一篇長文：華為P30系列相機實測與技術解析
在第一時間預約並拿到手機後，心情還是挺激動的，畢竟P30系列的關注度實在太高，網上也有很多關於它的短影片和評測體驗流傳，但要麼因情懷而失去理智，要麼就是為了黑而黑，今天我就來當一回“老實人”，從技術角度來分析一下華為P30系列的相機設計，特別是一些大家非常熱議的主題。
首先是P30系列最震撼的“夜視”功能，網上有很多影片評測都有展示在弱光環境下P30系列有多厲害，那麼直觀來說，這是一張P30 Pro拍攝的平平無奇的照片：
但實際上，它的拍攝引數是ISO 204800，1/4秒，F1。6，有機會大家可以拿出自己的相機手動設定到這個引數，晚上關了燈在家裡找找它所匹配的是怎樣的光線，相信我，找到之後你一定會對P30系列油然起敬。但別慌，其實這裡華為玩了一個數字遊戲，這個咱們後面再細說……
P30 Pro（上）和P30主攝特寫：
華為的影象演算法可以說是激進與謹慎並存，激進的地方在於弱光下的降噪塗抹力度很大，但因為主要在手機上觀看，塗抹強一點其實也無可厚非（因為高頻資訊即便有保留，在較小的顯示面積下也會迅速超過人眼和大腦的敏感範疇，所以塗抹掉也無所謂），各檔ISO（包括409600）JPEG都幾乎沒有一點兒噪聲，這應該是讓很多人驚歎的地方之一。而華為的謹慎之處是多幀演算法的模糊幀抽取得非常好，這一點真是遠遠勝過了還需要在PC端用專用程式處理的專業相機，下圖是用夜景模式拍攝正在撫琴的古裝美女：
這可以說是攝影愛好者都有點害怕遇到的光線環境，暖色且雜亂的背光，照度偏低的環境，不斷移動的主體……整個6秒多幀處理過程中她一直在彈奏，但最終出片時，人像並沒有模糊，所以這幅照片里人像的部分其實只用到了實際拍攝的很少部分幀數，但依然可以憑藉演算法來輸出毫無違和感的影象，並且幾乎看不到噪聲，可見演算法工程師的加班盒飯裡，雞腿是加到位了的……
不過即便是多幀堆疊，在配準對齊上其實也很難做到十全十美，比如很多手持夜景多幀堆疊的照片在電腦顯示器上放大觀看時並不難發現細節的模糊，這裡隨便截幾個100%放大：
但因為手機螢幕相對電腦顯示器要小非常多，這些細節上的問題幾乎都無法察覺，考慮到手機的照片也主要是在手機上檢視，所以這並不算是什麼嚴重的問題，畢竟這種弱光下拍得到比拍得好更重要。
弱光拍攝能做到這個地步，關鍵因素是決定了快門基數不會太慢的高ISO，再加上多幀堆疊，P30系列所有拍攝模式在系統判斷為弱光或有高光比環境時都會啟動多幀模式，這也是為什麼拍攝的時候會有一行“拍攝中，請持穩手機”的提示。華為雖然官宣P30系列主攝像頭的ISO可以到409600，但實際上只有Pro可以，P30只能到204800，而且整個系列的主攝至多隻能輸出ISO 6400的RAW，超出6400以後不但無法輸出RAW，快門速度也會自動限制到一個與之匹配的固定速度：409600就只有0。5秒，51200-204800是1/4秒，25600是1/8，12800是1/15秒，這些規格無論在什麼模式下都是自動多幀（ISO 6400以內主攝的專業模式為單幀輸出），而且真實快門比這個要快很多，為什麼這麼說？簡單設定一個ISO 102400，F1。6需要1/5秒才能正常曝光的環境，作為參考的全畫幅相機輸出亮度是這樣：
而ISO 409600，F1。6的P30 Pro如果是嚴格的1/2秒單幀，那意味著亮度會大幅高於上圖（因為此時的理論快門應該只有1/20秒，1/2秒約高出3檔多一點），但事實上只能拍出這樣的效果：
