[科普中国]-手机摄像头

手机的数码相机功能指的是手机是否可以通过内置或是外接的数码相机进行拍摄静态图片或短片拍摄，作为手机的一项新的附加功能，手机的数码相机功能得到了迅速的发展。

夏普公司最早推出了摄像手机，使内置摄像头的手机受到了广泛应用，手机摄像头行业也随之得到了良好的发展，各类手机摄像头生产厂商如雨后春笋般出现，手机摄像头的类型越来越丰富，手机的摄像功能成为手机用户关注的重点。1

内容简介一般来说，手机摄像头主要包括内置和外置这两种，内置摄像头是指手机内部安装的摄像头，使用更为便利；外置摄像头是指通过数据线或者其他方式将手机与数码相机进行连接，以此实现拍摄，这种拍摄方式的操作更为便捷。目前手机具备的数码相机功能仍旧处于发展阶段，很多技术研发刚刚起步。手机具备的数码相机功能主要有连拍、内置闪光灯和自动白平衡等功能，拍摄效果和手机屏幕的分辨率以及手机摄像头息息相关。

规格参数像素摄像头主要衡量的参数。分辨率（像素）分辨率是我们最熟悉的参数之一了。分辨率主要由图像传感器决定，分辨率越高，图像就越细腻，效果也越好，但图像所占存储空间更大。通常所说的摄像头像素是拍照模式下的最大像素，摄影（拍视频）时的像素通常会比较小，例如N97摄像头有500W像素，但摄影模式下的最大分辨率只有640 x480。

对手机摄像头分辨率进行说明，常常使用图像解析度的专用名词（如CIF，VGA等）来表示分辨率（像素=分辨率长宽数值相乘，如：640X480=307200，就是30W像素）：

简称 （代号） 分辨率 像素

subQCIF：128 x 96

QCIF：176 X 144

CGA：320 x 200

Quarter-VGA: 320 x 240

CIF：352 x 288 10W

EGA：640 x 350

VGA：640 x 480 30W

SVGA：800 x 600

XGA：1024 x 768

XGA-W：1280 x 768

QVGA：1280 x 960 120W

SXGA：1280 x 1024

SXGA+：1400 x 1050

SXGA-W：1600 x 1024

UGA：1600 x 1200

HDTV：1920 x 1080 200W

UXGA：1900 x 1200

UXGA-W：1920 x 1200

QXGA：2048 x 1536 320W

QSXGA：2560 x 2048 500W+

QUXGA：3200 x 2400 700W+

QUXGA-W：3840 x 2400 900W+

帧数该参数主要由数字信号处理芯片（DSP）决定，该参数主要对连拍和摄像有影响。一般传输速率越高，视频越流畅。常见的传输速率有15fps，30fps，60fps，120fps等。（fps：帧/秒）。

传输速率与图像的分辨率有关，图像分辨率越低，传输速率越高，例如某摄像头在CIF（352*288）分辨率下可实现30fps传输速率，则在VGA（640*480）分辨率下就只有10fps左右，因此当商家说传输速率时一定要清楚对应的分辨率。一般30fps的流畅度已经足够了，关键看此时对应的分辨率有多高。

影响因素手机的摄像头效果是现代手机的重要性能指标之一， 也是手机企业在技术层面的核心竞争力。 而手机的摄像头性能会受到多方面因素的影响， 具体来说， 主要落实在以下几个重要方面：

首先，光圈，一般来说，手机摄像头的光圈与相机的镜头具有相似性，其光圈的数值与光圈成反比关系。而现代手机受结构体积的限制，镜头的光圈普遍是固定的。因此，其光圈的大小，会直接影响到摄像头的效果。

