手机影像技术2020年度盘点：迈入功能扩展时代

薛山

硬件进化相对平淡，多摄打入低价市场

据投资机构“Mirae Asset”数据显示，2020年的图像传感器市场份额有81.6%是由手机产品线占据，预计到2024年整个数字会增大到84.3%，排名第二的平板电脑占幅在5%左右，传统的单反/微单相机占幅只有1.3%～1.5%，考虑到半导体产业受规模效应影响，这意味着整个影像行业的发展重心已经完全转移到了手机端。

今年的国产CMOS实现了比较重要的突破，搭载豪威科技OV48C CMOS的小米10至尊纪念版在8月拿下了DxOMark的榜首位置，打破了索尼、三星的垄断地位，这颗1/1.32英寸4800万像素的CMOS单像素边长1.2微米，没有追求像素分辨率的极致，取了功能与性能的折中，并且2x2像素合并也很方便实现14bit单帧HDR，并且可输出8K视频，功能已经完全不逊色国际一线产品。

回首2018/2019年的手机影像市场，既有华为领衔的RYYB色彩滤镜阵列、潜望式长焦摄像头，也有三星1.08亿超高像素，还有不断缩小，甚至已经摸到0.7微米边长的超小像素设计……市场细分好不热闹，但企业的最终目的还是卖货盈利，这样才能形成继续研发的正循环，所以在这番创新力井喷之后，2020年的手机影像硬件变革力度显得小了很多，很少再听到特别生猛的新技术出现，各大厂商都在求稳增销量。

虽然受新冠肺炎疫情影响，各大数据分析机构都认为2020年全球手机出货量将下滑近10个百分点，但影像传感器出货量依然有7%的年增率，出现这种情况的原因就是多摄方案的复杂化和价格下探，主流出货的千元级市场也开始出现如Redmi K30这种后置4摄+前置2摄的组合，甚至还有不到千元就配备后置3摄的机型，虽然这类机型很多会采用百万像素级别的景深摄像头来“充数”，但事实上早在去年，这种200/500万像素的传感器就已经供不应求，多次涨价，这也说明厂商为力推多摄方案下足了决心，据上游信息显示，镜头模组供应链需求量从2018年的37亿个增加到了55亿，2024—2025年可能会达到80亿，显然是一个巨大的增量市场。

ToF/LiDAR成为创新新思路

当下的手机CMOS市场正处于技术沉淀、市场消化的阶段，很多2018-2019年出现的技术其实并没有特别受用户追捧，大家反倒是很冷静地守在中规中矩的主流规格上，毕竟手机影像功能的应用重点还是低门槛和高效率，在这种大环境下想要创新，另辟蹊径就成了必然，而具备深度检测功能的ToF/LiDAR就成了新宠儿。

以iPhone为例，苹果在最新的iPhone 12 Pro系列上加入了LiDAR光学雷达，它的工作原理其实很简单，发射器会发射出激光，在触及物体后反射回来被接收器捕获，以这个发射/接收的时间差乘上发射光的速度再除以2，就能算出与物体之间的距离，也就是ToF（飞行时间）测量方式。与安卓端可见的ToF只能测量单点物距不同，固态LiDAR工作时会快速发射一大片光线，能在同一时间内获得数量较多的距离数据，再加上使用皮秒级时间分辨率的dToF（直接测量飞行时间），工作效率很高，与此同时这意味着苹果供应链在单光子雪崩二极管和时间/数字转换器这两个dToF的关键部件投入了很大研发改进，不过受体型限制，iPhone和iPad上的固态LiDAR扫描范围较小，最大也只能测量5米范围的物体距离，可满足家用需求。

iPhone之所以要配备LiDAR，最重要的目的是为了布局AR增强现实，因为AR需要结合周边的现实世界来添加虚拟内容，需要LiDAR收集周围环境的深度信息来实时渲染。事实上苹果在这方面的布局很早就开始了：2017年就推出ARkit的开发套件，让开发者们利用设备后置摄像头来做AR应用。现在LiDAR的加入，可以让这些AR应用更加精准和生动，比如iOS系统里面自带的测量仪App，现在可以算出具体的数值，通过宜家的App也有了更详细的室内环境空间数据，更好模拟出摆放了新家具后的情况等等。除此之外LiDAR和ToF都是主动对焦机制，这意味着即便在黑暗环境中也能准确辅助对焦，这一点在关于iPhone 12 Pro Max的测试中我们就深入地测试过，相对前代的进步很明显。

根据ToF上游英飞凌的预测来看，2019年ToF市场为9700万欧元，到2020年可增長至1.09亿欧元，随后将进入快速攀升的阶段，2021年预计可达2.51亿欧元，2023年更是膨胀到10亿欧元的级别，测距范围也将扩展到10米且具备超过4万个深度点，并且模组体型也会持续缩小，且有机会融合到CMOS工艺之中，未来还是挺值得期待的。

成像算法是未来发展的绝对核心

如前文所述，硬件上的进化幅度正在持续放缓的过程中，但软件算法的天花板还非常高，去年华为P30系列的超级夜景可以说是引爆了全网讨论，大家都在拼了命地找没有光照的地方做测试。而Mate 30的7680fps超慢动作同样在短视频平台形成了轰动效应，所有人都在找那些快速移动的物体拍拍拍……算法带来的新鲜感远比硬件技术要多得多。

在2020年来看，有着闭源系统优势的苹果还是走在了最前面，比如去年伴随iPhone 11系列发布的Deep Fusion功能，采用人工智能算法，在还没按下快门时就已经捕捉4张短曝光照片和4张不同曝光的照片，按下快门时会拍摄1张长时间曝光照片，最后会自动选择细致的短曝光照片进行合并，自动将画面中的噪点进一步处理，细节也会来得更细致，不过拍摄时间也会增加（需要1秒），连同照片容量也会变得更大。而在今年iPhone 12时代又有了新变化，不仅广角镜头支持夜景模式，前置摄像头也支持Deep Fusion自拍，与此同时还增加了全新的4K60p 12bit杜比视界HDR视频模式，并且在随后还会增加ProRes RAW输出……这基本就为手机影像算法的发展方向定下了基调。毕竟手机拍HDR视频的好处是可以直接生成最终编码，不需要LOG调来调去，而且自带屏幕峰值亮度和色域越来越高，不需要另配监视器挂LUT，既方便又低成本。

编辑观点

总体来说，今年的手机影像技术变化是线性的，而且基本还是以iPhone为中心点，除了上述的进步之外，iPhone 12 Pro Max还加入了CMOS防抖技术。而安卓平台因为缺少了华为这个最大的玩家，所以并不像往年那样充满了“刺激”，但对消费者来说这也不一定是坏事，因为现有的技术基本都趋于成熟，不再需要过多担心自己是不是当了厂商试验新技术的“小白鼠”，关于新技术优劣的争论也少了很多，考虑到整个市场还正在复苏阶段，影像相关的技术以求稳为主并没有什么问题，新东西还是明年再接着观望吧。