P30 Pro出圖亮度比理論正常曝光值低了2檔左右，所以顯然，真正用於曝光的有效時間不會超過1/80秒，在1/2秒的時間裡它其實是以此速度連續拍攝多張後進行了機內堆疊——而這就是前面所說的“數字遊戲”，華為P30系列在ISO 6400以上時都會固定快門速度，但這並不是它真正用於曝光的快門速度，而是多次曝光+機內處理的時間總集。從技術上來說，N次相同空間取樣疊加後的信噪比為N的平方根倍，所以如果要提升K檔信噪比，理論上就需要堆疊的照片張數就是2的2K次方，事實上包括夜景、長焦、高ISO等等所有的機內多幀都是如此處理，只是強光環境下單次快門的速度非常快，多幀處理的過程幾乎不會被察覺罷了。因為有著較好的效能提升效果，所以對1/1。7英寸這種小底來說，多幀均值疊加很有意義。
而且不難發現，在這種幾乎沒有主光源的弱光環境下，P30 Pro的白平衡並不準確，在相同場景先後拍攝兩張照片的色調可能完全不同，而作為參考系的全畫幅相機則沒有這個問題。除此之外，P30系列在ISO 6400以上時即便專業模式，曝光補償、對焦模式、白平衡等也都均不可調整，說明這塊感測器的原生ISO輸出其實只能到6400，往上都是透過擴充套件ISO+強制機內降噪的方式實現，事實上如果對比單幀拍攝，P30 Pro的ISO 6400 RAW和機內JPEG降噪可能並不會如你想象中那麼厲害，再次設定一個ISO 102400，F1。4也需要1/5秒的極暗環境，但為了看清細節上的差異，所以在畫面右側設定了一顆很小的白光LED來照亮細節：
截圖從左到右分別是P30 Pro ISO 6400的RAW和JPEG、ISO 409600 JPEG多幀、佳能全畫幅ISO 102400的JPEG和RAW。如果你放大或在PC顯示器上觀看，不難發現P30 Pro的ISO 6400 RAW在細節上遠遠不如比它高4檔的全畫幅ISO 102400，JPEG更是多出了許多色塊，ISO 409600已經沒有了什麼高配細節，只剩下了低頻反差。唯一的優勢是因為景深較深（1/1。7英寸+F1。6+物理焦距5。6mm半米左右的對焦距離景深也達到了45cm左右，而F1。6的24mm對焦在半米處時景深只有3。3cm左右），所以對焦難度相對要低很多，事實上全畫幅的拍攝我是在開燈完成對焦後，再切換到手動對焦檔並關燈進行拍攝。
但注意，不同畫幅之間高感光度的對比除了滿足部分人好奇心之外本身沒什麼實際意義，因為極弱光下作為最大噪聲源的散粒噪聲信噪比本來就與感測器面積的平方根成正比，手機就是手機，相機就是相機。此前吵得沸沸揚揚的星空事件其實也真的就是打打嘴仗，因為在晴朗夜晚即便是有著嚴重光害的市區內，P30 Pro設定ISO 400，6秒曝光的情況下就能看到星點：
所以如果是身處奈米比亞，當然會更加容易拍出很不錯的星空作品，只要支援RAW和手動模式，手機拍星空並不是什麼天方夜譚，這並不是華為才能拍的主題。
而P30系列之所以能夠成為“夜視儀”最大的功勞除了相對足夠大的主攝感測器，程控電壓電路設計也相當了得，能把原生ISO推到6400對於小底感測器來說已經很厲害了，畢竟APS-C的佳能M100原生感光度也不過是6400的上限。
