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12 个问答彻底解密iphone 7PLus双镜头工作原

Apple 甫上市的iPhone 7 Plus在拍照功能上受到不少讨论,最引人注目的无非是其搭载的两颗主镜头,可别提供一倍标准视角与二倍的光学变焦,但事实上,这两颗镜头的运作并不像我们所想象的那样简单,苹果还有更多事情没有告诉我们......

从发表会前的诸多猜测到正式发表,iPhone 7 Plus毫不意外的搭载了众所瞩目的双镜头,在发表会上苹果告诉我们,iPhone 7 Plus具备的双镜头皆具备1,200万画素,第一颗镜头为标准的iPhone镜头,光圈更大来到f/1.8 ,同时采用全新的6片镜片组,具备光学防手震,还有四色LED提供更真实的补光效果。

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▲ 在发表会的规格之外,苹果还有很多没有说。 图为iPhone 7的主镜头。

到目前为止,这是第一颗镜头的叙述,这颗镜头与iPhone 7所搭载的主镜头是相同的,不过正如大家所知,iPhone 7 Plus多了第二颗镜头,这颗镜头可以提供2倍的光学变焦倍率,可以提供更远的视野,并且支持数字变焦至10倍,反之没有双镜头的 iPhone 7仅可提供最多5倍的数字变焦。

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▲ 苹果的官方说法是,第二颗镜头可以提供2x的望远倍率。

但苹果没有告诉你......

不过,关于双镜头运作的详细机制,苹果并没有告诉我们,以下我们将透过Q&A方式,来帮助大家更了解iPhone 7 Plus双镜头的原理。

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▲ iPhone 7 Plus的双镜头配置,左边是一倍的主镜头,右边是二倍光学变焦镜头。

Q1:第二颗镜头的实体焦距真的是两倍吗?

A否;一如往例,苹果不会在各种规格上多所著墨,除了提供f/1.8的光圈数值之外,对于两颗镜头的焦距等数值苹果官方都不会再多加标示,根据推测,第一颗镜头是等效焦距28mm,第二颗则是等效56mm,不过从EXIF信息看来, 第一颗镜头的实体焦距是4mm,焦长转换率是7x,因此等效焦距是28mm,但第二颗镜头的实体焦距并不是第一颗镜头的两倍(8mm),而是6.6mm。

那么,为何第二颗镜头仍可提供2倍的变焦倍率呢? 如果要达到两倍的等效焦距视野,焦长转换率将是56mm/6.6mm = 8.485x,焦长转换率比第一颗镜头还要大,这代表什么呢? 这意味着两颗镜头背后的感光组件不一样大,且第二颗的感光组件尺寸较小。 因此可以证明:第二颗镜头感光组件较小,且实体焦距并未达到第一颗镜头的两倍。

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除了感光组件较小之外,从EXIF信息以及苹果官方的数据也可看出第二颗镜头的光圈较小,为f/2.8。 而且苹果没告诉我们的是,第二颗镜头并未搭载光学防手震(Optical image Stabilization)。

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▲ 第二颗镜头确实可以提供2倍的变焦倍率,但焦距并不是第一颗镜头的两倍。

Q2:光圈较小,感光组件较小,这会有什么影响?

A画质可能会有影响(低光环境下);第二颗镜头光圈数值为f/2.8,比起第一颗主镜头的f/1.8大约少了1.3 EV,也就是说进光量大约比第一颗镜头少了接近1.3倍,且感光组件较小, 这也意味着第二颗镜头在噪声与画质表现上可能会比第一颗要差一些。 当然这是一般通则下的推论,实际状况仍需视软件上的调校。6.jpg

▲ 一般来说来说望远镜头镜片大多较大,但这在iPhone 7 Plus上并非如此

,原因在往后的篇幅我们会再说明。

Q3   :那么,望远的那颗镜头可以拍摄更浅的景深吗?

A需视拍摄状况,景深并不一定较浅景深三要素是:实体焦距、光圈大小、被摄物距离。 实体焦距越长,景深越浅,光圈越大,景深越浅,被摄物距离越近,景深也会越浅。 假设由这三点来套用iPhone 7 plus的两颗镜头,并且将被摄物距离(拍摄距离)固定:

第一颗镜头:焦距4mm光圈f/1.8

第二颗镜头:焦距6.6mm光圈f/2.8

注意到了吗?

