拆开手机摄影的黑箱调研报告

2022-11-19 16:52 作者:AXFLSSOMSYZ 0人读过 | 我要投稿

引言手机摄影时代

2013年，谷歌Nexus5发布，在它的相机界面中，第一次出现了“HDR”（High Dynamic Range Imaging 高动态范围照片）这个现在我们习以为常的词语，谷歌的工程师马克·勒洪伊巧妙地运用了一个世纪前美国天文学家厄尔·斯莱弗拍摄火星时使用的方法——短时间内拍摄大量欠曝的图片，然后通过软件算法叠加生成一张曝光良好，动态范围宽广的照片，解决了小尺寸传感器的信噪比问题。在此之前，手机厂商往往使用做相机的思路来加强手机的影像能力，结果就导致了功能机时代百花齐放千奇百怪的摄像头形状。

谷歌相机的这一划时代的技术一夜之间让手机成像的动态范围，特别是夜景成像表现有了飞跃式的提升，2016年谷歌pixel一代一经出世就直接斩获DXO拍照排行榜榜首，第二年pixel2代在一众双摄手机中以单摄（IMX362 1/2.6inch f1.8 12.2MP 1.4μm），力压iphone 8 plus（1/3inch f1.8 12MP 1.2μm（主摄）1/3.6inch f2.8 12MP 1μm（长焦））继续登顶DXOmark，当年一度引起安卓阵营的移植热潮，极客们绞尽脑汁试图将谷歌相机安装到自家的手机上，试图让自己手机的成像水平上一个大台阶。紧接着，各家手机厂商都在此基础上不断改良精进，deep fusion，smart HDR，人像模式，超级夜景模式，不断试探着手机影像的边界，通过堆叠，融合，手机在极其简陋的硬件条件下，不断打破人们对手机成像效果的固有认知，在厂商们不断的努力下，手机的成像效果一度可以媲美传感器大的多的入门级相机。

这些技术一同定义了手机摄影的上一个十年，随着硬件和软件的同步发展，手机传感器的大小一路从1/3inch一路狂飙突进到如今的完整的1inch传感器，在不甘人后的国内手机厂商的推波助澜下走向了堆料的军备竞赛，传感器面积不断提高带来的提升过于立竿见影，于是短时间内手机影像实力突飞猛进。但是受制于手机的体积和物理限制，这条路终于还是不可避免地在2022年6月，当小米12s ultra用上完整的1inch传感器时走到了尽头，随着手机摄影不断逼近硬件的极限，后盖的凸起越来越夸张，过去那种纯平的后盖一去不复返，而新手机也往往诟病于越来越严重的跷跷板效应和感知不强的提升，一味追求传感器大小反而导致了主摄最近对焦距离变长，一味增大光圈导致拍摄纸面时边缘模糊，手机影像的提升走到下一个十年，有些提升已经开始和消费者实际体验相冲突，甚至因为忽视传感器的读出速度和相机的调用速度而在日常的扫码中反应迟钝。

在华为在制裁之下手机业务元气大伤，国产手机厂商一起喊出冲高端的当下，似乎国内厂商的高端尝试并没有换来消费者的认可，国内华为让出的高端手机市场份额都被apple拿去，vivo尽管从x50开始就一直推出十分有竞争力的产品，但是依然销量不佳入不敷出，oppo前两代find叫好不叫座，之后两代又因为硬件挤牙膏和砍掉长焦被消费者诟病，“find x3摄影师版”更是成为一大笑话，小米从10ultra到12ultra以疯狂堆料见长，以最顶级的硬件收获了良好的口碑，但是碰上了小米11的wifi门、连续两代高通电热丝（高通骁龙 888和高通骁龙 8 gen1）以及Bug频出的MIUI12，连日常使用的流畅度都无法保证。来到2022年六月，小米12s Ultra 第一次在手机上使用了完整的1inch的传感器，又遇上台积电工艺的骁龙 8 gen1+，终于是拿出来了继小米10 Ultra（骁龙865）之后又一代优秀之作，然而硬件优势终有一天会被抹平，能否稳定地建立起高端形象，依然是小米需要思考的问题。而另外一边，华为以并不那么顶级的硬件，凭借着超强的算法优化，一直保持着顶级的成像水平，在手机摄影的后一个十年，堆料竞争已经走到尽头，手机摄影当初因为算法而走入人们视野，因为堆料短时间飞速跃升，最后依然还得依托算法推动下一个十年的发展。但是手机厂商和消费者之间的鸿沟依然普遍存在，许多隐藏功能不为人所知，也依然有大量消费者并不理解手机摄影的本质，手机厂商的努力也往往不被认知理解，在简单的拍摄背后充满着工程学的巧思和精妙的算法，本调研即意在消费者侧对手机摄影的理解，希望能让消费者更加理解手机摄影，更好地使用手里的设备，对消弭这一鸿沟做出自己的贡献，并借此一窥手机未来的发展趋势。

