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关于手机ISO、光圈和快门的那点事 (2)

科普：关于手机镜头光圈 (9)

科普：堆栈式与背照式CMOS之间的关系 (10)

手机屏幕PPI是否越高越好 (12)

关于手机ISO、光圈和快门的那点事

大家日常拍摄照片和分享照片，除了讨论照片好不好看之外，还会去留意一些照片的EXIF信息，其中就有几个数值是我们最常需要注意的，分别是ISO、快门和光圈。本文主要就是说一下这三者之间的关系和相互之间的影响。

光圈

光圈是指一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用f值，它的大小决定着通过镜头进入感光元件的光线的多少。一些厂商在发布会上都会有写着镜头光圈参数为“F/2.0”、“F/2.4”之类的，这个数值就代表着光圈大小。但注意，并不是数值越大，光圈就越大。而是数值越小，光圈越大。例如：F/2.0＞F/2.4。

我们可以简单的说：在同一个光线条件的场景下，同样的ISO和对焦点、测光点，光圈决定快门速度，光圈越大，快门速度就会越快。快门速度越快，就代表着更快的成像，在手持手机拍摄的情况下，高快门速度会减少很多因为手抖而导致画面模糊的几率。

在这里，笔者用单反来示范一下，光圈大小对快门的影响：

上面这张我使用F/4.0的光圈，ISO固定在100，那么在正常曝光下（以单反检测曝光值为准）的快门速度是1/15秒。

那么我们减小光圈，上面这张光圈是F/5.6，同样固定ISO为100，快门需要1/10秒才能得到跟上面那张一样的曝光。

但是在手机上，光圈数值都是被固定的，因为摄像头元件就这么丁点大，要做到能调节的光圈的摄像头，目前还不可能。那么我们就在光圈固定数值的前提下，了解快门和ISO对成像质量有什么影响吧。

快门

快门速度是手机成像中一个很重要的参数，我们看拍摄出来的照片的时候，经常能看到一个叫做“曝光时间”的数值，这个数值，其实就是快门速度。快门速度的快慢可以影响整张图片的成像亮度。

在同样光圈大小、同样的光线环境和ISO下，快门越快，成像画面会越暗。快门越慢，成像画面就会越亮。曝光时间指的就是光线进入感光元件的时间。

下面笔者也用单反示范一下这样的场景：

同样的光圈大小和ISO，快门速度如果太快（上面这张是1/200秒），光线进入镜头时间太短，拍出来的画面就会一片黑暗。

同样的光圈大小和ISO，通过减慢快门速度，增长曝光时间（上面这张是1/15秒），那么就可以得到正常的画面。

不过在手机上，摄像头检测到光线不足，会自动调节快门速度，暗环境下一般不会有1/200秒的快门速度出现，在手机上比较常见的快门速度最慢也就1/15秒至1/2秒之间。但是需要注意的是，越慢的快门速度，在手持手机的情况中会越不利，因为人不是机器，无论你以为自己的手有多稳定，其实都是容易抖的。在1/15秒的快门速度下，因为手抖而模糊的几率还算能控制。但在1/2秒的快门速度情况下，除了是用三脚架或者放在固定的地方拍摄，其余的基本都会因为手抖而毁图。

1/2的快门速度，也就是要求在你0.5秒的曝光时间里面，手机完全不能发生任何轻微的抖动，对于手持来说，0.5秒完全不动没什么人能做到，但如果你放在固定的位置上拍摄，你就能得到不错的成像，而且因为把ISO固定在100，画面也会相对比较纯净，不会有太多噪点。所以在同样光圈大小和ISO的情况下，而你又能固定手机的话，快门速度的快慢直接影响成像画面的亮度。

