手机厂商贴身肉搏，影像技术才是那柄白刃

　　得影像者得天下。
　　这是整个手机行业，竞争最激烈、最内卷的战场。
　　也是整个手机行业，创新最密集，最前沿的领域。
　　过去几年来，手机影像已经历了一轮颠覆式爆发，从单摄像头向多摄像头，从硬件革新到算法颠覆，彻底跳出了传统相机的路径困囿，走出了一条全新的发展道路。但手机巨头依然未有止步。
　　目前，手机影像的创新，主要集中在两个方向：
　　一是硬件环节的迭代升级，不断提升手机影像的基础体验。比如，更高像素的传感器、更大的感光度、更广的光学变焦，更强的稳定防抖。
　　另一个方向是，随着软件和算法的推陈出新，突破硬件限制，大幅提升了手机影像体验的上限。比如，多摄像头的联动配合，影像质量的优化提升，后期特效的自动。
　　但放眼未来，这两个方向将逐渐合流，相互协作，甚至全面融合。与此同时，创新也会越来越转向底层基础技术，越来越需要跨领域的技术协同。
　　这意味着，手机影像已经进入＂深水区＂。过去，很多创新都是由上游供应链完成，整机厂商只需要拿过来，装进方案；而未来，手机厂商则将成为核心引擎，更多地参与、协调，甚至主导手机影像创新。
　　比如，在OPPO最新发布的影像技术中，新一代捕光传感器就已经首次将自研算法写入传感器，实现＂算法硬件化＂；而其屏下摄像技术的突破，也是影像技术、屏幕工艺，加上OPPO自研算法，才共同实现的综合结果。
　　这样的形势下，OPPO在短短半个月内，连续发布了＂下一代屏下摄像头解决方案＂（8月4日，微博），＂RGBW捕光传感器＂、＂连续光学变焦＂、＂五轴运动防抖＂（8月19日，未来影像技术发布会）四项重磅影像技术，相当令人震撼。
　　从某种意义上来说，这也是OPPO在手机影像领域的又一次＂亮剑＂：
　　从2008年推出的第一款＂笑脸手机＂到现在，过去十多年来，从传感器、模组、算法到应用，OPPO已经在整个手机影像全链路都完成了深厚的技术累积，不断创新突破，帮助用户轻松记录生活之美。
　　而现在，面向未来，它也将继续以持续的影像技术创新，来不断满足用户的需求升级。
　　那么，这一次它又给我们带来了哪些新的影像技术创新？
　　我们来看一看它最近发布的四项技术：
　　【1】
　　新一代RGBW捕光传感器：底层技术＂算法硬件化＂
　　1976年，影像科学家布莱斯·拜耳（Bryce Bayer）发明的＂拜耳阵列＂，是数码影像系统的一块基石。
　　＂拜耳阵列＂的原理，是在CMOS上增加一套滤镜，每一个像素点分别对应红、绿、绿、蓝（RGGB）矩阵排列的滤镜。
　　这样，只要通过算法进行还原，原本只能记录图像明度信息，拍摄黑白照片的CMOS，就可以记录下彩色的世界。
　　随着手机算力提升，各种成像算法不断优化，手机厂商们发现，可以将＂RGGB＂替换成＂RGBW＂、＂RWWB＂和＂RYYB＂等其他结构，来提高成像质量。
　　其中，RGBW是最主流的路线之一。它将一个绿色子像素（G），替换成对光线更加敏感的白色子像素（W），从而大幅提升感光能力。
　　2015年的畅销机型OPPO R7 Plus正是搭载了这一结构的索尼IMX278传感器，实现了低亮度下32%的感光能力提升，噪点也降低78%。
　　但在当时，受限于制程工艺、信号串扰、算力不足、以及缺少像素合并技术等原因，无法在传感器上直接完成精细化的数据处理，W像素也会影响R、G、B像素的响应速度和准确性，导致RGBW传感器依然存在色彩失准、摩尔纹严重等问题，影响了成像质量。
　　OPPO并未就此放弃，此后6年，一直坚持着探索和投入。
