从机器视觉角度看华为Pura70影像系统

石鑫华视觉

从机器视觉角度看华为Pura70影像系统

华为发布Pura70后，网上又开始各种性能参数的互杀了。我也来凑一下热闹，从机器视觉的角度，来聊一下P70的影像系统。

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华为Pura70影像功能参数

上面的是Pura70官方提供的影像功能基本参数，左高右低。主摄像头的图像传感器芯片，P70Ultra用的是IMX989，1英寸级别的，而其他的P70Pro+、P70Pro、P70则是使用的是OV50H。

从分辨率上看，均为5000万像素级别。现在分辨率已经没有什么人再吹这个参数了。以前几年是唯像素论时，那个个都是吹上天，那时候苹果的1200万像素用了很多年，国货的红绿蓝厂都使用上亿像素了。图像传感器的像素尺寸，并不像CPU芯片那样，制造工艺越小越好，7nm、5nm、3nm什么的，精度越高，单位面积容纳的晶体管就越多，算力越高。图像传感器，还得考虑进光量，单个像素的尺寸越小，那能进光的口径也就越小，效果则是越差的。反而要求像素尺寸越大，开口率越高成像质量才会越好。但是单个像素尺寸大了，同样的靶面的传感器，可容纳的像素数量就少了，图像分辨率就降低了。所以分辨率和图像质量之间会有一个比较恰当的值。现在的单位像素的尺寸基本上到0.7um后，就不再往下了做的更小了，因为成像效果会下降明显。所以，看现在主流的图像传感器，一般也就是在5000万像素上下。

索尼1200万~4800万像素的芯片大小和像素尺寸

而如果是同样分辨率的5000万像素，P70Ultra使用的是1寸的芯片，单位像素尺寸是1.6um，而其他三款型号使用提1/1.3寸的传感器，单位像素尺寸是1.2um。从这个数据来看，P70Ultra要强一些。而P70系列的4款机型，都主打了一个超级大底（大靶面）的概念，其实这个就是卖点。市面上并不缺大底的芯片，工业相机上使用的很多摄像头，都是大底的。1000~6500万像素、1~2.3寸的芯片的大把，有性价比高的卷帘CMOS，也有性能高的全局CMOS。但是工业上这些芯片很好应用，毕竟工业相机可以做的比较大个，拳头大都没关系。但是在手机上，要应用上大底的摄像头，还是比较考验技术的。如果真的好实现，那何不直接上一块单反上使用的35mm全画幅的传感器呢？那就真的媲美单反了。

再看镜头的光圈，P70Ultra的最大光圈是F1.6，而其他三款的最大光圈是F1.4，相对来说F1.4光圈更大，在夜间或背景虚化需要大光圈时，F1.4的效果会更好一些。

而P70Ultra的伸缩镜头，这个其实也不算是什么黑科技。这个只能说是为了解决1寸大底和成像质量之间的无奈之举。毕竟这个伸缩镜头，并不是像卡片、单反相机上的为了实现变焦功能，仅仅只是拍照时要伸出来才能成像。更多的是为了兼顾镜头的焦距和光路的距离。大底短距离就需要短焦距的镜头，而短焦时畸变会比较大，伸缩出来后，可以适当的增加光路距离，从而镜头的焦距可以略长一些。

超高速风驰闪拍，这个特点还使用超大字体加粗表示了。这个功能在相机中实际表现就是镜头的快门或曝光时间的问题。从网上的对比来看，就是看一下能不能清晰拍到旋转风扇的叶片或者是高速运行的高铁。要拍摄运动物体，必须使用全局的CMOS或CCD芯片，卷帘的CMOS是不行的。这个好几年前就已经更新迭代了。华为的Mate10上使用的是还是卷帘CMOS，之间的Mate20、Mate30没有用过，不了解，到Mate40就已经是全局CMOS了。更不要说现在的Mate60、P70之类的。全局工艺已经主流，已经能被手机接受了。而要拍清快速运动的物体，那就要有非常短的曝光时间。从工业相机上来说，并不是什么黑科技，因为机器视觉行业里，还涉及到很多1us以下的曝光时间的项目，例如很多发动机相、子弹炮弹速度测试的，那些都要比风扇、高铁的来的快。机器视觉领域还可以打光来增加照明环境的亮度，从而缩短快门曝光时间。而对于手机上来说，其实也是一样的道理。要想拍的快，那就要将最短曝光时间缩小。而曝光时间缩短，通光量就减小了，图像就会变暗。只能通过其他参数来增加图像亮度。而手机上环境光亮度是可能人工增加的，那就只能增大镜头的光圈或者相机的增益ISO。而增益ISO增加，图像的噪声也变增加，这个是牺牲图像质量的。所以，这里其实是考验各个图像传感器芯片厂家的技术水平的。在同样的亮度的黑夜环境中，不同厂家的手机拍摄的效果差异明显，也是因为这里的技术差异造成的。

当然，这里还会涉及得到图像传感器数据后的后期的一些图像滤波优化问题。这里在手机中就表现在拍照软件的输出图像以及压缩图像的算法上。这里其实你可以打开手机，然后将手机的摄像头调整到电子变焦段，这时实时预览图像时的效果，图像质量应该是比较差的，因为这时并不会在预览时也去处理图像。但是你按下拍照键保存图像后，则图像效果会好很多，这里就会有图像处理算法在起作用。

所以，无论是手机上的成像系统，还是机器视觉中的成像系统，其实都是和很多组件相关的，相机（图像传感器）、镜头、图像处理软件等等。要想有非常好的效果，那就要各种组件都要有质的提升才可。如果有哪个组件拉胯形成水桶效应，整个系统的性能也就下降严重了，无论你其他方面表现的再好。