苹果不是第一个搞双摄像头的,当双摄像头的iPhone 7 Plus发布时,即刻被寄予很高的期待。双摄像头目前来说还不成熟,消费者和业界都期待有超级实力玩家入场,大家也很期待苹果能玩出什么花来。经过一段实际使用,我们可以尝试探讨探讨iPhone 7 Plus的内部机制。
非对称双摄像头
双摄像头的类型大致分为对称型和非对称型设计。iPhone 7 Plus显然属于非对称型设计,两个镜头参数并不一致,一枚等效焦距28毫米,光圈F1.8;一枚等效焦距56毫米,光圈F2.8。类似的设计是LG G5,不过G5使用了一颗超广角镜头实现的非对称。
非对称设计会带来一些设计上的障碍,例如两颗摄像头体积不能相差太大,这样的约束几乎无法回避。所以iPhone 7 Plus的56毫米镜头只能把光圈做小点,为了提高等效焦距,感光器尺寸也得妥协,比28毫米镜头的光圈要小,这是肯定的。即便这样,56毫米镜头还舍弃了光学防抖机构,这样才能将两者做到体积相当。
56毫米是精妙之选
无法做到无损变焦,一直是手机摄像头的痛点,也是卡片相机唯一的优势了。双摄像头的出现,提供了一种不算完美的方案。iPhone 提供了28毫米和56毫米两个焦距,在这两个焦距上可以做到画质最佳化。28毫米焦距可以应付风景,56毫米可以更好的拍摄小品、人像类,应用场景得到扩展。提供两个焦距不能称为光学变焦,但降低了用户对光学变焦的需求。LG G5 也提供了9毫米和28毫米两个焦段,但9毫米太不常用了,对于一般用户来说,56毫米更为实用好用,它可以用来拍人拍湘菜川菜粤菜卤菜淮扬菜。
苹果官方称可以10 倍变焦,这是指的数字变焦,因为有了双焦距的支持,可模拟的数字变焦范围变得更大。
不对称中的对称设计
两个镜头参数差距甚大,一个有光学防抖一个没有,这将导致两个摄像头在弱光环境下的表现不一致,差距太大会导致体验明显差异,LG G5就出现了类似问题,超广角画质差太多。苹果是不是有解决方案?
这几张样张,均是在56毫米焦距下拍摄。请仔细看,EXIF信息中记录的焦距信息并不一样,有两张是记录为28毫米镜头拍摄,但等效焦距为63毫米,另外两张记录为56毫米镜头拍摄。这是为什么?
这是合成的结果。iPhone从5s起引入数字防抖系统,这是一种基于多帧技术的防抖技术,而从iPhone 6 Plus起,又加入了光学防抖系统,结合以前得数字防抖形成了一种极其有效的混合防抖机制。那么,iPhone 7 Plus的两颗镜头,对应的防抖系统是不一样的,一个是光学数字的混合防抖,一个是数字防抖,加上焦距光圈都不一样,两颗镜头对环境光的强弱反应会完全不一样。简单说,28毫米镜头可以适应暗得多的环境。重点要来了。
当光线弱到56毫米镜头需要启用安全快门时,28毫米镜头会被启用,实现双摄像头同时采样。结果是两枚镜头合成出来的,这种情况下,EXIF会记录镜头信息为“iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 3.99mm f/1.8”,即28毫米镜头。那么等效焦距63毫米又是什么鬼?
我们制造了一个弱光环境,用于重现激活条件,重复试验很顺利的完成,使用56毫米镜头拍摄确实会被记录成28毫米的,而等效焦距则变成了63毫米,这个应该是个无所谓的bug。
再来探讨一下采样机制。
焦距相差一倍,56毫米的影像相当于28毫米中央部分的区域,这个区域相当于全部画面的1/4。这个1/4区域就是28毫米镜头的采样区域。它对应的像素是总像素1200万的1/4,即300万。但别忘了,28毫米镜头的光圈大,通光量是56毫米镜头2.4倍,意味着28毫米镜头可以在保证画质的情况下更快速的采样,以更频繁的采样实现总采样量接近,有点类似于部分Android手机的“高画质模式”,用“过采样”来实现画质提升。这也多少弥补了56毫米镜头没有光学防抖的短板。
这种双重采样机制,将28毫米镜头裁切成56毫米,这样实现了焦距的对称,是不对称中的对称设计。
有限制的虚化
iPhone 7 Plus的人像模式,即模拟焦外虚化的模式,开启模式后,屏幕下方会显示“景深效果”的字样,它能实时渲染虚化效果,这得益于A10 Fusion内置强大的图像处理器,按照官方的说法是“图像信号处理器会进行超过 1000 亿次运算”,这在以前是不可想象的。
这种模式也被提示为有限度的使用。它的使用距离是33厘米到250厘米之间,超出范围即会提示。它也需要足够的光线才能工作。而虚化模式被称为人像,这也是在提醒用户它适合拍摄的题材。这在样的限制下,模拟虚化的功能可以实现一定的实用性。
为什么需要作出如此多的限制,苹果就差说一句“只适合拍大头照”,这是有原因的。
双摄像头在模拟虚化功能上,起到的作用是利用相差来剥离主体,两枚摄像头其实是不够的。它只能提供一个大致的轮廓,理论上是摄像头越多,可利用的相差就越多,是几何级的增加,这时得到的轮廓才会更加精准。也正因为这种不准确性,使得模拟虚化的功能并不是应用于所有参加的拍摄,而人像却比较合适,一个是人头的轮廓相对简单,剥离起来相对容易,二是利用一些辅助技术可以帮助获得相对精准的轮廓。
现在的软件越来越聪明,使用自动化的抠像功能也会有不错的结果。如果这种自动抠像算法用于模拟虚化功能中,对提升轮廓的精准度是有帮助的。
这里有四组对比,可以看到,人像的轮廓边缘就算不那么精准,对观感的影响并没有多大。其中有一组失败的例子,可以看到抠像算法确实存在,但在这里起到副作用了。
再次引用此图,iPhone 7 Plus在人像模式下使用的是56毫米焦距,此时56毫米镜头是主镜头,而28毫米镜头通过局域采样,获得和56毫米一样的视野,提供剥离主体所必须的相差。但也只有这个功能,并不提供画质补偿,所以人像模式下的成像会相对差一些。
选择56毫米作为人像模式焦距,确实是聪明之选,传统摄影中,50-150毫米都是适合用于人像拍摄的,这个焦段这个题材,对虚化的需求最大,实际上人文拍摄风景拍摄对虚化需求都不大。此外,使用56毫米焦距,也更有利于获得较小的视差,对获取相对精准的主体轮廓有利。
总结
相比之前的任意一款双摄像头机型,iPhone 7 Plus确实做到了不一样,它除了提供了56毫米焦距,这是一个常用的焦距,即便不考虑模拟虚化的功能,这个镜头的增加也让拍摄题材获得了更好的扩充。模拟虚化功能也做了有益的尝试并根据实际情况做了合理的限制,指导用户正确的使用而不是滥用。算法方面也比起竞品有一定的优势,可以看到,iPhone 7 Plus的虚化虽然不完美,但在轮廓的精准度方面,比之前机型都要优秀一些。在中小尺寸的图样下,已经做得到难露破绽。技术加取巧,让iPhone 7 Plus的双摄像头体验有了实用化方向的进步。
注:由于资料匮乏,本文很多文字基于推测和分析,不一定正确,如果你是普通读者,权当聊资;如果你是果粉,想必你的信仰已获充值;如果你是竞品开发者,相信此文对你们也是有意义的。