原标题:三星 Galaxy S21 Ultra 5G 主摄画质评测报告
影像系统是智能手机永恒的话题,对于现代智能手机,尤其是对于旗舰手机来说,影像系统的水准很大程度上决定了这款手机的话题度、关注度,甚至是销量。对于消费者来说,一款手机的影像系统到底好不好,最简明清晰的方式就是打个分,分高就是好;对于数码爱好者和极客来说,分数背后的本质也是值得研究的。
而CamEx要做的,就是对智能手机影像系统打个分,并讲述分数背后的故事。
Galaxy S21 Ultra 5G,韩国电子巨头三星于2021年2月发布的最新智能手机,巨大的屏幕、庞大的相机模组、万元人民币的价格,这是一台严格意义上的旗舰手机,这样一台旗舰手机的影像系统究竟表现如何,我们一起来探究。
绝大多数情况下,用户会优先使用主摄像头来进行照片拍摄或视频录制,本次评测会专注于三星Galaxy S21 Ultra 5G主摄的画质表现。
按照惯例,先上结论:三星Galaxy S21 Ultra 5G作为一部旗舰手机,其影像系统主摄部分的表现符合预期,其中曝光、色彩以及自动对焦表现都非常优秀,视频防抖表现也十分出色。相比之下,清晰度和噪声表现较为平庸,照片伪像表现差强人意,HDR视频整体表现不及预期。
硬件配置
- SoC:高通骁龙888芯片组
- 内存:16G
- 主摄规格
- 分辨率:1.08亿像素
- 传感器尺寸:1/1.33英寸
- 像元尺寸:0.8微米
- 等效焦距:24毫米
- 视场角:83°
- 镜头光圈:f/1.8
- 光学防抖(OIS)
- 相位对焦(PDAF)
- 激光对焦
- 分辨率:1.08亿像素
- 传感器尺寸:1/1.33英寸
- 像元尺寸:0.8微米
- 等效焦距:24毫米
- 视场角:83°
- 镜头光圈:f/1.8
- 光学防抖(OIS)
- 相位对焦(PDAF)
- 激光对焦
高性能处理器、大内存、大底CMOS,手机影像“硬件三要素”均已就位,在堆料方面三星向来是不遗余力。
主摄画质总分数:100

三星Galaxy S21 Ultra 5G主摄的画质总分数是100分,这是一个优秀的分数,当你购买这样一台手机用于拍照或录像时,它大概率不会让你失望。
照片分数:97

照片分数是97分,具体到子项上,三星Galaxy S21 Ultra 5G在曝光、色彩和自动对焦方面都有令人印象深刻的表现,这3个子项的表现决定了画面的第一观感,反映到现实情况就是:当你拿起这样一台手机随手拍照时,大概率会产出一张高质量、值得分享的照片。清晰度和噪声的表现在水准之上,虽然没有前3个子项那么突出,也达到了旗舰手机应有的水准,反映到现实的情况是:这样一台手机拍摄的照片经得起放大细看,作为个人电脑桌面背景也没问题。伪像表现,相比之下就没那么优秀了,这也是现代计算摄影的阿喀琉斯之踵,随着越来越多的图像处理算法入场,如何在尽可能体现算法收益的同时严格限制算法副作用,将是手机厂商和图像算法厂商近几年的重点研究课题。
视频分数:102

视频分数是102分,和照片类似。三星Galaxy S21 Ultra 5G在曝光、色彩和自动对焦方面表现出色,在清晰度和噪声方面也有不俗的表现;视频伪像方面,三星Galaxy S21 Ultra 5G表现良好,这主要是因为视频图像算法的数量和种类通常比照片更少,因此产生的伪像也会少一些;良好的防抖是动态摄影的基础前提,三星Galaxy S21 Ultra 5G在防抖方面的表现十分优秀,大部分情况下手持拍摄就可以产出画面稳定的视频。
HDR视频分数:101
HDR视频,自从2020年苹果iPhone 12系列支持HDR视频录制以来,HDR视频的热度快速上升。与HDR拍照不同,HDR视频并不是通过包围曝光来实现动态范围的提升,而是通过记录更宽的亮度范围、更广的色彩空间以及更细致的层次划分来展现更逼真震撼的画面。作为旗舰手机,三星从Galaxy S10系列开始支持HDR视频录制,比苹果iPhone 12系列还要早一年半。
HDR视频分数是101分,比视频分数低1分,其实有点出乎意料。理论上来说,HDR视频在曝光、色彩方面都应该比常规视频更有优势,而更好的曝光通常也会带来观感清晰度的提升。但现实情况是:三星Galaxy S21 Ultra 5G录制的HDR视频虽然有着醒目的对比度、湛蓝的天、翠绿的植物和锐利的线条,但是也有着明显的短板,比如橙色的人脸、蓝色的地面、明显的噪声以及严重的伪像。简单地对常规视频进行HDR改造并不能实现很好的效果,或许这也是为什么三星始终不愿意将HDR视频录制功能从实验室模块中移到相机主界面上。
照片分数详解——曝光:91
曝光分数是91分,这是一个十分优秀的分数,无论顺光还是逆光甚至是暗光,三星Galaxy S21 Ultra 5G都能产出曝光良好的照片。
在顺光场景下产出曝光良好的照片对大部分中高端手机来说都不是难事,真正的挑战往往是在高动态场景、逆光场景以及暗光场景,这也是旗舰手机的曝光主战场。
如下图所示,三星Galaxy S21 Ultra 5G在户外高动态人物场景下表现良好,无论是背景天空还是阴影人物,亮度控制都十分到位,整体曝光表现无可指摘。

