【果言科技】用三千字說服你:高像素不等於一切!

毫無疑問手機拍攝已經成為現代人生活的一部份,成就 Instagram 、Flickr 等相片主導的社交媒體興起。據 2015 年的統計數據,用手機拍出來的相片超過一兆張!讓我們時光倒流到十多年前,2000 年 Sharp 推出的拍照手機 J-SH04 ,只能拍下 11 萬像素的相片,發展到現在手機隨便都有過千萬像素,當中又有什麼意義?

TechApple.com 編輯部這一期的「果言科技」就跟大家深入點了解手機上關於像素的事情!

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一切從像素(Pixel) 與感光元件談起!

我們經常聽到一種說法:「這部手機有過千萬像素,拍攝出來的照片都是超高清的。」究竟這樣說對不對呢?就先從數碼攝影的基本-像素談起。

我們現在看到的數碼相片,都是有很多細小的四方形拼砌而成,而每一個「點」的單位就是像素。更準確的來說像素 (Pixel) 是相片大小的單位,例如 1300 萬像素的相片代表這張圖像由 1300 萬個「點」所組合而成,當像素愈多圖片就組成得愈精密,在裁切、放大一度幅度後亦不會失真,這是高像素的優勢。

回歸原來的問題:「像素高畫質就一定好嗎?」整體來說,畫質受光學、相片對比、軟件處理等因素影響,高像素只是影響相片的解析度,我們應該問的問題是:「多少像素才足夠?」關於這個問題我們可以從屏幕解像度去看:

螢幕快照 2016-06-01 上午10.26.47

號稱 Retina Display 的 iPhone 、iPad 系列只在 72 萬像素 ~ 310 萬像素之間,而 Android 常見的 FHD 、QHD 約在 200~ 360 萬,換句話說我們手機上接近 1000 萬像素的相機理論上完全足夠。如果從實體印刷角度去看,假設我們採用 300PPI (Pixel Per Inch)計算,一個 1吋 x 1吋 的正方形需要約 900,000 像素;一張 4 吋 x 6 吋的相片需約要約 200 萬像素;同樣原理 A4 Size (8.27 吋x 11.69 吋)需要約 870 萬像素,大家看完這個數字會覺得很驚訝嗎?我們現在的一部入門級手機都可以 1000 萬像素起跳,理論上已經足夠。

大家開始理解到像素的意義,然而在市面上 iPhone 6s 、HTC 10 和 Samsung Galaxy S7 Edge 亦採用 1200 萬像素的規格,他們的感光元件卻各有差異,接下來我們要談的是感光元件與像素的尺寸。

感光元件、片幅與像素尺寸
要把影像紀錄紀錄下來,變成數碼檔案,我們需要相關的部件,那就是我們常說的感光元件。它的作用就是取代菲林的感光層,將光線轉化為數碼訊號,而記憶體紀錄下的數據就是相片檔案。可以說 感光元件 + 記憶體取代了菲林作為拍攝的載體,而在手機上面採用的感光元件有不同大小的面積,現在流行的有 1/3 吋、1/2.6 吋、1/2.3 吋幾種大小。

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圖片來源:Samsung

在文章一開始跟大家提過相片是由像素組成,這個數字是直接受感光元件影響。比如說在感光元件上面有 800 萬個有效的感光點,出來的相片就能有 800 萬像素;塞進 1200 萬個有效感光點就等於可以拍攝 1200 萬像素的相片。在像素密度提升的同時,每一個像素點的大小亦會相應縮小。打個比方一個 24mm2 的空間可以塞進 24 個 1 x 1m的方格;但如果要塞 2 x 2m 的方格只能塞 6 個,方格的數量就是像素,而每個方格的大小就是像素尺寸(以μm 計算)。

理論上每一粒獨立像素的體積愈大,進光量就會增加,像素大小會直接影響相片的雜訊的多寡、光暗寬容度等等,最經典的例子應該是 HTC One M7 上面只有 400 萬像素可是每一粒像素大小都來到 2μm ,這樣極端的做法可以說很創新(至少當時而啦),可是亦衍生出缺少裁切空間、數碼變焦受限的問題。

超高像素的優缺:數碼變焦、容量
因為厚度與鏡頭的限制,手機上難以具備光學變焦(我知道有 Samsung Galaxy K Zoom 與 ASUS ZenFone Zoom 的存在,可門檻真的不低),高像素的得出來的一個大優勢就是數碼變焦的倍率。

