2018年年中盤點:手機硬件新技術

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2018 年不知不覺已到年中，上半年的智慧型手機市場風起雲湧，一籮筐的新機隨著新硬件的推出而面世，接下來，愛架式來為大家盤點一下 2018 上半年的一些前沿新技術吧。

手機作為隨手可得的智能設備，隨著錄影功能日益強大，人們更願意用手機來拍照，紀錄生活的點滴。

在手機上，關於相機的元器件參數一直在不停地突破，從單攝到雙攝，從200萬像素到4000萬像素，打造手機拍照優勢以及成為了各家必爭之地，也是消費者們抉擇的關鍵痛點。

今年，三星給 Galaxy S9 系列設計的 Slogan 是「相機，由此重新定義」，在 S9 的錄影頭上，三星也下了不少功夫，並寄予厚望。

三星 Galaxy S9 的單錄影頭與 S9+ 的主錄影頭均為 1200 萬像素的SONY IMX 345 傳感器，除了傳感器底子有了強悍升級以外，三星還加入了「可變式光圈」技術。

「可變式光圈」指的是可自動或手動調節錄影頭的物理光圈大小，以調節鏡頭的進光量、銳度以及景深效果。在 Galaxy S9 系列上「可變式光圈」的工作原理和功能與 W2018 上所採用的原理、功能相似，同樣也提供了 F/1.5 和 F/2.4 兩個光圈大小可選。

在光線較弱的環境下，F/1.5 大光圈可獲得更高的進光量;而在光線較為良好的場景中，F/2.4 光圈可以讓畫面得到更高的銳度表現。在傳統單反相機上常見的機械結構，如今也能微型化做到手機鏡頭里去，帶來更多玩法。

徠卡三錄影頭是華為 P20 Pro 最大的亮點，發布後一直霸占著 DxOmark mobiles 排行榜的首位。給消費者留下了「拍照非常好」的印象。

能取得這樣成績的華為 P20 Pro 必然要歸功於它所搭載的「徠卡三攝」。4000 萬像素的主攝使用了 1/1.7 英寸的傳感器，它比 iPhone X 上 1/2.9 英寸傳感器以及三星 Galaxy S9+ 的 1/2.55 英寸的傳感器還要更大一些，傳感器面積越大意味著采集的光學信息更多，對暗光和夜景環境拍攝是大有幫助的，而且其 ISO 最高能達到 102400。

除了這個 4000 萬像素的錄影頭，華為 P20 Pro 還配備了一個帶有光學防抖的 800 萬像素遠焦鏡頭，支持 3 倍光學變焦和 5 倍混合變焦;以及一個 2000 萬像素的黑白錄影頭，主要用於輔助采光以及配合景深虛化，三者共同構成本次華為 P20 Pro 的「三攝組合」，過去幾年里用來打響招牌的「徠卡認證」也沒有落下，整體說是今年配置最為暴力的手機錄影頭組合也不為過。

出色的錄影頭參數讓華為 P20 Pro 擁有了卓越的成像能力，在某些角度上來看，華為 P20 Pro 成了 PureView 技術的「精神續作」。配合獨特的 AI 智能場景識別，識別需要拍攝的場景後自動調整相機參數，讓普通小白用戶都能輕易定格大片。

「慢動作攝影」成為了智慧型手機拍攝方面的熱門功能之一，今年在過往慢動作攝影基礎上，新一代的旗艦機型已經應用上 960 fps 這種超慢動作級別的錄影功能。Fps，即「Frame per second」，指的是每秒鐘相機可以收錄盡可能多的幀數，後續再以正常速度回放，呈現出慢動作的效果。

按照回放速度為 30 fps 作為正常速度，960 fps 可以做到(960/30)32倍的慢速影片。

例如三星 Galaxy S9 系列，支持 960 fps 720P 的「凝時攝影」功能，擁有自動識別模式，成片率較高，在拍攝之後也能二次修剪視頻。

華為的 P20 系列亦支持 960 fps 慢動作拍攝，但以 960 fps 拍攝時，拍攝時長僅有一秒，隨後回放慢動作時會將慢速記錄的這一秒，延伸為 8 秒的超慢動作。除此之外，還提供了 240fps 以及 120 fps 不限時長的慢動作視頻錄制。

最早帶來 960 fps 慢動作規格的SONY，在今年的 XZ2 旗艦手機上也做了新的升級，後置採用了 1900 萬像素的升級版 Motion Eye 作為主錄影頭，IMX 400 傳感器，除了新增支持 4K HDR 錄像以外， 960fps 慢動作視頻的拍攝分辨率也提升到了 1080P 的全高清水平。

在手機外觀同樣趨於同質化的時代里，手機廠商們紛紛對正面螢幕下手，以提升屏占比為目的，推出了各種各樣的「全面屏」手機。但手機正面的各種傳感器卻成為了「攔路虎」，「瀏海屏」就是廠商們妥協而造就的產物。

顯然，大眾的審美並不能接受「異形全面屏」就是「全面屏」的最終形態。幸運的是，針對全面屏的思考，vivo 和 OPPO 走出了自己的節奏。

在這個人人都在走「凹陷」路線的年代，vivo 居然逆流而上，走了一條「爬坡」的路。vivo NEX 正面搭載了一塊 6.59 英寸「純粹的螢幕」，屏占比達到了驚人的 91.24%，正面的元器件都被 vivo 巧妙地隱藏了起來。