ISO

ISO感光度其实就代表着CCD或者CMOS感光元件的感光速度，是一种类似于胶卷感光度的一种指标，实际上，手机的ISO是通过调整感光器件的灵敏度或者合并感光点来实现的，也就是说是通过提升感光器件的光线敏感度或者合并几个相邻的感光点来达到提升ISO的目的。值得注意的是，高ISO会严重影响画质，特别是手机这样的CMOS感光面积只有这么小。

在同样的光线场景下，同样的光圈大小情况下，ISO决定快门速度。提高ISO能起到提亮画面的作用，在手机这种傻瓜式拍摄的机器上来说，低ISO会导致手机自动调低快门速度，调高ISO则可以提升快门速度。很多厂商为了提高手机拍摄的成功率，会在ISO自动的模式下提高ISO，增加快门速度，以此来增加夜间拍摄的成功率，例如小米2、iPhone5。但也有厂商利

用减慢快门速度来增加曝光的，例如诺基亚920、808。其实笔者认为诺基亚的做法会更好，因为采用低ISO长曝光的成像会更纯净，画面更通透。强行提高ISO的话，会严重伤害画面表现。

因为单反跟手机的设置不一样，这里的例子用手机来拍摄效果表达会更好，所以关于ISO高低对画面成像影响的例子，笔者直接用小米2来做一个更直接的对比：

同样的光圈大小下，ISO设置在100，快门速度是1/50秒。而且固定在100的ISO，出来的画面比较干净。

同样光圈，ISO提升到400，你们可以看到快门速度已经由上一张的1/50秒，直接升到1/195秒。

如果把ISO直接提升到1600，那么快门速度更是直接升到1/877秒。另外我们也能清楚看到，强行提高ISO对画面的破坏。

所以在日光充足的情况下，ISO最好固定在100，这样的成像质量会更好。而在比较暗的环境和拍摄夜景，可以适当提高ISO，在夜景下拍摄提高点ISO，除了能调亮画面之外，通过上面的例子我们也能知道提高ISO能增加快门速度，也能在一定程度上防止手抖而破坏了拍摄效果，这种提高ISO来实现防抖的，也被称为自然防抖。诺基亚那种靠浮动镜头模组实现防抖的，就是光学防抖。

手机不能调节光圈大小和快门速度，只能调节ISO。那么既然能调，我们就要好好利用：

1、如果你想拍摄夜景，你的手机能支持最慢1/2秒或更慢的快门速度，就要利用这个优势：把ISO调到100，然后固定好手机拍摄，那么就肯定可以得到不错的照片。如果你的手机快门速度比较快，那么只能乖乖靠调节ISO来提升画面亮度了。。。

2、如果你想拍摄快速运动的物体，而又可以忍受画质受损的前提下，你可以提高ISO来增加快门速度，这样就容易能拍摄清楚高速运动的物体。

3、在日常光线充足的情况下，最好还是把ISO固定在最低值，低ISO成像会比高ISO画面要干净通透，你们看上面几张小米2的照片就知道了。

你想测试下自己的机子最慢的快门能有多慢？很简单。首先把你的手机摄像头ISO调到最低（有些是100，有些是50，看情况自己调就好了），然后把手机放在桌子上，摄像头对着桌子，你会看到你的屏幕漆黑一片，很好，然后按下快门，成像之后你查看曝光时间，这样拍出来的照片的曝光时间就是你们机子的最慢快门速度了。

而通过上面的内容，我们知道一些光圈的数值的意义之后，我们日后买手机，对手机摄像头的参数就有个大概的了解了。理论上来对于手机来说，摄像头的光圈大的比较好。

科普：关于手机镜头光圈

现在智能手机的竞争越来越激烈，许多厂商为让自己产品更具差异化，都会把最先进的技术运用到手机上，手机的镜头也不例外，在CES 2013上联想的K900首次采用了F1.8的超大光圈镜头。不过目前仍有许多人对光圈的概念并不了解，而且常常会将光圈和光圈值弄混，认为 F2.2比F1.8光圈要大，认为F2.2更好。下面就让我们对光圈进行个深入的了解吧。

