為什麼手機拍不出人眼在夜間能看見的東西？技術上的難度在哪？

12-18

不好意思一開始把問題里的「手機」看成了「相機」，以至於有點答非所問。特此修正下答案。
-------------------------------------------------------------------------
首先，手機相機，也是一種相機，我們先從一般相機的角度看看人眼和相機的區別。

人眼看得到但是相機拍不出，那直接原因就是人眼看到的那些東西太暗，進入相機的光線太少，不在相機感應範圍內。那目標就是提高亮度了。決定亮度的因素有：ISO、快門、光圈。
ISO和光圈是直接受到相機硬體限制的，而快門你可以任意延長，以獲得足夠曝光，快門在這裡顯然沒有討論意義。我們就說ISO和光圈吧。

ISO
人眼的感光度到底是多少呢?我們首先認為人眼的最低感光度是ISO 25。為什麼是ISO 25?因為這是目前在用的膠片中的最低感光度。以ISO 25為基礎，人眼對最暗和最亮光線的敏感度相差600倍，因此眼睛的最高感光度約為ISO 15000。而如果以數碼相機的起點ISO 100為基礎，則人眼的最高感光度約為ISO 60000。所以基本上是傲視目前絕大多數相機了，
另外，視網膜有兩種細胞（而相機的像素只有一種）：視錐細胞和視桿細胞。兩種細胞的感光度完全不一樣：

視椎的空間解析度高，直視條件下，視野中心落在中央凹上。這樣強光條件有利，弱光條件反倒不利。
視桿細胞對暗光敏感，故光敏感度較高，但分辨能力差，在弱光下只能看到物體粗略的輪廓

說通俗點就是一個用來感應亮部的，另一個用來感應暗部的。大腦把這兩種細胞感覺到的光線進行HDR合成。最終得到我們看到的圖像。
人類每個眼球的視網膜內約有600萬~700萬的視錐細胞、1.2億個視桿細胞。這巨大的數量差註定了我們肉眼的夜視能力比較強且畫質較好。

光圈
硬算的話，人眼的光圈並不大。我們可以通過一個簡單的計算得到光圈值，只需要知道人眼的焦距和「光圈」的物理尺寸即可。維基百科對這一問題是這樣說明的：

　　「計算人眼的光圈值涉及到物理孔徑和焦距。瞳孔的最大孔徑可以達到6-7mm，這可以視為最大物理孔徑。
　　「在極亮的光照下，人眼的光圈值大概是f/8.3，在黑暗中，則可以達到f/2.1。不過目前關於最大光圈的結論仍存在爭議，因為這一結果僅以出射光來考慮焦距問題。如果以入射光(我們真實看到的光線)來衡量，人眼的焦距會更長一些，因此最大光圈值變為f/3.2。」

關於光圈說法各種不一，不過最大的說法也就f1.6，所以眼睛的夜視能力和光圈無關。

第一部分總結
目前頂級相機+鏡頭在夜間是可以拍出人眼一樣的亮度的（先不說畫質）。佳能1D X和尼康D4的最高ISO達到了204800，遠遠超過人眼的「ISO」；定焦鏡頭的光圈也是勝過人眼好幾段。
但是目前中端相機和鏡頭無論在ISO和光圈上都不如人眼，尤其ISO。

-------------------------------------------------------------------------
比較完了一般相機和人眼，我們再來比較一般相機和手機相機。

ISO
數碼相機的ISO是通過調整感光器件的靈敏度或者合併感光點來實現的，也就是說是通過提升感光器件的光線敏感度或者合併幾個相鄰的感光點來達到提升ISO的目的。感光器件都有一個反應能力，這個反應能力是固定不變的，提升數碼相機的ISO是通過兩種方式實現的：　　1、強行提高每個象素點的亮度和對比度；（可以理解為後期提亮）
　　2、使用多個象素點共同完成原來只要一個象素點來完成的任務。
由此可見，數碼相機提升ISO以後對畫質的損失是很大的，尤其感光器件面積較小時，提升ISO簡直就是要命。手機因為體型限制，感光晶元的自然做不大。拿著名的Nokia Pure View 808來說吧。808這個擁有41MP指標的怪獸，CMOS大小為1/1.2inch，也緊緊是接近了Nikon CX畫幅的1inch（nikon的單電），不過這已經相當不得了了。但他的最高ISO是1600……1600啥水平呢……佳能6年前的400d水平……繼續其他各種還在10MP以下的手機相機，感光晶元自然更小了。