從硬體來看，P30系列的主攝其實本身就是為弱光而來，首先是Quad CFA設計，四個覆蓋相同頻段濾鏡的畫素合為一體（也可以理解成把一個畫素切成了四個），所以原生是4000萬畫素，事實上也可以在拍攝設定裡設定成4000萬輸出，這一點跟P20 Pro是一樣的，這個設計的好處是提高空間取樣率，提高摩爾紋的產生頻率，並且可以從畫素內做曝光長短幀HDR（雖然做得並不算太好），所以相對原生1000萬，它是能夠提升細節的，而細節恰恰是弱光下最缺乏的內容點。
而第二個改進就是RGGB變RYYB，這個討論得很多了，簡單來說對於弱光環境來說，RYYB增大了長波段的透過率，而真正的夜視儀本身就是長波段的紅外成像儀，所以RYYB從原理上自然可以增強弱光下訊號值。結合多幀技術，拿到這兩臺P30的這幾天我幾乎逢黑就拍，以前總是怕黑，現在是生怕它不夠黑……效果也確實是不負眾望的強悍，“暗夜之眼”實至名歸。
這裡可以插一句：有朋友問我，為什麼相機不做這些設計？事實上相機早有做過，早在CCD時代柯達就嘗試過補色濾鏡組合來提升弱光效能，多幀更是早在多年前就出現在了卡片機上，現在的索尼、賓得、奧林巴斯甚至哈蘇也還在用畫素偏移搖搖樂來提升畫質。但隨著手機攝像頭成為影像感測器出貨量的絕對龍頭，面積小、良率高、產能大、迭代快等優勢讓它更適合作為新技術的演武場，所以未來的不少新技術也基本只會先在，甚至只在手機攝像頭上出現。
不過RYYB增強了弱光，代價則是犧牲了日間拍攝的色準，特別是綠色與黃色，其實作為新濾鏡陣列的第一代，P30系列的表現還是很不錯了，在不對比且非極端的情況下比較難以察覺異樣，但一旦對比，哪怕是主攝與廣角、長焦鏡頭的對比都可以說是非常明顯：
都是自動模式，相同場景同時拍攝，兩張照片中第一張是RYYB的主攝，第二張是RGGB的廣角鏡頭，都是日常拍攝，沒有刻意去找差別很大的場景，這樣可以比較準確反饋出大家日常使用的差距：
從RAW效果來看，如果是色調構成簡單的環境，比如綠色為絕對主力，那其實拉一下綠色通道就能找回來，但複雜環境就比較難了，而且比較容易把人臉拍得偏蠟黃甚至發紅，所以目前來看猜色會是P30一個相對比較大的問題，老外的盲測結果也算是一種佐證，不過還是那句話，大多數情況下如果不做攝像頭之間的對比，其實很難察覺這個現象。
說了很多主攝靜態照片方面的特點，現在來補充一下影片，弱光影片最大的限制其實是幀率，如果是30p就意味著快門速度最慢也要1/30秒，而且幾乎不能做多幀，弱光拍攝就只能靠自動ISO來硬懟，所以P30系列的弱光影片效能並沒有照片模式那麼厲害（雖然取景時看上去差不多）。而且影片模式有明顯的視角裁切：
使用廣角鏡頭可以把等效焦距拉到24mm左右，不過裁切其實也可以理解：一方面是可以做電子防抖，另一方面別忘了這可是一塊原生有4000萬畫素的Quad CFA感測器，以1000萬輸出取829萬做4K實際上也相當於用3317萬，也就是8K原始資料取樣，因此P30系列的4K影片素質是比較高的，而在這個基礎上也自然只能做30p。不過它的4K位元速率不高，即便H。264也只有30Mbps左右，這意味著1分鐘左右的影片需要230MB左右的儲存空間，對手機來說是比較適中的設計。
P30 Pro潛望式長焦鏡頭特寫，稍微傾斜角度就能窺見內部稜鏡