即便是在暗光环境下,三星Galaxy S21 Ultra 5G的曝光表现依旧令人称赞,无论是暗部的提亮还是高亮的压制都做得很好,照片整体曝光表现超越人眼,夜晚拿出手机随手拍,也可以得到值得收藏分享的美图。

这个世界没有完美,三星Galaxy S21 Ultra 5G的曝光表现也不是无懈可击,偶尔也会有平庸的表现:如下图所示,发光玩偶出现了过曝,曝光方面仍然存在提升空间。

除了单张照片的曝光表现之外,相机的曝光一致性表现也同样值得关注。总体来看,三星Galaxy S21 Ultra 5G的曝光一致性表现还是很不错的,绝大多数场景下,连续拍摄多张照片也不会出现曝光跳变;当然,当样本足够多的时候,小概率事件总会发生。
下图是连续拍摄的两张照片,两张照片的曝光不一致,黄色广告灯的曝光跳变尤为明显(见下图红色箭头所指处)。

照片分数详解——色彩:89
色彩分数是89分,表现出色。准确的白平衡,良好讨喜的色彩还原,三星在色彩方面的造诣值得称赞。精准的色彩还原从来不是摄影的最终追求,好看且合理的颜色往往会得到广大消费者的喜爱。蓝天、绿植、黄皮肤,三星Galaxy S21 Ultra 5G对记忆色的表达十分准确,照片中的其他景物的颜色也大多令人愉悦。
北京的天并不总是蓝色,但这不妨碍大家对于蓝天的向往,人类的渴望其实从来没有变过:在蓝天上翱翔,在绿草地上奔跑;对于美好事物的向往推动着科技步步前行。

在色彩丰富的场景下,三星Galaxy S21 Ultra 5G的色彩表现没有让人失望,鲜艳的巧克力包装盒极易引起消费者的购买欲,也许和真实颜色有所区别,但好看即正义。

相机传感器的彩色滤光片和人眼的色彩感知系统存在差异,这意味着即使是最顶级的相机配上最优异的色彩还原方案,也不能保证在任何情况下都不出现色彩错误;细致且刁钻的评测往往能找出这些错误。
蓝色的广告牌也许还能让人勉强接受,但白墙变红显然是与常识不相符的,三星Galaxy S21 Ultra 5G的色彩之路还没有走到尽头。

色彩一致性:很多时候色彩跳变会和曝光跳变一同出现;在高动态场景下连续拍摄同一场景时,用户每按一次快门,相机便会进行一次HDR合成,合成策略的轻微波动就可能会导致曝光跳变和色彩跳变。
下图是连续拍摄的两张照片,两张照片的天空色彩不一致(见下图红框处)。

照片分数详解——自动对焦:97
自动对焦分数是97分,这是一个高分,这个分数也是对三星Galaxy S21 Ultra 5G的自动对焦表现的肯定。消费者对自动对焦的要求是又快又准,三种对焦模式(相位对焦、激光对焦、反差对焦)加上精细的调试,三星Galaxy S21 Ultra 5G的自动对焦表现不会辜负消费者的期望。
在绝大部分场景下,三星Galaxy S21 Ultra 5G的自动对焦表现堪称惊艳——兼具速度与准确性;但优秀与卓越的区别往往就在剩余的一小撮场景里,从本次评测的结果来看,三星Galaxy S21 Ultra 5G的自动对焦表现还有进步空间。
下图的室内场景对于自动对焦来说算不上挑战——既不是逆光场景也不是暗光场景,这一次三星Galaxy S21 Ultra 5G没能过关。