　　今天，RGBW终于迎来再次高光之时。
　　首先，OPPO与索尼深度合作，联合定制研发了全新一代RGBW捕光传感器，采用了更加先进的制程工艺，能够在本地运行更加复杂的算法模型。
　　同时，OPPO自研了像素四合一的RGBW还原算法，每个子像素都能具备R（红）、G（绿）、B（蓝）和W（光线）信号的识别能力，大幅提升色彩表现，有效避免了色彩失准、伪色、摩尔纹等上一代技术的症结问题。
　　此外，OPPO还通过行业领先的DTI像素隔离技术，有效减少了子像素之间的相互串扰，让数字信号更为纯净。
　　最重要的是，这也是全行业内，手机厂商首次将自己的影像软件算法直接写入传感器硬件，从而实现兼容多芯片平台，并大幅提升影像处理效率，降低功耗。
　　得益于自研四合一像素聚合算法的＂硬件化＂，以及DTI像素隔离技术，OPPO RGBW捕光传感器的进光量相比传统RGGB传感器提升60%，噪点降低35%，大幅提升了暗光拍摄效果，还解决了过去RGBW传感器的色彩饱和度不足、后期猜色等难题。
　　在我看来，OPPO将自研影像算法＂硬件化＂是一次极具意义的突破。这个技术思路很大程度上分担了SoC在影像处理过程中的算力负担，能够兼容多个芯片平台，同时提升影像处理效率。考虑到在高清视频录制上，目前的SoC普遍存在算力瓶颈，影像算法＂硬件化＂的技术思路能为OPPO未来推出算力更强的传感器硬件打开想象空间。
　　影像，说到底，就是记录光与影的艺术。
　　如何更准确地捕捉更多光线，是提升手机影像质量的基础。
　　然而，与传统相机相比，手机装不了大尺寸的镜头，内部也放不下超大面积的感光器，这是一个难以突破的天然限制。
　　所以，如何通过改变传感器排列，从根本上提升捕光能力，一直是手机厂商们最具挑战的底层技术难题之一。
　　而这一次，OPPO不是搭载供应商产品，而是与合作伙伴深入合作，将自研算法写入传感器，建立了完整的、软硬件一体的技术体系。这意味着，它在手机影像领域又增加了一道广阔的护城河。
　　据透露，OPPO新一代的RGBW捕光传感器，预计将于2021年第四季度正式商用。
　　【2】
　　连续光学变焦：变焦一气呵成
　　这是我个人最期待的一项技术。
　　目前，就拍照而言，手机已经足以胜任绝大多数消费者，绝大多数的日常需求，甚至是专业创作需要。
　　但就视频拍摄而言，目前手机的功能仍然存在很多巨大的短板，影响我们的拍摄体验。
　　其中，如何实现平滑的、无损的、连续的变焦，就一直是整个手机行业最为困扰的症结之一。
　　我甚至一度认为，受限于手机的结构，这个问题或许在短期内都难以真正解决。
　　但现在，OPPO超越了我的预期。
　　在2020年发布的阶梯式变焦方案基础上，OPPO继续从硬件底层出发，进一步重构了全新的潜望式结构模组，通过升级镜组、运动传感器和马达三大组件，最终实现了突破性的连续光学变焦技术：
　　镜组方面，OPPO将常见的7P（塑料镜片）镜头，首次改用采用2GM（非球面模造玻璃）+5P的镜头组合，从而大幅提升了滤除杂光、降低色散等光学性能。
　　传感器方面，创造性地采用隧道磁阻传感器（TMR sensor）替代了传统的霍尔传感器，从而实现了对活动镜组更稳定、更精准的运动控制。
　　马达方面，上一代阶梯式变焦模组中，采用的滚珠马达方案较为成熟，但行程相对较短，无法满足连续无损变焦对于镜组运动形成的要求。而此次发布的全新模组采用导向轴结构，大大提高了镜组大行程移动过程中的动态倾斜角度，从而更好地支持了更高倍率的连续无损变焦。