数据能告诉我们什么？

我们于11月12日晚间发布了调查问卷，问卷由20小题组成，截止11月16日一共收到了175份答卷，回答问卷的人群主要集中在高中生、大学生、和部分学生家长，基本上涵盖了使用手机拍照的主力人群，具有典型性和说服力。

在关于正在使用的手机品牌的问题中，42%的受访者正在使用华为手机，紧随其后的是34%的受访者使用苹果手机，小米、荣耀、oppo、vivo位列其次，基本上涵盖了市售所有主流手机品牌，但是值得关注的是，华为和苹果的使用者占据了3/4，这是和两者长久以来塑造的高端形象，以及两者对老机型长久的系统维护是密不可分的。小米的流行主要得益于其长久以来以性价比至上，注重维护专业玩机群体，注重社群文化密不可分的，即使最近几年被高通骁龙芯片的发热阻碍了迈向高端的步伐，但是却从未丢掉其性价比的基本盘，尽管长久以来的“性价比”形象对于其冲击高端有拖累，但是正是性价比的基本盘才让小米得以有充足的现金流支持高端产品的不断烧钱，随着12s ultra的推出，到12系列和其他产品线的设计语言的统一，倘若再有几代成功的产品，米冲高似乎也不是什么遥不可及的理想了。而vivo和oppo最初依赖于流量明星代言和渠道商打通下沉市场，长久以来“高价低配”的历史成见短时间难以改观，对手机的综合素质有要求的人往往不会轻易选择这两者。honor最初依傍华为爆杀中端机市场，在与华为分家后低端借着华为的名声割韭菜，高端则继承华为的设计语言稳步推进，我们无从得知两代magic的销量如何，但是从市场占有率来说honer确实已经接过了华为的衣钵（中国市场2022年前两季度占有率第一）

但是这一优势看起来并为转化为换机动力，在第二个问题，关于手机的摄像头个数中，依然有将近50%（48%）的受访者手机的摄像头个数在1个到2个，（安卓手机在2020年之后在中高端机型已经普及了主长广三摄配置，因此可以推知这些受访者的手机应当是在2020年或之前购买的），考虑到受访者中荣耀手机较低的占有率与2021～2022年的手机市场占有率分布明显不符，之前courterpoint的调研报告，人们换机的周期确实正在变得越来越长，手机市场的下沉已经结束，现在正是存量市场的一片红海。

第三个问题直指人们使用手机相机的方式，从结果来看，仅有不到5%的受访者不使用手机拍照，大部分消费者都会使用手机拍照，这恰恰反映了本报告的必要性。

来到第4个问题，（链接问题10）关于摄像头像素。曾经，手机摄像头的像素数量是安卓厂商竞相追逐内卷的高地，那既然这样高像素就应该普及了吗？从我们收集到的数据来看，仅有22%的受访者知道自己手机具有高像素，几乎40%的受访者不知道自己手机相机的像素数，而22%知道自己手机具有高像素的受访者，70%能够正确开启手机的“高像素模式”，介于许多厂商的“高像素模式”并不很好开启，这正说明能够了解到自己手机具有高像素的受访者大部分都是对手机摄影有一定了解和追求的，也恰恰说明了在一般消费者购买手机时，摄像头的像素数量，并不是他们做出决定的主要因素，尽管厂商努力在此处疯狂内卷，消费者并没有因此买账，这体现了数码爱好者和普通消费者之间购买手机、评价手机时不同的关注点。

