高像素未必成像質量好！來看看手機攝像頭背後的小秘密

智能手機的發展越來越重視拍照功能，手機品牌商們也紛紛在拍照上做起了文章，因此，手機攝像頭也跟著得到了快速的發展。但你知道,一個小小的手機攝像頭到底由哪些組件構成的嗎？其中到底哪個組件決定著手機拍照的質量好壞呢？下面這個科普小文幫你一探手機攝像頭背後的秘密。

手機攝像頭主要由以下幾個部分組成：PCB板、DSP(CCD用)、感測器(SENSOR)、固定器(HOLDER)、鏡頭(LENS ASS′Y)。其中鏡頭(LENS ASS′Y)，DSP(CCD用)，感測器(SENSOR)是最重要的三個部分。

PCB板

PCB板又分為硬板，軟板，軟硬結合板三種(如下圖)，CMOS可用任何一種板，但CCD的話就只能用軟硬結合板。這三種板中軟硬結合板價格最高，而硬板價格最低。

鏡頭

鏡頭是僅次於CMOS晶元影響畫質的第二要素，其組成是透鏡結構，由幾片透鏡組成，一般可分為塑膠透鏡（plastic）或玻璃透鏡（glass）。當然，所謂塑膠透鏡也非純粹塑料，而是樹脂鏡片，當然其透光率感光性之類的光學指標是比不上鍍膜鏡片的。

通常攝像頭用的鏡頭構造有：

1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、2G3P、4G、5G等。透鏡越多，成本越高，相對成像效果會更出色；而玻璃透鏡又比樹脂貴。因此一個品質好的攝像頭應該是採用多層玻璃鏡頭！

現在市場上的多數攝像頭產品為了降低成本，一般會採用廉價的塑膠鏡頭或一玻一塑鏡頭（即：1P、2P、1G1P、1G2P等），對成像質量有很大影響！

鏡頭由透鏡、濾光裝置、鏡筒三部分組成，鏡頭參數有三個，即焦距f′、相對孔徑D/f′和視場角2ω。

鏡頭焦距是鏡頭的一個重要指標，決定了物和像的比例，如物在無限遠，像的大小由下式決定y′=-f′·tanω（ω是物方視場角）。

相對孔徑D/f"和光圈數F是鏡頭的關鍵光學指標。相對孔徑，它表示能進入鏡頭到達底片上的光能量，因而決定像平面照度，其定義為入瞳直徑D與鏡頭焦距f"之比，暗景物和高速運動物體的照相需要大相對孔徑物鏡，大相對孔徑物鏡可以提高像平面照度，根據相對孔徑大小，照相物鏡分為弱光照物鏡（D/f"1：6.3以下）普通物鏡（D/f"1:5.6-1:3.5）強光物鏡（D/f"1：2.8-1:1.4）超強光物鏡（D/f"1：1-1:0.8）為了使同一鏡頭使用不同的環境，通常孔徑光闌採用可連續變化的可變光闌。

相對孔徑的倒數稱為光圈係數，又稱F數，照相鏡頭上標有F數，國家標準按照光通量的大小規定了各光級圈數的排列

0.7、1、 1.4、 2、 2.8 、4 、5.6、 8、 11、 16 、22···隨著光圈數的加大，光孔變小，光通量減少，光圈每差一級，光通量相差一倍，對照相機鏡頭來說，F數越低，鏡頭相容性就愈好，使用範圍更大。相對孔徑還影響像面上獲得清晰像的空間深度範圍-景深，相對孔徑越大，成像的景深越大，照相過程中調節光圈大小控制景深。

視場角2ω照相物鏡的視場角2ω決定了物方空間的範圍，照相物鏡的視場由像平面上具有滿意成像質量的圓形區域的直徑決定，或由相機所採用感光元件的感光面尺寸決定。

照相物鏡的基本類型：1、.按鏡頭焦距和視場角分為：標準鏡頭、短焦鏡頭、長焦鏡頭。2、按鏡頭焦距能否變化分為：定焦鏡頭、變焦鏡頭。

固定器和濾色片

固定器的作用，實際上就是來固定鏡頭，另外固定器上還會有一塊濾色片。

濾色片也即「分色濾色片」，目前有兩種分色方式，一種是RGB原色分色法，另一種是CMYK補色分色法。

原色CCD的優勢在於畫質銳利，色彩真實，但缺點則是雜訊問題，一般採用原色CCD的數碼相機，ISO感光度多半不會超過400。相對的，補色CCD多了一個Y黃色濾色器，犧牲了部分影像的解析度，但ISO值一般都可設定在800以上。