什么是光圈

光圈是一个用来控制镜头进光量的部件。光圈越大，通过镜头进入到传感器的光线就越多。简单来说就是在快门速度不变的情况下，光圈越大，进光量越多，画面比较亮，而光圈小的，画面会比较暗。

在弱光下，由于传感器获得的光下比较少，而手机为了能够让画面能够得到正确的曝光，会降低快门的速度和增加iso值，因此我们在暗处拍摄照片时更容易因为手的抖动而造成画面的模糊，还有因为高iso导致画面的躁点更多。而大光圈的镜头由于进入光量更多，所以在弱光下拍摄时，快门的速度会相对快一些，iso值也可以相对低一些，这样手机就可以获得更佳的画质。

光圈值

光圈的大小一般用F值来表示，F=镜头的焦距/镜头的通光直径。例如我们在数码相机中常见的50mm标准镜头，如果它的最大通光直径为29.5mm，那么它的光圈大小为50/29.5≈F1.7，也就是说光圈值越小，光圈越大，这也就是人们常常会弄混的地方。

F1.8的光圈比F2.4的要大多少？

理论上通过光圈的光量跟光圈值的平方成反比。比如F2和F2.8这两个光圈值，F2 也就是 2*2=4，F2.8是2.8*2.8=7.84≈8，也就就是说F2的光圈的通光量要比F2.8将近大两倍。现在我们再算算采用F1.8的K900比F2.4的iPhone 4S的通光量要大多少（2.4*2.4）/(1.8*1.8)=5.7/3.24≈1.8，也就是说F1.8的通光量大约是F2.4的1.8倍。

另外还有一点要说明的光圈并不完全等于通光量，光线在经过镜头的过程中会由于内部反射等的原因造成光线的损失。

科普：堆栈式与背照式CMOS之间的关系

前段时间发布的努比亚Z5和OPPO Find 5在硬件参数上都极为相似，同样采用1080P的屏幕，高通的8064四核处理器，还有1300万像素的摄像头等等，不过在媒体宣传上，OPPO称他们的是1300万像素堆栈式CMOS传感器，而努比亚仅称他们的

是背照式，因此很多人都认为Find 5的镜头要比Z5的好，但其实堆栈式和背照式是两码事，说不定他们是两款相同的镜头。究竟堆栈式和背照式是什么关系，请看下面详细介绍。

背照式传感器

传统的表面照射型摄像头传感器的光电二极管位于整个芯片的最下层，而A/D转换器和放大电路位于光电二极管上层，因此光电二极管离透镜的距离更远，而且上层的线路连接层还会造成光线的反射，影响到达光电二极管的光线强度，导致COMS的受光量减少。

而背照式传感器则是将这些阻碍光线进入的线路连接层放到了光电二极管的后面，这样COMS的感光能力将有极大的提升，尤其是在弱光环境下的表现。

堆栈式传感器

在下图中我们看到了堆栈式传感器是将原来普通传感器里的信号处理电路放到了原来的支持基板上，这样就可以把腾出来的空间放置更多的像素，实现在小尺寸传感器上集更多的像素，由于像素部分和电路部分分别独立。因此像素部分可针对高画质优化，电路部分可针对高性能优化。

从上面的介绍我们可以看出堆栈式和背照式本来就是两码事，背照式可以简单的认为是将光电二极管的位置换了一下，而堆栈式是把信号回路给换了一个位置。一个COMS既可以只是背照式，也可以既是背照式同时也是堆栈式。我们可以说，堆栈式CMOS是源于背照式CMOS，而高于单纯的背照式CMOS。

虽然目前努比亚并没有对外宣称Z5的镜头也是堆栈式的，但我们从一些内部的消息也了解到，其实Z5也是堆栈式传感器。所以单纯从硬件上看，两者并没有任何的区别。至于Z5 为什么不宣传自己镜头是堆栈式我们就不得而知了，或许是想学苹果，也可能是因为Find 5 已经抢先了。