第5和第7个问题，我们将关注点放在了手机的成像效果上，几乎一半（47.43%）的受访者认为华为手机拍照效果比较好，apple以32%的占比紧随其后，同时，绝大部分（88.57%）的受访者对自己手机的成像效果总体上满意，而一般在数码爱好者中认为算法比较优秀的vivo仅得到了7.5%受访者的认可，这体现了近十年来手机厂商卷影像实力的成果的同时，也又一次反映了冲击高端绝非一朝一夕之事，apple的相机尽管在数码爱好者中因为其锐化和deep fushion饱受诟病，但是自iPhone 5 以来一贯的成像效果依然深入人心。不过我们也可以借此发现，部分iPhone用户并不认为自己的手机是成像效果最好的，这也足以体现国产手机厂商们的进步了。

第6题关于主要拍摄对象的问题是本问卷第一道多选题也是唯一一道多选题，单人人像、多人合影、风光、美食得票基本均匀，证实了我们当初设置这些选项的正确性，其中风光的拍摄以83%的占比冠绝群雄，充分体现了当代人发朋友圈的需求。

第8题，我们开始真正触及手机摄影的本质，关于远摄。手机摄影受制于机身体积的限制，很难实现相机一样的连续光学变焦（直到2022年sony xperia IV发布，才算在手机的长焦端实现了85mm～125mm的连续光学变焦，但是由于牺牲了传感器尺寸，成像效果并不是很好），其他所有厂商都是通过不同定焦镜头涵盖超广角、广角、长焦三个焦段，在各自的固定焦段之间通过裁切和融合超分算法实现变焦，中间焦段的成像效果往往和对应的镜头较大的差距，虽然华为在p50 pro上通过大底潜望（OV64B 64mp 1/2inch 90mm）实现了3.5倍到10倍都有良好的成像效果，并逐渐用13/23（24）/90代替了之前沿用在40系列上的14/23/70/240（mate 40 pro+）18/23/80/240（P40 pro+），虽然绝对远摄能力和同样使用1/2inch的小米11ultra，小米12s ultra，（都是120mm）以及使用240mm潜望的三星s21 ultra，s22 ultra有差距，但是正常拍照并不经常使用到200mm以上的超远摄，因此也可以算作一种解决方案，而对于主摄到长焦之间的区间，honor在magic3上使用融合算法，利用长焦填充中央部分细节，实现了中央细节良好，但是边缘细节缺失的割裂，iPhone则直接摆烂，完全放弃中间焦段，这在之前其三摄配置是13/26/56或13/26/65时并不甚明显，但当2021年iPhone将长焦端的焦段扩展到77mm时，这一问题就更为突出，不过在iPhone14上，iPhone通过主摄到48MP解QUAD BYER阵列，制造了一个虚拟的52mm焦段填充了1倍到3倍之间的空白。但是目前最好的解决方案仍然是像索尼一样通过电机和光学设计实现连续光学变焦。

回到问卷结果，仅有10%不到的受访者会直接通过切换镜头实现对远处物体的拍摄（这样才能得到最好成像效果），大部分受访者都是直接使用两指捏合缩放拍摄，这样在不同镜头之间就可能会出现画质劣化，虽然手机厂商们已经尽全力解决这一问题，但是依然还是未来可期。