光圈
前面說了人眼的最大光圈在2-3之間，這指標不高，實現並不難。Iphone4s和nokia 808都是光圈2.4了。可以說基本和人眼一樣了。

第一部分總結
手機相機的「鏡頭」問題不大。主要還是敗在了感光晶元上
-------------------------------------------------------------------------
最終總結
首先目前一般相機就達不到人眼的感光範圍，外加手機因為體型、成本、技術的限制，就更加不可能達到人眼的效果了。
手機的體型我覺得是不可能做很大的，鏡頭安置位置也是個問題，所以手機的感光晶元在未來要擴大也比較困難，這個角度的話或許提高感光點密度是個好方法？不過好像像素點太密的話會因為光學的衍射性質畫質降低……里這個界限點有多遠我沒研究……也不在此研究了。

唯一的技術問題就是所謂『感光度』或者『靈敏度』問題。但是這裡我要對金釗立的觀點進行補充。

人眼在夜間大致相當於一個像素過億，感光度過萬的相機。為什麼這裡要提到像素，因為像素與感光度嚴格說來也有關係。

一億六千萬像素，如果我們把每四個像素合併成一個，變成四千萬像素，那麼由於四個像素點參與感光，其靈敏度是原先的四倍，也就是說，同樣的參數指標下，一億六千萬像素，ISO一萬的相機，感光能力相當於四千萬像素，ISO四萬的相機。

如果把上述相機再次合併像素點，每八個點合併為一個，則相當於五百萬像素，ISO三十二萬的相機。

現在手機的像素通常為 500 萬像素，要達到人眼的像素過億，感光度過萬，需要具有 ISO 三十二萬的感光度。——而且更重要的是，成像水平在這個感光度下必須沒有損失。

現有相機，雖然部分能夠達到數十萬的感光度，但那往往是以損失信噪比，損失解析度為代價的，但如果損失了解析度，按照我上面的說法，相當於感光度仍然損失了。

因而，手機無法夜視，純粹是因為，人類沒有發明/發現出感光靈敏度達到人眼水平的器件。

「世界上所有的工程問題都可以歸結為甲方不肯給錢」引用知乎上一句話

其實除此之外還要補充一點：就是寬容度。人眼有超級強的寬容度，遠超現在的膠片和感光元件，通俗的話講：自帶HDR（高動態範圍）。具體說就是相機拍一個明暗反差巨大的東西（比如藍天上的白雲和樹蔭下的你）往往只能兼顧一邊，要麼人黑得看不到要麼天白成一片，但是人眼卻可以既把兩者都看得亮度適中。

人眼像素經過仔細論證，（別看視網膜細胞那麼多）大約等效於一台50毫米焦距，光圈F4-F32可變，400萬像素——是的，只有400萬像素，感光度ISO50-ISO6400，快門1/24的不停連續拍攝的相機。
——這是硬體，這個硬體很一般，但手機的感光度目前還需要進一步提高。
但大腦這個軟體太牛逼了……它能做非常多的優化工作，比如自動完型、人臉識別的能力，以至於讓你覺得眼睛這個器官很牛逼。

「因為，你沒用過lumia925。」

吐槽一下而已，相關技術原因，金釗立前面答的很到位了。
我要補充的是，現在的一些手機，已經可以在暗光一定程度上拍攝媲美人眼了。
之前用過一段時間lumia925，其暗光拍攝堪稱驚艷！其光圈較大（F2.0），而且鏡頭具備光學防抖，可在手持條件下更長曝光，夜拍相當給力，可以說，肉眼能看見的那一點點亮度，它都能拍下來。
直接上圖：