照片分数详解——清晰度:78
清晰度分数是78分,这个分数算不上顶尖,但也不差。大底CMOS对于噪声控制有很大的帮助,而噪声与清晰度往往是成对出现,良好的噪声表现意味着低强度的降噪,而低强度的降噪也确保了细节不会被完全涂抹掉。
对于旗舰手机来说,在光照良好的场景下拍出细节丰富的照片从来都不是难事,作为旗舰手机的三星Galaxy S21 Ultra 5G自然也不会例外。
人物的轮廓、面部的纹理,这是一张典型意义上的高清照片。

来到室内光线没那么充足的环境,三星Galaxy S21 Ultra 5G在清晰度方面依旧保持了高水准,无论是水果表面的纹理还是尾部的根,细节清晰可见。

相比于户外场景和室内场景,三星Galaxy S21 Ultra 5G在暗光场景下的清晰度表现就没那么优秀了。模糊的线条、被涂抹掉的窗帘和墙壁,如何提升暗光清晰度是相机工业永恒的话题,大底CMOS只是第一步。

照片分数详解——噪声:79
噪声分数是79分,与清晰度分数类似,这是一个水准之上的分数,但仍有不小的提升空间。清晰度-噪声的平衡很大程度上决定了照片的最终画质表现,暴力降噪或者完全不降噪显然都是不可取的。三星Galaxy S21 Ultra 5G在清晰度-噪声的平衡上做得很不错,这也体现在最终的分数上。
美好的事物应当大家一起分享,而纯净的美图也值得我们去细细品味:绿植、蓝天、长椅,一切都是那么干净清爽,没有噪声的世界仿佛更加精彩了。

鲜衣怒马少年时,一日看尽长安花。三星Galaxy S21 Ultra 5G在保持了良好的清晰度的同时,最大程度地限制了噪声,让照片经得起放大细看,1/1.33英寸大底CMOS功不可没。

暗光环境下,旗舰手机通常会选择将画面亮度提升上来,再辅以适当强度的降噪,来尽可能产出一张观感良好的照片。对于常规的夜景来说,这样的策略往往是奏效的,但在极暗光环境下,手机相机硬件的局限就显现出来了:三星Galaxy S21 Ultra 5G的CMOS尺寸达到了1/1.33英寸,输出1200万像素的照片时,单像元尺寸达到了2.4微米,在手机相机传感器中,这是绝对意义上的大底,但和像元尺寸动辄4、5微米的专业相机比起来,三星Galaxy S21 Ultra 5G的底不算大;优秀的降噪算法能在一定程度上弥补手机相机硬件的不足,但无法从根本上解决问题。
暗光环境下,三星Galaxy S21 Ultra 5G的选择依旧是尽可能地保持合理的清晰度-噪声平衡,从结果来看,这是一张可用的照片,但绝不是一张好照片:整个画面偏绿,暗部被高强度噪声覆盖。

照片分数详解——伪像:59
伪像分数是59分,这个分数只能说是差强人意。三星Galaxy S21 Ultra 5G拥有顶级的相机硬件和出色的图像处理算法,不过就伪像表现而言,三星Galaxy S21 Ultra 5G还有许多需要改进和调整的地方。
鬼像,对于折射式镜头来说,这是一个难以根治的伪像:再完美的镀膜也无法让镜片表面的反射率降为0,这意味着拍摄场景中的高亮度物体发出的光线在镜头内部经过多次不可控的反射后,最终仍有可能打在传感器有效区域内,就形成了鬼像(见下图红框处);尽管鬼像无法通过硬件设计来彻底消除,但优秀的镜头光学设计配上合适的图像处理算法可以在一定程度上缓解这一问题。

透视变形,将三维的物体成像在二维的传感器上,信息丢失的同时往往会伴随着透视变形的出现:画面中心的球在照片里是圆形的,而画面边角的球在照片里可能就会变成椭圆形。一般来说,相机视场角越大,透视变形问题也越严重,因此透视变形的主战场往往在超广角而非主摄。
除了人脸以外,大部分物体的变形并不会导致照片观感严重下滑,所以有些图像处理算法会针对边角人脸单独进行调整,尽可能地减小人脸的变形,同时牺牲一部分人脸附近的背景画质(类似于瘦腿算法导致柱子弯曲的情况)。从下图的表现来看,三星Galaxy S21 Ultra 5G主摄没有对边角人脸透视变形做校正处理。