第9个问题关注手机摄像头的基础功能之一——自动对焦，手机的主摄基本上都会配备对焦马达用来实现对近处物体的对焦，然而，就是这一手机的基础功能，依然只有40%不到（38.29%）的受访者会使用，如果没有长焦镜头，手机相机想要出片最好的方式就是利用主摄的光学虚化模糊背景，实现对主体的突出。光学虚化一直以来是相机观感区别于手机的主要因素之一，利用手机主摄的虚化更有利于手机拍摄具有“相机感”的画面。消费者并未在购买手机时被告知这些特性，只有愿意研究的人才能使用到这些功能，倘若只是随手一拍，大概很难发现这些隐藏功能和特性吧。

然而，相比光学虚化，算法实现的虚化——人像模式的使用率就显著高于光学虚化，这种情况的出现一个是因为人像模式的入口比较明显，另一个也是说明了消费者拍摄人像的需求会更加强烈。这说明vivo常年坚持做安卓中唯一一家高质量2倍人像镜头是正确的，一张好的人像照片，比极限夜景似乎更能够打动普通消费者。

来到专业模式，我们非常欣喜地发现，居然有32%的受访者会使用手机的“专业模式”，但是接下来的一个问题，当问到是否理解iso、快门速度、白平衡、光圈的含义的时候，居然有一半使用专业模式的受访者不理解其中含义。通过进一步走访部分受访者，我们了解到有些受访者只是进入了专业模式的菜单，然后通过最基本的“控制变量”自己摸索改变某一个参数会对成像造成什么样的影响，从而利用专业模式拍摄照片。

第14题是一个刻意区分的迫选问题，我们得到了想要得到的结果，79.43%的受访者认为手机成像效果是硬件素质对成像效果影响更大，然而正如我们在引言中提到的，当初在功能机时代结尾时，曾有过一批以成像效果为卖点的手机，它们都具有非常强劲的硬件素质，但是甚至无法和使用垃圾传感器google的第一代pixel匹敌。在发展初期确实可以靠堆料力大砖飞，但是当堆料的边际效益递减，依然是算法为王。受制于传感器大小和焦段，手机永远也不可能拥有像相机一样的大光圈虚化，手机人像模式的景深效果都是靠着算法基于语义识别（图像分割）计算得出的；使用1/1.56inch（IMX766）的P50 pro可以在极限夜景和1inch（IMX989）的小米12s Ultra相抗衡；iPhone白天的动态范围长久以来以相对较小的传感器大小得到最宽广的动态范围，力压一众大底的安卓手机……在手机摄影上类似算法为所欲为的案例数不胜数，无数证据表明，算法才是决定手机成像效果的最主要因素。然而这和受访者的普遍认知相矛盾，又一次说明了拆开手机摄影这一黑箱的必要性。

从数据到人文

15题到20题，我们试图探索公众认知中手机摄影的意义，首先我们提出了一个比较尖锐的问题——现在手机发力影像，是否和当年功能机末年发力影像类似，是创新乏力的体现？

倘若对手机摄影有一定了解的同学不难发现，正是因为算法的参与，手机影像的创新绝非乏力，而是大有可为，而且和算力的发展同步前进。手机产业代表了最尖端的民用品制造技术，随着芯片性能不断精进、集成度不断提高，尽管全球手机市场已经进入存量竞争的年代，但是手机将和芯片一起，走向摩尔定律的夕阳，手机绝非下一个时代的通讯工具，AR/VR产品可能会取代手机，也可能不会，下一个时代的个人计算终端还未有定论，算力的提升构筑起手机计算摄影的根基，也同样服务于语音助手，机器学习，在万物互联的时代，手机变得越来越理解我们的行为，服务于更加便利的生活，在将来，算力的进一步提升将会使得VR/AR成为可能，最终支撑起了如梦如幻的未来。

从我们的调查结果看，大部分人认为手机发力影像是一个正确的趋势，愿意用手机拍摄照片，曾经用手机记录下了生活中的美好碎片，并且认可手机影像记录生活的意义，这是令我们十分欣喜的。毕竟作为研究者，我自己也算是一个资深的手机摄影爱好者了，从iPhone 6s换到iPhone 11又换到iPhone12，一路拍下来不少生活中的珍贵瞬间，尽管大部分都被追求完美的我自己亲手删掉，但是留下的部分，每次看到依然会十分触动，其实iPhone最初最打动我的并不是它的照片，而是HDR视频带来的阳光感和现场感，但是这次调查暂且都停留在照片中吧，对于视频能力的探讨只能留下一个遗憾。