另外虽然两款手机的镜头可能完全一样，但手机的拍照的好坏除了硬件配置外，还跟厂商对镜头的调试有关，所以即使是同一个镜头拍照效果也可能相差巨大。想了解这两款手机究竟谁的拍照效果更好，可以关注我们爱搞机即将到来的评测。

手机屏幕PPI是否越高越好

PPI(pixels per inch)是图像分辨率的单位,表示的是每英寸所拥有的像素（pixel）数目。因此PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。当然，显示的密度越高，拟真度就越高。因此现在手机厂家也将手机屏幕的PPI作为手机宣传的一个卖点。但是真的是手机屏幕的PPI越高手机屏幕的显示效果就越好吗？事实并非如此。

在知乎上，有人提了个问题“iPhone 5 屏幕只有 326PPI，为什么看上去比 441PPI 的三星Galaxy S4（以下简称三星GS4）更清晰透亮？”网友们踊跃做了回答，比较统一的是大家一致认为手机屏幕的PPI并非越高越好，其中有三位网友的回答比较详细。

一位叫赤火的网友认为手机屏幕显示效果的好坏的不能只看PPI数值，色域是否宽广，色彩是否准确都会影响观感。他表示他没见过三星GS4，而三星GS4的Pentile排列的屏幕虽然由于分辨率的提升缺点变得不明显，但是对于屏幕的影响还是有的。

普通的屏幕都是[红绿蓝][红绿蓝][红绿蓝]这样的排列顺序，而P排屏幕的次像素排列方式是[红绿][蓝绿][红绿][蓝绿]，这样带来的结果就是屏幕会偏绿。看起来PPI很高，实际上要打折（因为P排屏幕一组像素就两个颜色……）

三星Galaxy S3的屏幕

上一代Galaxy S3的屏幕，和下面的S4的图片对比下就能看出S4的色偏应该会比较小了，但是话说这张图明显能看出颜色偏绿……而三星采用这样的排列方式主要是考虑到OLED屏幕制造成本和次像素老化不均匀的问题。还有就是人的眼睛对绿色相对敏感，看上去会比较讨好眼睛。

而一位光学工程研究生，曾在大陆台湾美国三地学习，专注于显示技术研究的网友Fan同样赞同手机屏幕的好坏不仅仅由PPI 决定。并且还补上了iPhone 4S，三星GS4以及一些热门机型的显示晶格图。

一位叫蔡梁的网友则从三个方面分析了PPI并非越高越好。

1、 iPhone的屏幕分辨率已经达到了所谓视网膜标准，意思是不拿放大镜的话，326和441清晰度基本无区别，尤其是在正常的手机使用距离看的话，肉眼无法分辨哪个PPI更高了，因为已经超过了肉眼分辨率，反而是其他因素更多地影响了你的感官效果。

2、PPI只影响清晰度，而三星的P排列一直是令人诟病的，会导致同样PPI下图像文字不锐利。

3、屏幕材质问题。苹果是广角（IPS）TFT材质屏幕，最高亮度比三星的AMOLED要高很多，颜色比较清淡但更真实。三星的Super AMOLED屏幕则是颜色比较鲜艳，但是亮度要差，相对比之下图像就没有那么透亮了。另外，LED屏幕省电，功耗小，未来的发展方向，但是论视觉效果，至少在手机上，感觉还没能超越传统TFT材质。当然，这个视觉效果与个人偏好也有关系。

市场上屏幕PPI比苹果屏幕高的手机多了去了，但事实上效果没有能超过iPhone的个人感觉，主要是最高亮度不行，相比之下屏幕看起来没那么透亮，对比度也没这么高。还有网友认为屏幕的显示效果还取决于手机屏幕的背光，而iPhone的低PPI 的显示效果好过Galaxy S4高PPI的显示效果，胜在了iPhone屏幕有更好的背光效果。