简单聊一下手机拍照的硬件极限手机相机「简单聊一下手机拍照的硬件极限」

前几天8妹说手机用的一英寸底即将登场，像素数也会从1亿增至2亿甚至2.5亿。换句话说，小米/三星使用的1/1.33英寸不是终点，手机的相机硬件军备竞赛还远未结束。现在全面屏已经发展到了尽头，外形上可能不会有太大变化。在新交互新卖点出来之前，接下来几年的手机市场可能会很无聊，厂商能做的也就是炒炒5G网络，比比相机。在这个市场萎缩的大背景下，相机性能将持续担当推动消费的大卖点。

我们不妨设想一下年底或者明年的手机摄像头组合

1）主摄像头

前文提到的一英寸传感器最早年底就能亮相。不过把一英寸整合进手机就不是件容易事，手机能接受的最大厚度是9mm，镜头凸起处12mm，减去屏幕，散热组件和传感器自身封装厚度可能就剩个10mm，在这10mm空间内放下一套高素质的一英寸系统是个很大挑战。

2014年9月，松下曾经推出一款搭载一英寸CIS的拍照手机DMC-CM1。

为容纳复杂的机械结构，这台手机厚度达到了15.2mm，拍照时镜头还会向外伸出，完整厚度可能接近20mm。我们不妨算一笔账，CM1的镜头等效焦距28mm，物理焦距则为10mm，为保证画质，实际镜组长度不会小于这个值。

小米CC9Pro是我们近年能接触到硬件规格最激进的手机之一，机身厚度9.67mm，镜头处厚度我没查到有待评论区补充。CC9Pro各模组的等效焦距见下图DxO原文

决定厚度的实际物理焦距见EXIF，顺序与DxOMark一致

不难发现，实际物理焦距以超长-长焦-广角呈递减趋势。1/1.33英寸模组的物焦只有6.72mm，最长的也不过8.74mm。放在一英寸模组上等效焦距大概是18~24mm，实际设计要考虑留足镜后距，成品做到如今常见的等效26mm很困难。个人认为最终成品应该是20mm或焦距更短的模组。

既然传统意义上的主摄已经成为了超广角，砍掉副摄超广角应该是唯一选择。一英寸18mm模组经裁切数码变焦（18mm->26mm）后有效感光面积依然有1/1.5英寸以上，超广/广角二合一完全没问题。CFA设计上也可以试做QuadBayer & Bayer混合

接下来的问题是如何解决防抖的设计。市面上主要有三种防抖技术

最常见的是OIS，也就是镜头光学防抖。传感器不动镜头动，常见于手机与几乎所有相机系统；

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其次是IBIS传感器防抖，镜头不动传感器动，单反如潘婷，微单如索富尼奥松，有些卡片相机也是IBIS，OIS与IBIS可以组成混合防抖（不是光-电混合防抖）；

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最后是镜头传感器绑一块的防抖，姑且称之为云台防抖。类似于OO Pocket，索尼运动相机也有点内味，前几天vivo的APEX 2020的云台防抖八成也是这个东西。

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看了一圈，貌似没有适合一英寸的防抖，如果强上防抖应该还是VCM马达加滚珠轴承的OIS。这快板肯定比小米10响多了，某些人听这声音估计得当场脑溢血。so，虽然增大CIS面积可以粗暴提升图像信噪比，但周边硬件设计很困难，最终收益并不明显。

主摄规格到这大概也敲定了，一英寸传感器，等效20mm附近，光圈f/1.8左右的镜头，不带光学防抖。华为Mate30Pro的18mm镜头还是很有前瞻性的

2）接着说第二颗摄像头，小米CC9Pro带来的变焦接力不出意外会在旗舰手机上普及。由于厚度限制不会有太大变化，无非是加一个OIS，或者尺寸从1/2.55英寸升级到1/2.4又或者等效焦距增加到70mm。不会有本质变化