為了做到真正的全面屏設計，vivo NEX 將智慧型手機正面最主要的部件，也就是前置錄影頭隱藏在了頂部的中框部分，並做成了升降式結構。

從內部結構可見，vivo NEX 採用的是一個微型步進電機來解決錄影頭的升降工作，這種電機常見於雷射雕刻機和 3D列印機等設備，但在智慧型手機上的運用應該算是首次。

「螢幕指紋」技術被視作是全面屏時代最好的指紋解決方案之一，vivo 作為該領域的先驅者，已經開始應用第三代螢幕指紋識別技術了，在 vivo NEX 上，螢幕指紋的識別率和識別速度上都有所提升。可以預見，在未來，將會有更多的機型採用類似的解決方案。

另外，距離感應器被隱藏在螢幕的下方，再通過全螢幕發聲技術，來替代傳統的聽筒結構，至此，這就是 vivo 做到「全面屏完整性」的目標所盡力交出的答卷了。

OPPO Find X 針對全面屏又有了另一番思考，以「科技應該只在需要時才被感知」作為產品願景，OPPO 為 Find X 配備了一塊屏占比高達 93.8% 的「曲面全景屏」，直接帶來了「正面全是屏」的視覺效果。

為了這個視覺效果，FIND X 除了使用了COP 的螢幕封裝技術，來進一步收窄邊框，提升屏占比以外，還採用了「雙軌潛望結構」來隱藏正反兩面的傳感器元件。

與 vivo NEX 僅隱藏前置錄影頭不同，OPPO 使用了一種類似傳統「滑蓋」的方式，將正麵包括聽筒、距離傳感器、前置錄影頭以及 3D 結構光等元件，以及背面的後置錄影頭，在無需調用的時候，隱藏在螢幕的下方位置。

當需要調用這些傳感器時，Find X 將通過微電機驅動，將這模塊從機身頂部中框處升起。

Find X 的雙軌潛望結構，其實是利用非常精密的馬達和螺紋絲桿進行驅動，這個精巧的模塊占據了 11.2% 的機身空間，這就意味著其他零部件的空間也少了，因此，OPPO 需要在不增加機身厚度的情況下，對機身內部的零部件進行堆疊設計，盡可能地利用好機身內的空間。

雖說目前已經有很多機型，只需要簡單的前置錄影頭，就能做到 2D 層面上的臉部識別。但就準確性和安全性而言，基於 2D 平面的臉部識別，可以輕易被平面圖像所破解。要想提高安全性，還是要在硬件和技術層面上入手，將平面 2D 圖像往立體 3D 圖像方向進發。

目前，可應用在智慧型手機上的 3D 深度錄影有三種方案可選:雙目成像、結構光、TOF。「雙目成像」相對難以在智慧型手機上應用，該技術的缺點在於算法非常複雜、容易受到環境因素干擾、依賴環境光源，暗光場景表現不佳，造價成本高，微型化困難。因此，在智慧型手機臉部識別技術上，將以 3D 結構光和 TOF 技術為主。

為了能夠完全替代傳統 iPhone 的正面指紋識別按鍵，蘋果基於 3D 結構光技術推出了名為「Face ID」的特性，主要用於日常解鎖和移動支付。畢竟要做到全面屏，臉部識別要比指紋識別要占用的機身面積要更小一些。

從 iPhone X 的瀏海內部結構可以看出，除了基本的前置錄影頭外，它內部還集成了六七個傳感器。其中點陣投影器會投射出高達 30000 個光點，紅外鏡頭能就能獲取人臉各個部分位置的形變數據，即臉的「結構」，加上前置鏡頭記錄的人臉圖像，兩者借助算法結合，就能得出一張精準的 3D 人臉數據圖。

雖然有一些使用距離上的局限性，但其解鎖速度之快、方式之自然，相信每一位正在使用 iPhone X 的朋友都能感同身受。

在 iPhone 之後，OPPO 在自家旗艦 FIND X 上也使用了 3D 結構光技術，與 iPhone X 類似，也是為了替代指紋識別成就全面屏而採用的一種方案。

得益於 3D 結構光技術，OPPO FIND X 帶來了一個不需要在後背開孔、工業設計更加一體化的全面屏手機。

與已經投入量產的 iPhone 和 OPPO 不同，vivo 選擇的 TOF 則是一種相對穩定高效的方案。TOF 是 Time Of Flight (飛行時間)的縮寫，這是一項深度錄影技術。測算近紅外光線自發射後遇到對象後反射到傳感器的時間，配合恒定光速可輕易得出傳感器與對象之間的距離和深度信息。

在投射了一整面近紅外光幕後，接收反射光來計算出每個點的深度，就能還原物體表面形貌，形成 3D 立體視覺。

TOF 在機器視覺應用中有較為廣泛的應用，區別於傳統相機，TOF 傳感器能夠直接獲得深度和強度信息。由於深度信息和物體的顏色無關，光速等物理信息均為已知，因此通過相對簡單的算法就可以將對象從背景當中分離出來，準確地呈現對象，同時降低了對於性能和功耗的需求。

得益於更低的功耗，TOF 能夠在低功耗的情況下實時回傳清晰準確地 3D 立體圖像。以 vivo 為例的 TOF 3D 超感應技術的工作距離長達 3 米，這無形中也進一步拓展了智慧型手機在 AR 和 MR 的場景應用。例如在發布會上，vivo 就舉出了 TOF 方案的三個場景應用案例:3D 試衣、MR 體感遊戲以及 3D 拍照。這三項功能，都是 TOF 技術特性在生活場景化當中的延伸引用。