　　OPPO连续光学变焦结构示意图
　　OPPO透露，OPPO连续光学变焦技术目前已支持等效85mm-200mm焦段的连续光学变焦，从人像到长焦的每一个变焦点都能清晰成像，让用户获得接近专业相机的连续无损变焦体验。
　　而OPPO连续光学变焦技术通过精准控制光学模组运动，能够在等效85mm-200mm焦段内的任意位置均能实现无损光学变焦，完全不需要数码裁切，成像画质大幅提升。
　　在此过程中，由于变焦全程在同一枚CMOS传感器上完成，所以彻底杜绝了多摄变焦系统天生的跳焦、白平衡偏移、色彩失准等问题。变焦过程中也不再有明显的抖动或跳变，画面更加稳定。
　　传统潜望长焦与连续光学变焦实拍样张对比
　　传统潜望长焦与连续光学变焦实拍样张对比
　　这意味着，一旦这个技术投入商用，将补齐手机视频拍摄在＂推＂和＂拉＂这两个基本运镜能力上的短板，让用户能够真正实现自由的视频创作。
　　这是一个巨大的，飞跃式的体验质变。
　　不过，OPPO目前还没有透露这个技术的具体商用时间。
　　【3】
　　硬件级五轴防抖：最高 3 防抖补偿
　　对手机而言，防抖是一个必备的基本功。
　　目前，每一台带有影像系统的智能手机，其实都已经具备了不同程度的防抖能力。
　　但正如蛋炒饭考验大厨功力一样，把防抖做到什么程度，这里面的细节，也能非常能体现手机厂商的实力差距。
　　尤其是光学防抖，不需要裁切画面，不影响画质，所以最具含金量。
　　目前，手机行业最普遍的光学防抖方案，是在机身抖动同时控制镜头位移，实现运动补偿。但在日常生活场景中，机身的抖动是来自四面八方的力，没有规律可循，只依靠镜头位移补偿，往往并不够用。
　　而OPPO的五轴运动防抖技术，则会根据不同方向、不同幅度和频率，借助软件算法将抖动数据分拆，并分配到镜头和传感器两个活动组件上，再通过马达或记忆金属带动镜头或传感器产生位移，从而实现双重光学防抖效果。
　　尤其是当机身抖动幅度/角度较大（ 1.98度）时，镜头和传感器会同时运动对抖动进行实时补偿，从而实现接近专业相机的五轴防抖效果。这也是行业内较为罕见的通过硬件级创新提升防抖能力的技术方案。
　　据OPPO透露，在这个五轴运动防抖模组中，传感器防抖位移精度低至2μm，相当于一个（4合1）像素的大小，较常规镜头防抖的7μm，精度提升了3.5倍，仅依靠传感器移动就能实现像素级防抖。
　　同时，由于同时采用滚珠马达驱动镜头移动，内嵌记忆金属驱动传感器位移，两套驱动方案集成于同一模组内，大幅提高了模组的结构可靠性。
　　在实验室实测中，在3 抖动测试条件下，OPPO五轴运动防抖能够比单独镜头防抖抑制多达65.34%的模糊量数据。换句话说，就是比常规镜头的OIS防抖，性能提升了65%。
　　在此基础上，结合OPPO自研的ICE极速抓拍算法，用户可以获得更好的抓拍体验。经过实验室实测，OPPO五轴运动防抖甚至能在暗光环境下，将快门速度提升至0.01秒，大幅提升暗光抓拍成片率。
　　OPPO五轴运动防抖实拍样张
　　在五轴运动防抖强悍的硬件基础之上，OPPO也有可能借鉴像素四合一算法＂硬件化＂的研发思路，通过传感器承担部分影像算力，让影像数据处理效率进一步提升，从而实现更好的兼容性和更高的处理效率。
　　据OPPO透露，五轴运动防抖系统，预计将于2022年一季度正式商用。
　　【4】
　　下一代屏下摄像头：好饭不怕迟
　　最后说一下屏下摄像头。
　　在这方面，最近已经有不少厂商推出正式的商用产品，但OPPO目前仍只是对外公布了技术方案。