重影,顾名思义,物体在照片中呈现出现多个像。重影的成因是多帧堆叠算法,无论是多帧降噪算法、HDR算法还是超级夜景算法,都需要采集多张图片并进行图片堆叠处理,场景中的运动物体在多张图片处于不同的位置,如果不加处理直接进行图片堆叠,就会导致重影。通常的解决方法是对运动物体进行检测,运动物体区域不进行图片堆叠(仅对非运动物体区域进行图片堆叠),当然这个方法也不完美,但可以一定程度上缓解重影问题。

合成伪像,多帧合成给照片画质带来了很大的收益,但多帧合成的副作用同样不容忽视。无论是重影还是合成伪像,都是图像处理算法不得不面对的问题,简单粗暴堆算法的时代已经过去了,饱含匠心的精雕细琢才是光明大道。

彩斑,大面积的彩色斑块;在噪声较高的情况下,多帧降噪和单帧降噪通常会一同披挂上阵,而大面积的降噪涂抹往往会把彩噪变成彩斑,噪声确实变低了,但画质未必更好。彩斑和彩噪类似,在平坦区域比较容易观测到,比如下图白墙上的红绿彩斑。

彩色斑点,尽管名字和彩斑类似,但两者的成因截然不同:彩色斑点通常出现在画面里高频高对比度区域,其成因是去马赛克算法;去马赛克算法的本质是插值,也就是在不知道真值的情况下,通过周围像素的值和画面的空间特征来进行猜测,既然是猜测,就有可能猜错,其中的一种错误就是彩色斑点。

视频分数详解——曝光:91
曝光分数是91分,恰巧和照片曝光分数一致。某种意义上来说,视频其实就是连续播放的照片,因此用户对两者的曝光需求是类似的:良好的静态曝光+稳定的动态曝光。具体到视频曝光,就是良好的单帧曝光+一致的动态曝光+顺滑的曝光收敛,三星Galaxy S21 Ultra 5G在这三个子维度的表现都很优秀。
天气和心情息息相关,而晴天大概是最适合外出拍摄的天气了,大晴天极高的光比对于相机曝光来说是不小的挑战,从下图来看,三星Galaxy S21 Ultra 5G挑战成功。

如下图所示,三星Galaxy S21 Ultra 5G在地下车库场景的曝光表现良好:画面亮度适中,整体对比度合适,画面中的物体层次分明。

相比于照片曝光,视频的帧率限制带来了一些先天的缺陷:无法进行长曝光,也无法进行包围曝光,因此很多时候,视频曝光在面对高动态场景的时候束手无策;尽管有些高端图像传感器有原生双ISO加持,但往往还是无法彻底解决问题。
下图是一个典型的室内高动态场景,窗外景物的亮度远远高于室内,三星Galaxy S21 Ultra 5G在这个场景下的曝光表现还是令人有些失望的。

视频分数详解——色彩:92
色彩分数是92分,简单来说,三星Galaxy S21 Ultra 5G的视频颜色准确且讨喜:无论是单帧色彩,还是色彩一致性,抑或是色彩收敛,三星Galaxy S21 Ultra 5G均有上佳表现。
蓝天、绿植、黄土地,所有事物都是应有的样子,色彩准确。

对于人物场景来说,人脸的画质表现永远是重中之重,自然的肤色可以极大地提升画面的观感。关于肤色一直有很多争论,黑白黄,各有所爱;如何在保留原有肤色的基础上,尽可能地让皮肤呈现更加好看的颜色,这是科学家和艺术家不变的追求。夜景下复杂的灯光和极高的光比给相机的色彩表达带来了很大的挑战,三星的旗舰手机在肤色方面历来表现优秀,三星Galaxy S21 Ultra 5G也不例外。

冷光区偏蓝、暖光区偏黄,很多相机都无法很好地处理混合色温场景。从下图来看,三星Galaxy S21 Ultra 5G处理得不算好,但也在平均水准之上。

视频分数详解——自动对焦:98
自动对焦分数是98分,典型的高分。优秀的视频对焦表现就是让你感觉不到自动对焦的存在,在绝大多数场景下,三星Galaxy S21 Ultra 5G的自动对焦表现都无可挑剔,但小概率事件同样不容忽视。
这是一个中距离景物场景,在录像的过程中出现了对焦位置前后切换的情况(镜头拉风箱),此时画面出现了轻微的失焦。

