发布于：2017/10/25 15:56:41 | 346 次阅读
现在智能手机的亮点越来越少，八核，FHD+的全面屏，AMOLED，大容量内存，大家千篇一律。的亮点和变数都在拍照里了。
最强拍照手机之争
上周发布的两款手机被关注最多的焦点就在拍照上了。首先是Google亲儿子Google Pixel 2在DxOMark手机相机评分榜上碾压iPhone 8和Galaxy Note 8，拿下史上总分分：98。紧接着华为Mate 10 Pro则在这个榜单上拿下了总分97分 第二好的成绩。
而在拍照（Photo）方面，华为Mate 10 Pro 超过了Pixel 2的99分，以100分的成绩傲视群雄。
从上图可以看出尽管Mate 10 Pro使用了更大的光圈f/1.6，但由于单Camera的像素没有Pixel 2大，所以在曝光和对比度上差于Pixel 2。而Dual PD的快速对焦比PDAF快，使得Pixel 2在Autofocus上略占上风。只是Mate 10 Pro在去噪，变焦，和景深上下足功夫，最终在拍照的总分上超过了Pixel 2。
黑科技：Dual PD
说到上表中的Bokeh（虚化），Google Pixel 2 还用单摄像头实现了双摄才有的背景虚化功能。这是如何实现的呢？其实Google Pixel 2 的后置摄像头用的类似VIVO X20的前置摄像头，都采用的是Dual PD技术。
普通的Camera sensor每个像素点都是一个RGBG 的Bayer Pattern，而Dual PD 的每个像素点则是在Bayer Pattern的技术上，将每个像素点一分为二（如下图）
使用Dual PD的好处就是，一方面Pixel 较大。一般的12M camera pixel 都为1.12um，最多1.25um，而为了做Dual PD 通常的做法是采用1.4um pixel，当然现在也有了1.28um pixel 的Dual PD sensor。使用大pixel 的好处就是在暗光下相关会更加的好。而另一方面，由于dual PD 每个像素点都跟双Camera一样，分左右图，很容易实现depth map（深度信息），从而实现双Camera的虚化效果。
不过一般双Camera的两个Sensor之间的baseline（间距）都是在10mm左右，Dual PD的间距非常的近，只能对距离在70cm以内的物体产生较为准确的深度信息。Pixel 2 采用了Samsung 1.28um pixel S5K2L9，所以在虚化效果上，会有一定的缺陷。从DXO Mark官网提供的对比照片来看，虽然Pixel 2做到了虚化效果，但此美女背后的柱子出现了明显的虚化不一致，景深距离判断错误的问题。
其实最早采用Dual PD的是Samsung的Galaxy S7。而S7 仅是利用了Dual PD 大像素暗光效果好的功能，以及由于可以测距，从而实现比PDAF更快的快速对焦。并没有利用测距去实现景深效果。
而VIVO的X20 也是利用此技术，在人脸解锁时，通过Dual PD技术，计算人脸的3D信息，从而避免通过照片欺骗相机解锁的问题。
真正的黑科技：PIxel Visual Core
除了能带来更好的拍照体验外，真正让人们眼前一亮的是，Google Pixel 2 手机里居然内置了Google 自行研发PIxel Visual Core，是一颗尚未激活的图像处理和机器学习协处理器。
如上图所示，PIxel Visual Core的是一个八核的IPU（Image Processing Unit 图像处理单元），而每个IPU 都有512算术逻辑单元（ALU）。除了通过用Halide来进行图像处理，用TensorFlow处理机器学习，Google还做了一个编译器，来优化硬件代码，Google使得IPU的功能一场的强大。
不过，Pixel Visual Core现在依然在休眠，要等到Android 8.1推送之后，这款处理器就能用了。之后，Google会第三方开发者开放Pixel Visual Core，开发者也可以通过Android Camera API，让自己的App用上Pixel 2的HDR+（High-Dynamic Range,高动态范围图像）技术。
HDR+技术
当然，Google 刚开始只是开放的是HDR+ 技术。而HDR+技术其实很早以前就有了。使用此技术主要是解决在高亮度差的情况下，对高亮场景不过曝，低亮场景可以清楚显示的问题。最简单的解释就是解决黑人和白人合影的问题。
一般实现HDR有几种实现方式：
1. 普通的HDR，即一帧长曝光，一帧短曝光。长曝光可以让低亮度的图像更加清晰，而短曝光可以避免高亮度的地方过曝。但缺点是因为用了两帧图像合成，若两帧的图像有差异，容易产生鬼影（拖影）。此HDR牺牲帧率，所以不适应用于录像，主要适合拍照。
