照片显示在手机上。这两设备的完全仅有物理结构上的接触，没有任何金属电信号的直接接触。实际上，DSC-QX100和DSC-QX10是通过Wi-Fi或者NFC技术和Xperia Z1手机连接的，无论是DSC-QX10还是DSC-QX100，本身都自带电源和几乎所有的相机组件。需要手机做的，只是将图像数据从DSC-QX100这样的外置摄像头通过Wi-Fi或者NFC传递至手机并显示在手机屏幕上而已。换句话来说，DSC-QX10和DSC-QX100就是一部没有显示屏的摄像头造型相机，手机充当了遥控器的角色。

从结构来看，DSC-QX10和DSC-QX100拥有完整的光学镜头、快门、CMOS、电池、存储、图像处理芯片等部件，此外为了数据分享还额外设计了Wi-Fi和NFC模块。DSC-QX100的镜头部分采用了卡尔蔡司的6组7枚镜片设计，光圈可以达到F1.8~F4.9，焦距范围28mm~100mm，光学变焦倍数为3.6倍；CMOS部分则采用了1英寸的CMOS，像素为2020万。1英寸的CMOS要远远大于目前绝大部分手机摄像头的CMOS尺寸，这也使得DSC-QX100拥有相当不错的拍摄品质。相比之下，另外一款DSC-QX10则更注重远拍功能，光学变焦倍数高达10倍，光圈从F3.3到F5.9，焦距范围25mm~250mm。不过可能是受限于尺寸和成本，DSC-QX10的CMOS尺寸只有1/2.3，和目前手机中使用的CMOS大规格基本相当。

可以看出，实际上索尼的外置摄像头的确是“治标又治本”，通过外部配置，免除了手机本身的结构限制和空间限制，使得手机的拍摄功能和性能可以大幅度扩展。但需要注意的是，本质上手机摄像头并没有任何改变。即使没有屏幕取景，DSC-QX10和DSCQX100也可以独立拍摄，因为它本身就是一款拍摄功能齐备的变形相机。理论上来说，如果索尼愿意，甚至推出类似全画幅的设备也未尝不可。虽然看起来很不错，不过商业和市场上，这样的产品存在的意义还需要打一个问号。

手机拍摄模块缺乏专业的图像处理芯片——很大程度上没必要存在，因为手机拍摄要求远远比单反、微单等设备低多了。

之前部分厂商推出了在iPhone上使用的外置摄像头

索尼DSC-QX100外置“镜头”

不考虑便携性，价格越来越低的单反相机仍然会让很多人心动。

索尼这两款产品的售价大约分别为1千多元和3千多元。考虑到目前入门级单反相机的价格也不过3000元，索尼这样昂贵的产品究竟能带来多大的市场？一般的用户仅仅使用手机拍照已经能满足大部分需求，如果用户追求画质的话再额外添置微单相机或者单反相机不仅更好，还额外得到了一台相机的所有功能。换句话来说，DSC-QX10和DSC-QX100的性价比目前并不明显。

尽管如此，这一类型的摄像头还是具有一定的优越性。相比单反相机它们拥有更好的便携性，同时又能拍出高质量的照片。无线控制功能使得它能够以各种方式拍照，例如更便捷的自拍、远程控制拍摄等。当然，拥有这样一个摄像头也是一件很酷的事情。

多余且复杂化，外置摄像头只是小众产品

无论是外挂光学镜头还是外置的摄像头，从本文的分析来看，都是治标不治本或者目标市场不太明确的产品。对于索尼QX-100这类的外置摄像头来说，它其实是一个几乎完全独立的拍摄设备。如果你包里同时有一个类似的外置摄像头和一部性能相当且同样便携的相机，你可能会优先使用相机而不会花时间去用摄像头连接手机拍照。不过这种新的拍照模式或许能给相机厂商一条新途径—通过变形与手机联系紧密来实现更多功能。

目前主流手机厂商仍然以进一步增加CMOS像素、略微提升CMOS尺寸、提升光圈尺寸等一系列手段来提升拍摄性能，此外推出了诸如HDR、全景、笑脸拍摄、美颜拍摄、美图拍摄等多种特色的拍摄模式。试图在功能上进一步加强，抵消由于技术难以进步而逐渐离去的新鲜感，并借此给予市场更多的刺激。不过无论怎么说，技术的进步是扎扎实实的，基础理论和基础材料没有突破的情况下，消费者和厂商只有耐心等待。