标准镜头模组规格：等效50mmf/2，1/2.55英寸，有OIS

3）长焦镜头的选择就挺有意思了，小米的小尺寸94mm定焦，华为的小尺寸250mm潜望定焦，三星的大尺寸100mm潜望定焦，vivo的5-7.5倍潜望光变。首先排除最后一个，在这个很少使用的焦段上放光变，纯属自己和自己较劲，人称徒增功耗。

小米的94mm定焦有两个好处，那就是占用面积小，光圈大。一方面保证了弱光画质，一方面减弱了衍射带来的画质下降问题（聊胜于无吧）

华为的240mm定焦是P30Pro潜望式变焦思路的延续

变化主要在焦距方面，从等效125mm倍增到240mm，光圈受口径限制只有f/4，比小米小整整两档。基本只有晴天能用。而且衍射也会非常严重，比430nm下短波蓝光的衍射极限光圈f/2还小多了。而且焦段跳跃太大，从2.1倍（50mm）到9.9倍（240mm）都是数码变焦，画质没眼看。最重要的是，光路通过棱镜与平面镜多次折/反射，期间损失难以估量

三星的100mm大底潜望定焦是个新路线，虽然倍数不大（相比于华为240mm）光圈值方面f/3.6同样属于严重缺陷。但是大底提供了广泛的数码变焦覆盖空间，1/2英寸的IMX586在裁切至200mm视角时，仍有1/4英寸的面积与1200万像素用于感光。10倍以上变焦比华为的240mm定焦差，整体实用性比240mm定焦强。

注意路灯

此外，S20 Ultra的长焦有类似于变形宽荧幕镜头的纵向眩光，挺有趣的。

潜望式镜头的最大限制是手机厚度，首先传感器短边长度必须小于整体厚度，如果手机厚9mm，给传感器的空间可能也就不到6mm，折算成对角线大约10mm，大概是IMX600的大小。现在S20 Ultra的IMX586已经很逼近这个数值了。接下来考虑镜头，如果不采用类似华硕ZenFone Zoom的所谓“D-cut”，镜组透镜的最大直径也不得超过6mm，传感器尺寸受到进一步压缩。

实际上切去镜片上下缘控制镜组厚度是很常见的做法，十年前同样采用潜望式设计的卡片相机就是这么干的。代价是折损进光量，三星的所谓“眩光”可能是切边镜片带来的衍射。S20U的方案几乎摸到潜望式设计的天花板，剩下的基本是微调

长焦镜头模组规格：等效100mmf/3.8，1/2英寸，有OIS

4）ToF镜组。想想去年王腾解释小米9不上ToF那会，给骂够惨了。不过放眼机圈，好像也没把ToF玩出正经feature的厂商。在我看来，未来后置ToF的作用应该在以下几个方面：（1）实时测距（2）实时对焦辅助（3）AR应用

第一点容易理解，不同于激光对焦，ToF可以获取多个位置的深度信息。工作范围应付手机常用的近距离拍照足矣

第二点是第一点的延伸，视频或者拍照对焦的时候，ToF可以提供广域对焦辅助，配合软件甚至可以预测运动物体的准确位置便于追焦。此外大光圈模式也能做到更精细自然的抠图。

比较可惜的是，由于功能开发不够彻底，以上功能，均感知不强

第三点AR应用离我们的距离可能远也可能很近，如果秋季的iPhone12把AR成功带火，距离很近，反之还需慢慢等待。目前看来主推AR的也就是苹果，谷歌，华为等几个一流厂商，其他厂商还在观望

ToF模组：亟待更新

汇总一下：

广角镜头模组规格：等效20mm附近f/1.8，一英寸传感器

标准镜头模组规格：等效50mmf/2，1/2.55英寸，有OIS

长焦镜头模组规格：等效100mmf/3.8，1/2英寸，有OIS

或等效240mmf/4，1/4.4英寸，有OIS

ToF模组：亟待更新

小提示：如今相机相对手机的主要优势在于更好的光学素质与“口径即正义 倍数即真理”的长焦方面，我乐见于手机厂商在拍照功能方面的努力，但也不希望手机厂商以营销和KPI为核心盲目追求数字第一。把精力放在实用性与体验上才是正途