第二颗镜头虽然是望远焦距,但光圈较小,浅景深的表现并不一定会比第一颗镜头更好,如果把被摄物距离计入,两颗镜头在「同样构图」下,用第一颗镜头拍摄距离更近,比起第二颗镜头更可能取得更浅的景深。 结论是第二颗镜头在浅景深的营造上,并不如我们想象的有优势。 但在年底前,苹果官方将会释出2x镜头的「景深效果」更新,利用仿真运算虚拟出媲美单眼相机的景深效果,透过这项功能也会改善2x镜头的浅景深表现。

不过,为何要用「实体焦距」的4mm而不是用「等效焦距」的28mm来计算呢? 因为实体焦距关乎到真正的光学表现,等效焦距则会依据感光组件大小,而有不同的裁切倍率,因此在光学的计算上,只能套用实体焦距来计算。

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   ▲ 使用一倍的主镜头在拍摄距离近的状况下仍可营造浅景深。 

(iPhone 7 Plus拍摄)

Q4 :这样,第二颗镜头的优势在哪呢?

A 户外拍摄远景较佳更小的光圈、更小的感光组件、没有光学防手震...... 那么第二颗镜头的优势在哪? 与没有双镜头的iPhone 7相比,iPhone 7 Plus第二颗镜头可以提供2x光学变焦,且数字变焦长达10x。 不过在实测上,第二颗镜头在望远程还是有画质优势的。

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我们站在同一个位置,用1x的主镜头与2x的第二颗镜头分别拍摄一次,再撷取至相同尺寸的原图,可以看到第二颗镜头比第一颗镜头放大两倍的画质还要好上许多。

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当知道了iPhone 7 Plus双镜头的特性之后,接下来我们来讨论更进一步的问题。 先说结论:

双镜头,并不是你切到2x就一定会运作在iPhone 7 Plus操作接口上,有一个1x、2x按钮,当按下后相机就会切到二倍变焦,而如果用转盘的话则可提供最远至10x的数字变焦。 但事实上当你按下2x按钮后,iPhone 7 Plus并不一定会用第二颗镜头拍摄。

如果你手边有一支iPhone 7 Plus,试试用手指把第二颗镜头(靠近闪光灯那颗)遮住,对30cm以内的物体取景,然后切换至2x拍摄看看,手机一样可以拍摄对吧? 但你明明遮住了第二颗镜头不是吗? 这时候你所拍摄下的照片,并不是第二颗2x镜头所拍摄的,而是利用第一颗镜头拍摄再处理后所呈现的。

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   ▲ 如同发表会上所说的,iPhone 7 Plus拍照接口有个1x/2x变焦钮可切换,

但按下它并不一定真的是「光学变焦」。

Q5 :什么状况下按下2x时,才真正是用第二颗镜头拍摄呢?

A 主要有两个条件限制;根据我们的实测以及与友站相机编辑的讨论后,这第二颗镜头要启动需要一定的条件:

光源要充足

距离要够远

透过上述简单的遮镜头法实测,iPhone 7 Plus需要足够远的距离,拍摄距离在大约在50~100cm以上才会启动第二颗镜头。 除了距离要够远,光源要充足更是第一条件,在昏暗的环境下无论多远都不会启动第二颗镜头。

Q6 :那么,在第二颗镜头没有启动时,我按下2x钮所拍下的到底是什么?

A 是第一颗镜头补差运算的结果;现在我们知道2x二倍光学变焦的第二颗镜头并不是时时刻刻都会运作,而是有条件启动,但我们在用iPhone 7 Plus拍照时,却是每次都可以按下2x取景,这又是为什么呢? 实际上在这种状况下都只有用第一颗镜头在拍摄,再经过二倍的数字变焦处理,让你以为这是2x

变焦的效果。

也就是说,如果距离拍摄物50cm以内,或是环境太昏暗的状况下,这时候按下2x拍摄所得的照片,其实都只是第一颗镜头经过二倍数字变焦处理的结果,并不是真正的光学变焦。

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▲ 距离拍摄物体50cm以内,这时候拍摄的照片都不是真正的光学变焦。

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   ▲ 同样按下2X变焦拍摄,但EXIF信息却显示仍然是第一颗镜头

(4mm f/1.8)所拍摄。

Q7 :为什么要这样设计呢?