其次，快门，快门的时间长短与帧率之间呈现反比关系，因此，快门的速度也会在某种程度上对手机摄像头的效果造成影响。 再次，光学镜头，光圈以及广角是摄像头之中两个比较重要的参数内容。 而广角与光学镜头之间具有密切的关系，因此，光学镜头的设计，也会影响到手机摄像头的性能。 此外，对焦马达、马达对焦的准确性以及速度会对手机的成像效果造成直接的影响，并形成不同的用户感受。 因此，对对焦马达的设计，也是优化手机摄像头性能的重要内容之一。 最后，防抖技术， 现阶段， 大部分手机上的防抖技术都是通过软件处理，而其防抖的效果，也会在一定程度上对摄像头的效果形成影响。2

工作原理CPU集成了视频处理系统和摄像头驱动等，CPU和摄像头数据信号有8-10个，是根据CPU型号和摄像头本身来定的，当手机系统进入拍照或摄像状态，由电源提供一个2.8V电压，由CPU送出的复位信号使摄像头进行复位，数据开始传送同时摄像头进入工作状态。

功能介绍闪光灯闪光灯的英文学名为Flash Light。闪光灯也是加强曝光量的方式之一，尤其在昏暗的地方，打闪光灯有助于让景物更明亮。使用闪光灯也会出现弊端，例如在拍人物时，闪光灯的光线可能会在眼睛的瞳孔发生残留的现象，进而发生「红眼」的情形，因此许多相机商都将"消除红眼"这项功能加入设计，在闪光灯开启前先打出微弱光让瞳孔适应，然后再执行真正的闪光，避免红眼发生。中低档数码相机一般都具备三种闪光灯模式，即自动闪光、消除红眼与关闭闪光灯。再高级一点的产品还提供“强制闪光”，甚至“慢速闪光”功能。

变焦变焦分两种，一种是数字变焦；一种是光学变焦。作用与手机上，多数都采用数码变焦。

（1）数字变焦

数字变焦也称为数码变焦，英文名称为Digital Zoom，数码变焦是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个象素面积增大，从而达到放大目的。这种手法如同用图像处理软件把图片的面积改大，不过程序在数码相机内进行，把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用"插值"处理手段做放大，将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。

与光学变焦不同，数码变焦是在感光器件垂直方向上的变化，而给人以变焦效果的。在感光器件上的面积越小，那么视觉上就会让用户只看见景物的局部。但是由于焦距没有变化，所以，图像质量是相对于正常情况下较差。

通过数码变焦，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一定程度的下降，所以数码变焦并没有太大的实际意义。

（2）光学变焦

光学变焦英文名称为Optical Zoom，数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。

光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人感觉像物体递进的感觉。

显而易见，要改变视角必然有两种办法，一种是改变镜头的焦距。用摄影的话来说，这就是光学变焦。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。另一种就是改变成像面的大小，即成像面的对角线长短在这时的数码摄影中，这就叫做数码变焦。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。

如今的数码相机的光学变焦倍数大多在2倍－5倍之间，即可把10米以外的物体拉近至5-3米近；也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。家用摄录机的光学变焦倍数在10倍~22倍，能比较清楚的拍到70米外的东西。使用增倍镜能够增大摄录机的光学变焦倍数。如果光学变焦倍数不够，我们可以在镜头前加一增倍镜，其计算方法是这样的，一个2倍的增距镜，套在一个原来有4倍光学变焦的数码相机上，那么这台数码相机的光学变焦倍数由原来的1倍、2倍、3倍、4倍变为2倍、4倍、6倍和8倍，即以增距镜的倍数和光学变焦倍数相乘所得。

连拍连拍功能英文学名为continuous shooting，是通过节约数据传输时间来捕捉摄影时机。连拍模式通过将数据装入数码相机内部的高速存储器（高速缓存），而不是向存储卡传输数据，可以在短时间内连续拍摄多张照片。由于数码相机拍摄要经过光电转换，a/d转换及媒体记录等过程，其中无论转换还是记录都需要花费时间，特别是记录花费时间较多。因此，所有数码相机的连拍速度都不很快。