结语

对于数据的分析到这里就告一段落了，但是我们的探索并未结束，手机摄影背后早就不是普通的摄影问题了，“计算”的加入让手机摄影彻底和传统意义上的摄影分道扬镳，走上了截然不同的发展道路，但是这两条路上产生的技术，却也可以反哺另一条道路，于是我们看到微单用上了AI识别，手机用上了相机的色彩科学。但是在手机摄影的发展过程中，又充满了与相机截然不同的工程学巧思，潜望长焦、变焦镜头（sony Xperia IV）、液态镜头（MIX Fold 一代）、自由曲面（mate 40 pro+）、形状记忆合金细丝马达防抖（mate50，oppo find 5……）、微云台（vivo x50 x60 x70 x80）、利用cmos走线铜丝实现的传感器位移防抖（iPhone 12 pro max iPhone 13 系列 iPhone 14 系列）、通过反射镜增加光程实现的短距离内的对焦和防抖（P40 pro+ mate 40 pro+）以及当初为了实现全面屏而出现的各种翻转摄像头，旋转结构，滑轨结构，升降结构……十余年来，手机摄影从初级开始，和手机一同发展繁盛，其间凝结了无数人的的智慧结晶，是智能手机发展的一个缩影，作用于方寸之间，而崛起于灵光乍现，百年前仰望火星的厄尔·斯莱弗的发明的多重曝光，百年后在手机上大放异彩，我们之所以决定拆开手机摄影的黑箱，并且试图消费者和厂商之间的鸿沟，就是希望这段历史能够被更多的人所知道，最初决定下这个选题的时候，我本来打算“揭露”消费者“不理解”的手机影像本质，后来想想这也不过是自己作为一个数码爱好者的自傲，但是当我逐步深入探寻手机影像背后的故事，每一个划时代的技术背后都凝结着无数人的工程或是算法的巧思，科技的终极目的就是大隐隐于市，简单的拍照背后是无数的计算，无数的智慧，但是普通消费者永远不需要知道其中的运行规律，只需要拿起手机，尽情记录自己的生活碎片，这才是手机摄影发展的最终目的。科技的背后永远是人文，手机的方寸之间，同样是一方天地。这是到处遍布着黑箱的时代，这是无数细分领域都大有可为的时代，在这样的时代，我们穷极一生，也无法理解整个世界的运转，但是我们至少可以，拆开几个为数不多的黑箱，也可能继续发展将这个黑箱进一步深化，如此，尽管不求甚解，似乎也可以说是不枉此生了。

致谢

首先感谢又一次被我白嫖键盘的sxn同学😆（我争取攒点钱尽快冲妙控），感谢同组的zlj、jyt、zxl、zyh、nht同学允许我想出这样天马行空的选题并且愿意加入研究，感谢xml徐美琳老师允许我在她的课上写初稿（大雾），感谢我的父母对于我整这种和学习明显无关的研究的大力支持并且一直容忍我追逐科技圈前沿消息，感谢母后和我爸、jyt、zlj、dnh同学的转发（没有你们真的到不了这个答卷数量），最后感谢所有在百忙中拨冗回答问卷的受访者们（没有你们这个研究是不可能出现的）（我一定会好好做你们社调的每一份答卷的）

参考资料

所有参考资料均来自公开文件/网页

https://www.ephotozine.com/article/apple-iphone-8-plus-camera-review--32052/specifications

https://en.wikipedia.org/wiki/Pixel_2

https://www.youtube.com/watch?v=iy7Y7mVIylU

https://www.youtube.com/watch?v=IkIEXt3lwQE

https://www.counterpointresearch.com/china-smartphone-share/

https://www.counterpointresearch.com/china-smartphone-sales-decline-10-consecutive-weeks-h1-2022/

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