A 有很多原因,我们尝试做了一些非官方的解释:

苹果官方并没有明言在特定条件下切换2x其实是数字变焦,我们也无法得知这样设计的原因是什么。 有一些可能的原因是我们所推测的:

第二颗镜头有最近对焦距离的限制。

第二颗镜头光圈较小,在昏暗环境下进光量较小,影响较明显。

第二颗镜头感光组件较小,在昏暗环境下噪声可能较多。

第二颗镜头没有支持光学防手震,在昏暗状况下可能造成影像晃动。

关于较小的f/2.8光圈、较小的感光组件这两点,我们已在前面的篇幅中提到,这些条件确实可能在昏暗环境下让影像质量更差,不过防手震这点也是影响因素之一。 实测观察EXIF信息可以知道,使用第一颗镜头时快门速度最慢可至1/15s,但使用第二颗镜头拍摄时快门速度大多被限制在1/60s,少数状况下会降低至1/30s,这是因为没有防手震,需要更快的快门速度来避免影像模糊所致。

我们来推算一下以下用两颗镜头的两种状况,感光组件所获得的进光量会差距多少:

光圈f/1.8,快门速度1/15s(第一颗镜头拍摄)

光圈f/2.8,快门速度1/30s(第二颗镜头拍摄)

f/1.8 与f/2.8差距约1.3EV的曝光量,1/15s比起1/30s,快门速度差距一倍,加起来又是差一倍的曝光量,因此两颗镜头在快门极限的环境下,进光量最多可能差距约2.3 EV之多,也就是说在昏暗状况下, 用第一颗镜头可获取的进光量大约是第二颗镜头的2.3倍左右,加上第二颗镜头的感光组件较小,种种因素考虑进去,就不难理解为何「在昏暗状况下只会用第一颗镜头拍摄」的原因了。

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       ▲ 在同一拍摄位置下使用两颗镜头拍出来的照片,经常会有色调与白平衡上的差异。

Q8 :所以我该怎么知道我切2x时,它真的有在用第二颗镜头拍照?

A 遮镜头或是EXIF信息判别除了确保距离够远(50~100cm以上),光源够充足之外,最简单的方式就是靠遮镜头来实时判定了,或是拍摄之后可以用软件检视EXIF信息,第一颗镜头焦距是4mm,第二颗镜头焦距是 6.6mm,以此分别。

Q9 :这样说来,第一颗镜头的2x变焦(没有用第二颗镜头)拍摄出来的照片堪用吗?

A 差补运算其实做的不差针对这项疑问最好的解法就是实拍测试了,我们用iPhone 7 Plus在近距离使用第一颗镜头拍摄原始的1x一倍与2x二倍变焦,而这个2x变焦是数字运算的结果,看看它跟1x 一倍原始照片放大两倍的差距有多少。

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裁切原图来比较看看:

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实测的结果是,虽然近距离状况下2x是数字变焦,但画质有经过锐化演算,效果还是明显较好一些。 只能说苹果在iPhone 7 Plus身上加上了第二颗镜头的限制一定有其道理,如果在光源不足状况下切2x就老实的用第二颗镜头拍照的话,画质应该会比第一颗镜头数字放大2倍还要差吧。

Q10 :录像时的状况也一样吗?

A 是没错,录像时第二颗镜头仍然受限于前面提到的两项条件:拍摄距离与环境光源,需要条件足够才会开启第二颗镜头。

Q11 :这样说来,双镜头中的第二颗2x二倍变焦镜似乎没想象中好用?

A 仍有其用途;虽然第二颗镜头并没办法在低光源状态下提供更好的拍摄效果,也不一定能拍出更浅景深的照片,但第二颗镜头在光源充足时,带来的画质表现仍然是难以取代的,在前面的实拍测试中已可证实这点。

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        ▲ 这张照片是经过确认、确实使用2x二倍镜头所拍摄的,从未修图的实拍照

来看其实还不错。

Q12 :那么切换变焦滑杆至2x以上倍率的话,它是用第一颗镜头还是第二颗镜头拍摄呢?