接下來說說長焦，潛望式設計實際上OPPO在去年12月底就申請了專利，當時我也曾寫過我的預估，簡單來說這是不破壞機身厚度，也能很好利用機身寬度來製作長焦鏡頭的實用方案，其實手機的變焦概念並不同於相機，手機的變焦是接棒式的多攝混合演算法，而相機鏡頭變焦則是靠移動鏡組來改變主點位置，所以手機的長焦鏡頭從光學上來看依然是定焦鏡頭，這次首發於華為P30 Pro的長焦模組規格是800萬畫素等效135mm F3。4，但事實上即便是官方解讀在135mm及以上是它單獨工作，但輸出的解析度依然是與主攝解析度相同的2736x3648，因此一直有第三方行業人士在質疑這個初代潛望式鏡頭實際上光學焦距只能做到主攝的2~3倍，多出來的部分是疊加軟體演算法的形式實現。
但無論演算法如何，135mm F3。4的規格不算落後，在手機鏡頭裡已經算是相當長的焦段，而作為對比，P30就只有80mm F2。4，在同為5倍，也就是P30 Pro光學，P30數碼的情況下效能差距還挺明顯的：
這也從側面反映出在手機這“芝麻綠豆”般大小的空間裡想做我們傳統攝影觀念裡真正的長焦鏡頭有多麼費勁，潛望式“黑科技”加持下也只做到了135mm，再做大就會遇到光圈、防抖方面的天花板，所以在此基礎上長焦端依然十分依依賴多幀均值疊加來增強數碼長焦的實用性。事實上在日常光線，哪怕是黃昏時不算特別理想的環境下，這顆等效135mm攝像頭的素質還是挺不錯的，如果是光線條件較好的情況下，10倍，也就是270mm的輸出效果用在社交媒體上反正是綽綽有餘。
27mm（1倍）是這樣的：
135mm（5倍）後是這個樣子，沒有問題：
270mm（10倍）後的畫質其實是依舊可用的：
1343mm（50倍）雖然也會輔以多幀，但這時候往往畫面會抖動得讓你懷疑自己是不是得了帕金森，非常難以配準，所以堆疊幾乎起不到什麼作用，在手持的前提下50倍變焦可以粗暴理解為數碼放大，當然如果是架在腳架上，效果會更好一些：
其實這種照片已經全網到處都是了，我也就點到為止吧。前幾天有朋友在評論區聊到了數碼變焦的畫幅裁切，為什麼4000萬畫素主攝不直接做個5倍焦距裁切？N倍焦距就意味著視角，也就是對角線縮減為1/N，只能用到畫幅的1/N^2面積，5倍裁切實際上就是取原始畫幅對角線1/5，即1/25的面積來進行有效取樣，4000萬畫素就只剩下了160萬，而且Quad CFA還要再除以4，只有40萬畫素……所以多攝接棒光學變焦在目前是絕對有意義的設計，絕非數碼變焦可取代。
而且華為P30系列的多攝拼合做得很聰明，即便是調整到長焦鏡頭，但當物距較近（大約50cm以內）的時候它會呼叫主攝裁切來進行拍攝，大家可以自己用手指遮擋鏡頭，一測便知。這樣做的原因是可以在長焦模式下也可以實現近距離對焦，雖然有點取巧的意思，但比只會單純使用長焦鏡頭的方案要更機智。
至於這兩天打嘴仗打得很厲害的拍月亮，有人說P30的月亮是“P上去”的，這個說法有點太小學生了點，即便要質疑，也應該從機器學習的角度入手，比如是不是採用了比較成熟的訓練結果來猜測並補償月亮的細節資訊，這對於月亮這個比較小且輸出精度相對不需要那麼高的目標來說，以華為的實力並沒什麼難度，而且這確實也是手機攝影的一個重要補充方向。除此之外，拍月亮也扯出了大量相機PK手機的話題，我只想說相機，特別是M43及以上畫幅，相對定位更專業的相機其設計目的並不是直接給你成品，嚴格來說它的最佳效果是給你一個可調整範圍很大的半成品，讓你有充分自主的後期空間。而小畫幅相機包括卡片機、手機的設計目的是直出，本身並沒有什麼可比性，手機長焦確有其實用性和趣味性，但目前來看更多還是為營銷服務，所以我也就不放什麼月亮圖來摻和這個口水仗了……