　　在我看来，这并不意味着是OPPO进展落后，而是体现出OPPO对用户体验负责的审慎。
　　在此之前，OPPO早在2018年就启动了对屏下摄像头技术的研发和探索，至今已开发出了三代屏下摄像头技术方案，其技术和工艺的积累，完全可以随时拿出商用产品。
　　所以，OPPO一直没有付诸商用的核心原因在于，只有在屏幕显示和成像质量同时足够出色，OPPO才会将屏下摄像头技术应用于量产产品。
　　其实，在此前的5G、柔性屏等技术的发展过程中，OPPO也表现出过同样的态度。
　　对厂商来说，这种偏向保守的风格，其实有利有弊，但站在用户角度，我个人其实相当佩服，并感激。
　　回到正题。
　　从OPPO展示的信息来看，新一代的屏下摄像头技术方案已经日益成熟。
　　1、在屏幕体验方面：
　　为了保证屏下摄像头区域的显示效果，OPPO采用了创新的屏幕像素排列方式，在不减少像素数量、不改变排列方式的情况下，略微降低像素体积，从而保证了400 PPI的优质屏幕显示效果。
　　在走线技术上，OPPO将传统的屏幕走线改为透明走线，通过工艺和设计调整将走线宽度减小50%。从而带来了更加细腻的屏幕效果。
　　同时，目前行业主流的做法，是通过一个像素电路驱动两个像素（＂1拖2＂），但这种方式会让屏下区域显示的文字或图案质量出现明显下降。
　　而OPPO定制了专用屏幕，通过＂1拖1＂的方式，配合精准的显示补偿算法，精确控制全屏幕的亮度差小于2%，色度差小于0.8JNCD能更好地保留和展示纹理细节和色彩信息，并支持更小号字的精细显示。
　　此外，得益于采用单像素电路的全新方式，配合OPPO与De-Burn in联合调优的算法，对屏下区域进行补偿，整个屏幕的使用寿命也提升了50%。
　　整体来看，无论息屏还是点亮状态，整块屏幕都能给用户完整纯净、不见瑕疵的一体化视觉观感。
　　2、在影像体验方面：
　　由于屏下摄像头屏幕区域天然的物理限制，一般情况下，屏幕区域的透光率会造成屏下摄像头的拍照效果模糊不清，并带来眩光、失焦等一系列问题。
　　而OPPO基于多年来的影像技术积累，以自研AI算法集解决了这一难题：
　　通过部署在美国硅谷的美研所，自研去衍射、AWB、HDR等AI算法集，大幅度提升屏下摄像头成像效果。同时，OPPO通过数万张照片持续训练AI去衍射算法模型，有效控制光源中的衍射问题，进而大幅度提升照片质量。
　　尽管屏幕浮于前置摄像头之上，全新一代屏下摄像头技术方案仍能保证常见场景的清晰成像，比前两代解决方案更接近普通前置摄像头的成像画质。
　　左：上一代屏下摄像头自拍样张 / 右：下一代屏下摄像头自拍样张
　　整体来说，从OPPO的技术进展来看，相信它推出屏下摄像头商用产品的时间，已经不再遥远。
　　【5】
　　最后说两句
　　从8月初发布的＂下一代屏下摄像头解决方案＂，到今天以未来影像技术发布会形式，发布的＂新一代RGBW捕光传感器＂、＂连续光学变焦＂、＂五轴运动防抖＂，从OPPO发布的四大影像技术，我们可以看到一个共同点：
　　OPPO的手机影像创新，基本都是以用户体验为出发点，以自主研发的算法、工艺为核心，与上下游产业链共同配合，深入到底层的技术体系和解决方案之中。
　　这让OPPO具有了很强的技术壁垒，也与上下游建立起了更紧密的战略同盟关系。
　　在国内乃至全球市场，随着5G的规模化商用，头部手机厂商的竞争也日趋激烈。在这场贴身肉搏战中，影像技术或已成为那柄白刃，谁能率先争得就能在这场换机争夺中抢得先机。