數碼變焦的原理是利用處理器將拍攝的畫面放大,再利用軟件補完失去了的像素,本質上和後期裁切是很接近的,而這種變焦方法的缺點很明顯就是圖片顆粒會變粗,隨著變焦倍率愈大,畫質的下降亦愈明顯。在 Lumia 1020 上面的 4000 萬像素鏡頭就比起 HTC One M7 的 400 萬 UltraPixel 有更大截切空間,換句話說數碼變焦時失真率亦較低。

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Lumia 1020 拍出來的相片

高像素帶來的缺點就是容量問題:在同樣的格式下,高像素拍下來的 jpeg 容量可達 10MB 一張,大檔案會佔去手機容量與帶來傳輸上的不便,亦會對處理器帶來負擔,於旗艦手機上面採用高像素感光元件還可以,但中低階手機也衝至 1600 萬像素去拼「性價比」,我們開始要思考是否有如此的需求了。

的確 Nokia Lumia 1020 拍出來的相片很震撼,可是從下面的影片中可以見到每拍一張相片都有 1~2 秒的延遲,完全不利於連拍,即使
有留言說 3.5 秒太誇張,大家自行判斷 Lumia 1020 是否太慢

軟件方面如何配合高像素?ASUS 、Nokia 與 Sony
在上文談過像素與像素尺寸的限制,這個問題每個廠商都會面對。除了在硬件外,亦有廠商以軟件的方式去迎合使用者需要,例如有 Nokia 的 OverSampling 、ASUS 的 PixelMaster 。

-Nokia 的 OverSampling 
 Nokia Lumia 1020 的 OverSampling, 利用軟件把 7 個像素合拼成一個使用,拍出來的相片只有大約 500 萬像素,可以能得到更高的銳利度與減少雜訊,同時亦兼顧到傳輸需要,個人認為是很聰明的做法。

首先,你的手機要有 4,000 萬像素。

市面上應該就只有他了。

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圖片來源:WikiPedia

-ASUS 的 PixelMaster
ASUS 手機上面有極多拍攝模式,往往用家也不會接觸過半。老實說他們的「低光拍攝模式」與「超高像素模式」是相當有趣的概念。

~「低光拍攝模式」原理是把幾顆像素點組合,在降低像素的同時亦減少雜訊

~「超高像素模式」反其道而行,連續拍攝 4 張相片再合拼出一張超高像素相片(在 ZenFone Zoom 上面能輸出 5,200 萬)

先不論這種做法成效、方便性如何,他們是針對感光元件大小與像素高低而開發出這兩個功能,亦是希望以軟件去衝破感光元件的物理限制。

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ZenFone Zoom 的超高像素模式可以輸出 5200 萬。

 

像素競賽,大家都輸!是時侯改變了!
過去十年廠商一直作相機像素的規格競賽,每年新機總會強調相機像素增加多少;到了新一代 Apple 也不能免俗,把 iPhone 6s 的相機像素提升到 1200 萬,同時他們的像素尺寸亦有所減少,這是為了迎合市場去增加相機像素,另一方面犧牲了 iPhone 6 在低光拍攝時的優勢;反觀 Samsung 、HTC 都放棄帳面上的規格競賽,降低新一代旗艦的相機像素,從而得到更大的像素尺寸,很巧合的他們都採用了 1200 萬像素,像素尺寸也接近 Lumia 1020 的水平。

或許有人會想:「要兼顧像素與像素尺寸很簡單,把感光元件再做大一點就可以啊!」現時手機上的感光元件有兩大限制:1.鏡頭的焦距;2.手機的厚度,例子很簡單: Samsung 的 1600 萬像素 S5K3P3 感光元件上只有 1.0 μm的像素尺吋,目的就是把感光元件厚度減至 5mm。須知道手機潮流追求輕巧薄身,零件空間寸土必爭這是必然的情況,亦是一個物理上的大限制,始終沒太多人喜歡 Nokia 808 PureView 的厚度吧?

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Nokia N95 亂入,沒錯像素尺寸很大,可是只有 500 萬像素的相片根本放不大。

TechApple 編輯部:高像素是無敵?高像素不是一切!

從 2016 年的新世代旗艦規格,我們看到像素競爭已經到了瓶頸位,反而廠商重視感光元件大小、像素大小而非一直追求像素量。我們亦是時侯擺脫「高像素」=「映像清晰」這個邏輯,在選擇手機時需要更深入去了解相機的元件與結構。

區區幾千字的文章無法跟大家談完手機鏡頭的種種,有很多參數例如光圈、鏡頭設計、O.I.S 光學防手震等等都要等下一次了。

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