手機錄影頭應該追求高像素嗎？

每逢新機發布，廠商們少不了吹噓一番手機錄影頭採用的高像素量，以至於給消費者傳達了一種「高像素=成像素質」的錯覺，那麼手機採用高像素到底能不能為手機帶來更佳的成像表現？

在回答這個問題之前，我們先來了解一下目前手機錄影頭採用的傳感器構造。一般而言，手機上使用的傳感器，例如如今已經呈現「壟斷」態勢的SONY Exmor RS CMOS 均屬於拜耳陣列傳感器，這種傳感器主要有以下特點：

• 每一個像素都是單色像素；
• 相鄰的四個像素組成一個基本陣列；
• 每個陣列分別有兩個綠色、一個藍色和一個紅色像素。

拜耳陣列傳感器，圖片來源：維基百科

拜耳陣列傳感器的像素數量即是所有負責成像的單色像素數量之和，例如一個 1000 萬像素傳感器會有 500 萬個綠色像素、250 萬個紅色像素和 250 萬個藍色像素。看到這里你可能會有這樣的誤解，即認為「我用 1000 萬像素的傳感器拍出來的照片就應該有 1000 萬像素的信息量」。

但由於我們平時用來接收圖像信息的電腦顯示器和手機螢幕對於像素的定義與傳感器不同，所以上面這個說法其實是錯誤的。大多數顯示器和螢幕，其單個像素實際上是包含了紅、綠、藍三個單色子像素，也就是說一般的顯示設備的單色像素數量是其標稱的像素數量的 3 倍。如果像傳感器一樣以單色像素計算像素總數，那麼典型的分辨率為 1080p 顯示器就會有 1920 × 1080 × 3，一共約 620 萬個單色像素。

正是由於傳感器和顯示儀器對於像素計算規則的差異性，使得傳感器需要進行二次加工來填補缺失的像素，這個加工過程就是數字插值。

舉例來說，當傳感器曝光得到一張照片後，每個像素就可以讀取出來。綠色過濾器的像素精確測量了綠色成分，而該像素紅色和藍色的成分則是從鄰區獲取。一個綠色像素的紅色數值可由相鄰兩個紅色像素插值計算出來；同樣的，插值相鄰兩個藍色像素也能計算出藍色數值。

圖片來源：googleblog

也正是由於數字插值過程的存在，使得實際的照片分辨率要低於理論分辨率，而且當拍攝場景較為複雜時，最終成像還會出現偽彩、摩爾紋、邊緣鋸齒、噪點等狀況，進一步降低了圖像的實際清晰度。

比較極端的兩個情況是高反差場景以及暗光場景。在高反差場景下，傳感器在捕捉場景信息時可能會受到大光比條件的限制而難以如實記錄下所有信息，這種記錄大光比場景的能力考驗的正正是傳感器的寬容度。當畫面的明暗對比度超過傳感器的寬容度時，記錄的畫面可能會出現高光過曝或者暗部細節丟失的情況。而在暗光環境下，為了拍攝出明亮度高的畫面，在光圈恒定的情況下只能通過設定較高的 ISO 值來做到，但也就會導致畫面中出現噪點，從而影響照片的清晰度。一般將傳感器抑制噪點的能力稱之為信噪比。

照片噪點，圖片來源：維基百科

說回正題，手機鏡頭到底該不該追求高分辨率？由於手機寸土寸金的特性，使得手機鏡頭的傳感器尺寸都十分之小。而在傳感器尺寸固定的條件下，傳感器像素數量（影響分辨率）和傳感器的寬容度、信噪比成反比。

想要同時增加像素數量、寬容度和信噪比，只有提高傳感器整體技術水平/縮減色彩表現力，或者降低像素刷新速度，但前者會影響照片的色彩呈現，而後者會影響連拍和視頻錄制性能。所以在手機傳感器尺寸不變的情況下，盲目增加傳感器的像素數量只會降低照片在極端場景下的成像質量。

在手機這種追求體積和性能完美協調的設備中，只有通過選取合適的傳感器來追求「最優的圖像記錄能力」，而一味追求高像素顯然不是解決方法。正確的做法是採用合適像素的傳感器，追求更大的單像素尺寸，再通過 HDR、多幀合成等後期軟件算法來提高手機在夜景或高反差場景下的成像表現。