华为 P70 也要用，15EV 高动态范围传感器真的这么香？

动态范围，近期手机发布会上常常听到的一个名词，尤其是荣耀 Magic6 至臻版 /RSR 保时捷设计发布会上，荣耀强调手机采用了首发 LOFIC 技术定制传感器 H9800，达到 15EV 超高动态范围，堪比索尼旗舰相机 A7S3。跟相机比个高低已是手机发布会常态，动态范围这参数重要么，荣耀 15EV 这个数字又有没有水分呢？
动态范围（Dynamic Range）即图像传感器所能捕捉并显示出的图像最大明暗范围，很多人把它与胶片时代的宽容度理念作比较，但现在都 2024 年，直接把动态范围等同宽容度即可。在手机、相机、电影机上衡量动态范围常用单位是 EV、Stops，每增加 1EV 或 1Stops，图像光比增加一倍，8EV 代表能够显示 256：1 光比（二八次方比一），15EV 增加到 32768：1，为了方便理解，大家可以直接把 EV 等同于 Stops。动态范围测试卡很显然，动态范围数值越高，越能捕捉大光比场景中的细节，在十多年前相机评测中已经加入了动态范围专项测试，比如说著名评测机构 Dxomark 就是以 Color Depth、Dynamic Range、Low-Light ISO 三项指标来衡量画质的高低，在单反时代佳能也因为动态范围得分低于尼康、索尼，一直被指综合画质不如后面二者。
在 Dxomark 测试数据库中，我们能看到许多相机、手机的测试数据，包括荣耀对比对象索尼 A7S3，不过在 Dxomark 的测试中 A7S3 最大动态只有 13.91EV，比荣耀给出的 15EV 足足低了一档有多。如果我们继续翻翻 A7S3 测试数据，会发现在 CineD（原 cinema5D）视频动态范围测试中，A7S3 在 ISA12800 SLOG3 UHD 25p 设置下，动态范围数值甚至可以达到 15.5EV，视频下比静态照片还 " 高 "。相信看到这里大家会对 A7S3 动态范围感到疑惑，这相机动态范围到底是多少，动态范围测试是有猫腻么，荣耀所示 15EV 动态范围是瞎编的么？其实细节在魔鬼当中，动态范围不仅要捕捉还涉及显示，其中噪点（Noise，对应中文是噪声，但是习惯称为噪点）的多少直接影响到显示效果，CineD 在制定测试标准时曾表示，电影机动态范围没有一个行业标准，因此在制定测量方式时参考了针对数码相机噪声测量标准 ISO-15739：2003，而且给出了基于 Patch range、1.0（Low）、0.5（Medium）、0.25（Med-High）、0.5（High）多个不同信噪比的动态范围值，其中 Patch range 相当于极限值，0.5（Medium）算是动态范围与信噪比的平衡点，知名电影机制造商 ARRI 标称动态范围时大概就是以这个值作为标准的。看到这里，相信大家都猜测到荣耀的 15EV 是如何达到的——取极限值。也许大家会觉得去极限值意义不大，尤其是玩相机的朋友，知道相机动态范围拉到极限值下，噪点简直多到起飞，画面难以接受，但是 AI 计算智能时代，大家要改变一下想法。
在智能手机中，提升动态范围最显著的方法是 HDR 拍摄，短时间内拍摄多张不同曝光量的照片，然后合成一张高动态范围照片。但是 HDR 拍摄问题很多，容易出现蜡像感、画质变差，破坏光比、照片显得很不自然，限制了连拍能力，难以拍摄高速运动的物体，照片非所见即所得，等等。HDR 导致运动物体模糊而采用高动态范围图像传感器后，即可解决上述问题，与此同时会引入一个新问题——噪点太厉害，手机在使用 1 英寸传感器后堪比砖头，难以继续增大传感器面积去减少噪点，这时正是 AI 降噪发挥作用的使用。下图分别是 Magic6 至臻版 RAW 原图（DNG）、调整曝光但不降噪的 RAW、调整曝光同时进行传统降噪的 RAW、调整曝光同时进行 AI 降噪的 RAW 对应的转 JPG 格式照片。
RAW 原图（DNG），下为 100% 裁切调整曝光但不降噪的 RAW，下为 100% 裁切调整曝光同时进行传统降噪的 RAW，下为 100% 裁切调整曝光同时进行 AI 降噪的 RAW，下为 100% 裁切得益于高动态范围，我们能够很轻易地保留高光细节的同时调亮暗部细节，但是画面中噪点非常严重，观感非常差。如果此时采用传统降噪方法，在减少噪点同时会降低画面清晰度，而且对饱和度毫无帮助，手表看起来像是黑白一样。再改用了 Lightroom 的 AI 降噪后，噪点大幅度减少，清晰度更好，饱和度有了质的提升——能够看到表盘反光带来的彩色纹理。
显而易见 AI 降噪是能够明显提升高品质传感器的画质的，另一方面，手机硬件也做好了准备。相较于相机，手机分辨率、色深更低，在 Lightroom 进行 AI 降噪时明显大幅度少于相机照片耗时，可见所需算力更低，这对于智能手机无疑是一件好事。在硬件部分针对 AI 降噪优化后，AI 降噪照片能做到即拍即有。
而在传感器方面，去年索尼除了推出 1/0.98 英寸的 LYT900 外，还推出了 LYT800 传感器，它基于双层晶体管像素结构，把负责光电转换的光电二极管与控制信号的像素晶体管分离到不同硅片上，位于第一层硅片的光电二极管得以占据原像素晶体管空间，扩大面积，能够将更多光子转换成电子，画质自然有提升，高感也更好。而第二层硅片放置了除了像素晶体管之外的像素晶体管（包含复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管），能够实现更强的 ADC，用以提升画质，按照索尼官方说法，LYT800 是 " 采用 1/1.43 英寸规格的高端型号，拥有接近 1 英寸传感器的高画质输出 "。
荣耀 Magic6 至臻版所用 H9800 同样是一块 " 小传感器 "（1/1.3 英寸），但是使用 LOFIC 技术，像素边上放了一个高密度电容，用来收纳因为饱和而溢出的电子，其结构有点像是园林设计中常见的多层水池，在小水池（像素）的水（电子）溢出后会自动流入的大水桶（高密度电容），有效提升了满阱电子容纳能力 FWC（Full well capacity），进而提供动态范围。照荣耀官方数据，H9800 传感器的 FWC 电子容量由 30K 左右提升至 9 倍的 270K/Pixel，动态范围提升了 3 档以上，达到 15EV。据说华为 P70 也会使用基于 LOFIC 技术豪威传感器，但估计规格会与 H9800 不同。结语AI 抠图，AI P 路人，这是一些已经出现在智能手机上的 AI 应用。但是在图像传感器技术革新的当下，AI 功能更该应用在底层算法中，以释放传感器画质潜力人，让单帧拍摄变得更强，让手机实现高画质的机关枪式连拍。