A 条件与前述相同iPhone 7 Plus除了有2x变焦倍率可点选之外,按住不放也可拖曳变焦滑杆到10x变焦倍率,2x以上的变焦倍率依然受限于前面提到的两项限制:一是光源亮度,二是拍摄距离。 也就是说如果在环境光源不够或近距离拍摄的状况下切换到2x以上倍率,拍摄出的照片依然是使用第一颗镜头做出的数字变焦效果。

换句话说,在光源充足、距离够远的条件下,2x以上的倍率才会是由第二颗镜头拍摄,否则都是由第一颗镜头数字变焦得来,即使是拉到10x变焦也是如此。

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        ▲ 虽然在任何状况下都可以拉动变焦杆来取得倍率更高的照片,但第二颗镜头

仍然是有条件运作的。

结论:双镜头的运作比你所想的还要复杂其实在测试过程中,我们与友站的相机编辑还发现了这组双镜头的其他特点,第一颗镜头除了负责在阴暗环境下Cover第二颗镜头之外,也负责了主要的测光、拍摄距离估算等功能,若没有了第一颗镜头,第二颗镜头也是无法独立运作的。

如同前述所提,第二颗镜头光圈较小、感光组件较小、也没有防手震配置,这样的设计逻辑可能不是最好的解法,但在操作上却比较直觉的,如果单在手机上看照片,很难察觉哪些2x变焦照片是用第一颗镜头拍摄的。 但这对撰写评测的笔者来说却是很困扰的一件事,因为你经常会弄不清楚2x变焦照片到底是数字还是光学变焦,拍完照还要进软件来看照片是第一颗镜头还是第二颗镜头所拍摄的。

真要说起来,第二颗镜头比较像是辅助的角色,它提供更远的视野,在白天户外的状况下确实能提供更望远的视野与更好的画质(与第一颗镜头拉2x比起来),但它缺乏独立运作的能力,也无法取代第一颗镜头。 在室内等光源较暗的环境下,第一颗主镜头会肩负主要的拍摄角色。

我们的建议是......

对于想要拍摄浅景深的人来说,「拉近距离切2x来拍摄」可能不是最好的解法,想要「用第二颗镜头在近距离拍浅景深」的人也可以省省了,因为近距离拍摄的结果都只会用到第一颗镜头,第二颗镜头真正的强项在于望远的画质,而非浅景深,如果想要拍出散景够美的照片,用第一颗镜头足矣,或是iPhone用户们也可期待苹果将在年底前推出的「人像背景虚化功能」。

纠结在它是用第一颗镜头还是第二颗镜头拍摄是很麻烦的一件事,因此,我们的建议反而是「拍照时别想太多」,拍就对了。 简单来说,第二颗镜头虽然不如我们所想的如此好用,但一如苹果的风格,它配置在手机上可能是种比较「平衡」的方式,实际操作上切换到2x倍率时都带给用户很平顺的感受。 不过大家在看相关的iPhone 7 Plus评测文章时也不妨想想,这些变焦后的测试照片真的是第二颗镜头所拍摄的吗? 如果是距离够近,50cm距离内的照片,那它有非常大的机率是用第一颗主镜头所拍摄的。

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        ▲ iFixit已拆解iPhone 7 Plus,第二颗2x镜头的模块比主镜头要来的小上一些。 (Source:iFixit)

来看看别家的双镜头双镜头配置在近几年并不少见,例如LG G5、华为P9/P9 Plus皆是,其中LG G5是采用超广角与一般广角的两种搭配,华为P9则是额外搭载一颗徕卡Leica黑白镜头,因此iPhone 7 Plus 的配置虽然概念不算新颖,但采用一倍标准与二倍望远的配置也是首见,未来也许会看到其他品牌在双镜头上更多的应用(致敬)出现。

虽然苹果的双镜头在使用上并不如笔者一开始所想,一按下切换就是切到第二颗镜头,但写在最后,笔者也希望有这么一台手机能够实现这样的规格:广角端等效 24mm f/1.8,望远程等效50mm f/1.8,两者皆支持OIS光学防手震,最近对焦距离皆可到10cm 。 如果能够做到这种规格那想必是非常完美了,不知道届时iPhone 8有没有机会呢?

(本文来自智能显示)

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