再說一個比較有趣的功能——超級微距。這個功能最開始是出現在Mate20系列上，而P20等老機型透過升級也能實現，P30全系都原生支援，一枚1角錢硬幣在超級微距下最大可以拍出這種效果：
作為對比，全畫幅百微鏡頭1：1放大拍攝效果是這樣的：
所以，P30系列的超級微距模式可以實現接近全畫幅微距鏡頭1：1的效果（雖然準確來說像高/物高的放大倍率遠遠不到1：1）。手機的小畫幅和超短光學焦距先天就更有利於做微距，小畫幅可以較低的放大倍率實現較大的畫幅佔比，比如前面那枚硬幣直徑19mm，1：1放大意味著它在全畫幅感測器上的像也是直徑19mm，但在P30系列的1/1。7英寸上像則僅僅只有4mm，真實放大倍率不過0。21x，但因為這兩個像在各自畫幅下的佔比接近，所以輸出的影象看起來是差不多大小。
而較短的焦距為什麼容易做微距？因為放大倍率m=焦距f/（物距u-焦距f）=（像距v-焦距f）/焦距f，移項後可以得到像距v=（1+放大倍率m）*焦距f，微距攝影從透鏡公式來看無非就是增大像距v，而增大像距意味著鏡組需要向外延伸，這對於設計空間非常有限的手機鏡組來說就非常具體，而根據上面的公式，當放大倍率m變大時如果想要降低像距v的變化，唯一的方法就是降低焦距f，所以較短的焦距就更容易做微距，這一點對手機來說特別重要。
不過事無絕對，超廣角雖然方便做微距，但也有物距u=（1+1/m）*f，焦距越短，相同放大倍率的物距也更近，有微距拍攝經驗的都知道貼太緊其實並不算好事，所以相機端的1：1放大微距鏡頭主要還是在60mm、90mm、100mm甚至180mm，目的就是不驚擾一些敏感的拍攝物件，比如昆蟲，而且也更易於布光。而放到手機上，P30系列在超級微距模式下可以用等效16mm的超廣角鏡頭進行拍攝，不過對焦距離不會有變化，所以它的放大倍率其實並不會比主攝高，主攝也提供了3倍數碼變焦功能，可以進一步放大一些細節，但實際上也就跟我們拿到一張1：1放大倍率照片後手動放大一個意思。
P30 Pro和P30廣角鏡頭特寫
說到了P30系列的廣角，這可以說是它做得不那麼好的鏡頭之一，可能也正因如此所以華為沒怎麼講它。邊緣區域的像散、彗差結合倍率色差相當明顯（注意下圖左上角），而且存在一定程度的畸變，可以作為一種視角上的補充，但綜合素質明顯不如主攝與長焦：
最後說說RAW的調整空間，雖然在手機上聊RAW有點傻乎乎的感覺，畢竟手機講求的是直出，但既然P30系列提供了RAW，那就來看看它的感測器效能究竟如何，先看樣張：
等效27mm的主攝RAW有非常明顯的暗角，當然可以通過後期手段補償，但會比較明顯增加暗部噪聲，這意味著它的動態範圍其實很一般，作為一個很多時候都要靠多幀處理的方案，單幀效能並不是華為主要考量的物件（這麼小的底確實也很難翻出什麼浪花來），所以這個部分也就看看就行，點到為止吧。
不知不覺竟寫了這麼多，雖然華為P30系列尚且存在一些小毛病，但瑕不掩瑜，並不妨礙它拿下最佳拍照手機的名號，也從很多方面給出了未來手機攝影的走向，無愧國產之光的美名！至於這P30和P30 Pro該怎麼選，如果你不太在意長焦，也希望主攝顏色更正，那我建議選P30，而如果你對望遠鏡比較感興趣，那P30 Pro是更好的選擇，除此之外兩者在相機方面的使用體驗是很接近的。