2. iHDR，即同一帧里不同行，一行长曝光，一行短曝光。好处是可以避免两帧合成产生的鬼影，缺点是会牺牲分辨率。iHDR需要Camera Sensor支持。由于牺牲了分辨率，而录像的分辨率一般远低于拍照，所以此技术主要用于录像。
3. zzHDR，即在同一帧里，长曝光和短曝光的像素点交错出现，像一个z字，所以又叫zzHDR。此技术也需要Camera sensor的支持。目前还没有看到使用的手机。
Google 的 IPU 到底使用哪个技术还不得而知。不过通过提高长短曝光的时间，以及合成的速度，也会让用户体验到更好的HDR效果。Google独立的IPU可以在这块上做很多优化工作。
为什么要采用 PIxel Visual Core？
一般的手机平台，如高通，联发科，展讯，甚至Apple都是在主芯片SoC里集成了图像处理芯片。但这两年我们也看到了很多外置芯片的手机，比如早些年的海思平台，这两年的Samsung Galaxy S系列（S8采用的自己的ISP C3），华硕，VIVO采用了瑞芯微的Pre ISP。通过外置的图像处理芯片，
可以使手机在图像处理上与其他手机产生差异化。比如华硕，VIVO 在暗光下的处理，Google则利用IPU 实现了HDR+。
当然HDR+只是Google先实现的功能，Google今年发布的ARCore就是为了跟Apple的ARkit相抗衡。AR一方面需要强大的CPU，另外一方面则需要更好的图像处理能力，才能使虚拟物体更好的与现实结合在一起。
由于Google没有自己的主控芯片SoC，无法掌控手机主芯片SoC上的图像处理，通过自己研发图像处理单元，则可以避免不同CPU之间的差异化，和性能不足的问题。另外由于图像处理芯片自己研发，则可以更好的跟自己的算法配合，甚至可以避免一些技术外泄的风险。
使用PIxel Visual Core的风险在哪？
Google做此芯片不知道是否会卖给做Android品牌手机客户，但即便不卖，也可以用在自家Pixel 系列的手机上。所以从芯片销量来讲，没有太多风险。而从芯片架构来看，将图像处理芯片独立出来，需要独立的DRAM，所以Pixel Visual Core也继承了一个LPDDR4。从去年到现在，甚至到明年，DRAM的供货都是供小于求的，若起量，是否能拿到足够的DRAM供货，也是Google需要考虑的问题。好在Google的大客户Samsung自己就能生产DRAM，相信Google在这块也会有足够的话语权的。
Google的野心
Google 的 Pixel 2的推出，带给大家眼前一亮的感觉。无论是单摄实现虚化，还是HDR+的功能，都让人看出Google在拍照方面的良苦用心。虽然用Dual PD的Sensor做景深，距离有所限制，但Dual PD去拍照，暗光效果，对焦速度还是很不错的。此举会带到各手机品牌厂商在拍照功能上的微创新。对Camera sensor厂商，独立的ISP公司，拍照相关算法公司来讲，都是利好消息，让各家都会关注这些公司。
而对于Google来讲，除了这次的 Pixel Visual Core，Google 早已推出了专门用于 TensorFlow 深度学习应用的处理器 TPU。据了解，Google 早在 2013 年就开始秘密研发 TPU，并在 2015 年上半年用于自己的数据中心。
当时 Google 的基础设施副总裁 Urs Holze 表示，使用 TPU 代表了 Google 为其人工智能服务设计专用硬件迈出的步，未来 Google 将设计更多系统层面上的硬件。如今来看，Pixel Visual Core 的出现算是印证了这一说法。
从这两年Google的收购来看，Google 从收购Android开始，先后收购Youtube，DeepMind，Motorola，hTC等公司，都可以看出Google希望在智能终端上的发力。
操作系统方面，Android的竞争对手仅剩下Apple的iOS。Apple 推出ARkit，Google自然不会落后的推出ARCore。而在于Apple的竞争中，Google也发现了自己对品牌手机厂商的掌控力度不足，对手机硬件平台掌控力的不足，这些都会影响Google与Apple的竞争。Android平台的手机一直不如Apple手机高端，使得Google只能一直的释放Android操作系统，并不能很直接的向客户收费。
为了对抗Apple，Pixel Visual Core只是Google的步，只是Google为了使Android手机有更多的差异化，新颖的功能。据说Google自己的主芯片SoC 将会在2020年出来。到那个时候才会是Google真正与Apple较量的时候。不过到那个时候，国内的品牌手机厂商会有什么样的牌与Google对抗，才是国内品牌手机厂商需要思考的问题。
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