视频分数详解——清晰度:76
清晰度分数是76分,这意味着大部分场景下三星Galaxy S21 Ultra 5G都可以输出清晰锐利的视频画面,但在特定场景下偶尔也会表现平庸。
如下图所示,视频画面整体十分清晰,无论是招牌上的文字,还是墙壁上的纹路,都清晰可见。

人物摄影中,人脸通常会在画面中占据较大的区域,如果人脸不清晰,用户很容易注意到,因此人物摄影对自动对焦和清晰度均有较高的要求。如下图所示,视频中人物的发丝清晰、面部细节丰富;同时得益于大底CMOS,前景与后景有一个较好的分离效果,进一步突出了人物主体。

即便是有长曝光和多帧算法加持的拍照也难以很好地驾驭极暗光场景,对于录像而言,在极暗光环境下产出平衡可用的视频也许是更务实的做法:如下图所示,视频的清晰度和噪声都难以令人满意,三星Galaxy S21 Ultra 5G能做的也仅仅是尽可能地维持清晰度-噪声的平衡。

视频分数详解——噪声:73
噪声分数是73分,三星Galaxy S21 Ultra 5G在户外和室内场景的噪声表现都很不错,但暗光场景的噪声表现仍需进一步改善。
大纵深场景是许多摄影师的最爱。放眼望去,仿佛可以看到时间的尽头;只要没有跳动的噪声,一切都是那么的安逸、美好。

人们对于鲜花总是有说不完道不尽的喜爱,而三星Galaxy S21 Ultra 5G能做的,就是帮用户拂去鲜花表面斑驳的噪点。

平心而论,三星Galaxy S21 Ultra 5G在清晰度-噪声的平衡方面做得还是很出色的,即便是在暗光环境下,也不至于产出完全不可用的视频(完全不降噪或者不顾清晰度暴力降噪),但考虑到三星Galaxy S21 Ultra 5G主摄使用的的大底CMOS,我们有理由抱更高的期待。
如下图所示,视频暗部噪声较高,相比于照片,视频跳动的噪声更容易引起用户的注意,带来的观看体验也更差。

视频分数详解——伪像:75
伪像分数是75分,这是一个不错的分数。相比于照片,视频还需要额外关注动态伪像,事实上动态伪像也的确比静态伪像更恼人。
频闪,指的是视频播放过程中画面整体或局部亮度闪烁,成因是相机曝光时间与光源频率不匹配,导致每一帧的亮度不一致。旗舰手机通常针对全局频闪(整个画面由单一频率的光源来照明)会有对应的解决措施(添加频率探测传感器或去闪烁算法),但这些措施往往无法很好地处理局部频闪(画面中存在不同频率的光源),导致的结果就是频闪问题(见下图红框处)仍没有被彻底解决。

帧间清晰度不一致,简单来说就是视频画面一会清晰一会模糊。其成因是相机的光学防抖不够好,导致运动过程中有时采集到稳定的画面、有时则采集到模糊的画面。暗光环境下,由于曝光时间更长,帧间清晰度不一致的问题通常会更突出,对整体视频观感的劣化也更严重。

此外,本次评测过程中还出现了果冻效应(画面像果冻一样来回晃动,线条有时直、有时弯)、画面卡顿、视频卡住等动态伪像,三星Galaxy S21 Ultra 5G的伪像控制水准还有不小的改进空间。
视频分数详解——防抖:96
防抖分数是96分,非常高的分数。无论是静止录制还是行走录制,三星Galaxy S21 Ultra 5G的视频画面都极为稳定,光学防抖和电子防抖的配合十分到位。为了测试三星Galaxy S21 Ultra 5G的极限防抖表现,本次评测增加了奔跑录制测试,在这一环节,三星Galaxy S21 Ultra 5G表现较为平庸,视频画面出现了剧烈的抖动。综合来看,三星Galaxy S21 Ultra 5G的视频防抖表现很出色,但还无法和运动相机的防抖效果相比。
总结
三星Galaxy S21 Ultra 5G作为一部旗舰手机,其影像系统主摄部分的表现符合预期,具体优缺点如下:
优点
- 曝光和色彩表现都非常优秀,画面第一观感良好
- 自动对焦快速且精准,成片率高
- 视频防抖出色,画面稳定,具备一定的运动录制能力
- 考虑到1/1.33英寸大底CMOS,清晰度和噪声表现较为平庸
- 照片伪像偏多,部分伪像无需放大即可注意到,影响观感
- HDR视频整体表现不及预期,仍需精调
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