连拍一般以帧为计算单位，好像电影胶卷一样，每一帧代表一个画面，每秒能捕捉的帧数越多，连拍功能越快。当前，数码相机中最快的连拍速度为7帧/秒，而且连拍3秒钟后必须再过几秒才能继续拍摄。当然，连拍速度对于摄影记者和体育摄影受好者是必须注意的指标，而普通摄影场合可以不必考虑。一般情况下，连拍捕捉的照片，分辨率和质量都会有所减少。有些数码相机在连拍功能上可以选择，拍摄分辨率较小的照片，连拍速度可以加快，反之，分辨率 大的照片的连拍速度会相对减缓。

通过连续快拍模式，只须轻按按钮，即可连续拍摄，将连续动作生动地记录下来。

白平衡白平衡英文名称为White Balance。物体颜色会因投射光线颜色产生改变，在不同光线的场合下拍摄出的照片会有不同的色温。例如以钨丝灯（电灯泡）照明的环境拍出的照片可能偏黄，一般来说，CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变。下面一些图片，就显示了在不同颜色光线下的不同图象。

白平衡就是无论环境光线如何，让数码相机默认“白色”，就是让他能认出白色，而平衡其他颜色在有色光线下的色调。颜色实质上就是对光线的解释，在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色，还有荧光灯下的"白"也是"非白"。对于这一切如果能调整白平衡，则在所得到的照片中就能正确地以"白"为基色来还原其他颜色。当前大多数的商用级数码相机均提供白平衡调节功能。正如前面提到的白平衡与周围光线密切相关，因而，启动白平衡功能时闪光灯的使用就要受到限制，否则环境光的变化会使得白平衡失效或干扰正常的白平衡。

视频拍摄短片拍摄功能即数码相机具备拍摄视频文件的功能。有别于DV（数码摄像机），数码相机只可以把视频文件存放在记忆卡里面，由于记忆体的空间有限，所以视频文件的质量跟大小都比较差。

自动对焦自动对焦（Auto Focus），通常用于相机和手机的摄像头拍照，但可不是所有手机都支持自动对焦，一般是320万像素-1400万像素。自动对焦用于镜头靠近一件物品拍摄，使用“自动对焦”功能。可以让图片的模糊、斑点现象消除，而且能把图片变成清晰、明亮。通常对焦状态是轻轻按住快门键，这时图片会出现一个光标。白色变成绿色，就说明对焦已对准。如果光表示黄色、红色或者橙色，就是代表对焦失败。要放开快门键重新对焦。

有些手机或者数码相机会自动根据场景来做适合的对焦，例如在那些美丽的风景远拍照。是不能对焦的。如果把镜头靠近一件物品（2cm-3cm）就可以自动对焦。

发展现状目前我国手机制造市场使用的手机摄像头芯片有国产、日系、美系和韩系这三种，不同产地的芯片在价格、性能和目标市场等方面有所不同。高端手机大都 应用日系的“sony”芯片，生产的摄像头具有较高的像素。 一般来说，品牌手机的像素大都会在1200万以上，但是国内厂家的像素相对低一些，很少有高像素手机摄像头的制造厂商。3

通过上述分析可知，手机摄像头存在的像素匮乏问题得到了有效的解决。手机摄像头的像素已经从过去的11万迅速提升到几千万像素。在未来的手机摄像头发展中，手机摄像头的像素会继续提升，像素的清晰度也会随之增加。也就是说，手机摄像头的像素不会停留在1200万像素或者1300万像素，而是会研发出更高的像素。在未来的手机摄像头领域，高像素将会成为行业的主要发展趋势。

除此之外，手机摄像头的成像功能也会是未来发展的主要内容，手机摄像头不会再局限于拍摄时的光线，无论在白天或是夜晚、在强光或是暗光环境中，手机摄像头都能够正常成像，而且拍摄的照片在清晰度等多个性质方面，也有所提升。目前有些手机的2000万像素已经到达极限，很多生产厂家将研究开发的方向转变为双摄像头，如华为企业对黑白双摄像头的研发，就会通过加强控躁性能实现手机摄像头强大的成像能力。1

本词条内容贡献者为:

刘宝成 - 副教授 - 内蒙古民族大学