DSP（數字信號處理晶元）

它的功能是通過一系列複雜的數學演算法運算，對數字圖像信號進行優化處理，最後把處理後的信號傳到顯示器上。

DSP結構框架:(1). ISP（image signal processor）（鏡像信號處理器）；(2). JPEG encoder（JPEG圖像解碼器）。

ISP的性能強大是決定影像流暢的關鍵，JPEG encoder的性能也是關鍵指標之一。而JPEG encoder又分為硬體JPEG壓縮方式，和軟體RGB壓縮方式。

DSP控制晶元的作用是：將感光晶元獲取的數據及時快速地傳到baseband中並刷新感光晶元，因此控制晶元的好壞，直接決定畫面品質（比如色彩飽和度、清晰度）與流暢度。

上面所說的DSP是CCD中會使用，是因為，在CMOS感測器的攝像頭中，其DSP晶元已經集成到CMOS中，從外觀上來看，它們就是一個整體。而採用CCD感測器的攝像頭則分為CCD和DSP兩個獨立部分。

圖像感測器

在攝像頭的主要組件中，最重要的就是圖像感測器了，因為感光器件對成像質量的重要性不言而喻。

感測器將從鏡頭上傳導過來的光線轉換為電信號，再通過內部的DA轉換為數字信號。由於感測器的每個pixel只能感光R光或者B光或者G光，因此每個像素此時存貯的是單色的，我們稱之為RAW DATA數據。要想將每個像素的RAW DATA數據還原成三基色，就需要信號處理器ISP來處理。

圖像感測器是起感光記錄作用的元件，和膠捲類似。主要分兩種：CCD和CMOS。CCD感測器雖然成像質量好，但是成本較高，並不適用於手機，而CMOS感測器憑藉著較低的功耗和價格以及優異的影像品質，在手機領域應用最為廣泛。

CMOS感測器又分為背照式和堆棧式兩種，二者系出同門，技術最早都由索尼研發，索尼背照式感測器品牌名為「Exmor R」，堆棧式感測器為「Exmor RS」。

相對來說，感測器尺寸越大，感光性能越好，捕捉的光子（圖形信號）越多，信噪比越低，成像效果自然也越出色，然而更大的感測器卻會導致手機的體積、重量、成本增加。

背照式感測器的出現，有效的解決了這個問題，在相同尺寸下，它使感測器感光能力提升了100%，有效地改善了在弱光環境下的成像質量。

2012年8月，索尼發布了全新堆棧式感測器（Exmor RS CMOS），需要注意的是，它和背照式感測器並非演進關係，而是並列關係，堆棧式感測器的主要優勢是在像素數保持不變的情況下，讓感測器尺寸變得更小，也可以理解為，在與背照式感測器的像素數相同時，堆棧式感測器的尺寸會更小，從而節省了空間，讓手機變得更薄、更輕。

總體來說，圖像感測器的發展趨勢是高敏感化、高解析度、省電、低壓工作等高性能方向發展。

像素越高，照相質量就越好嗎？——關於手機攝像頭的一些誤解

攝像頭像素高，成像質量就一定會好嗎？其實，這之間的關閉並非簡單的成正比。實際上，手機拍照質量是由多方面的因素決定的，既有硬體上，也有軟體上的。成像質量的好壞與軟體方面的演算法和契合度也有很大的關係，一套成熟的演算法可以幫助成像提升好幾個檔次。如果使用了更高的攝像頭，軟體的契合度和方案的不完善在很大程度上會影響成像效果，甚至拉低成像水平。

還有一點很多人都會忽略，其實我們沒有必要追求最高像素，我們應該把注意力放在拍照的體驗上來。對焦的速度、成像的相應時間、相機啟動速度等等，這些才是王道。

至於光學防抖，其實我們沒有必要太糾結，光學防抖主要體現在拍夜景和視頻上，它可以通過軟、硬調教讓鏡頭捕捉更穩定的內容，在光線不好的環境下手微微一動就會出現很大的偏差，造成成倍的噪點。如果我們打開手機里的相冊就可以發現，幾乎沒有幾張是晚上照的，所以這個功能真不用太糾結，有就有，沒有也不會影響什麼。

對於什麼白平衡之類的，我們可以簡單的理解為，相機處理照片的一個環節，如果白平衡不準，那麼就可能出現照片與肉眼看到的畫面有偏差的感覺，比如偏白、偏黃。（雙閃光燈主要就是解決這個問題的）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！