iPhone 7 Plus 雙攝像頭機制研究
夏昆岡 于 2016.11.19 09:33:27 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創
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蘋果不是第一個搞雙攝像頭的,當雙攝像頭的iPhone 7 Plus發布時,即刻被寄予很高的期待。雙攝像頭目前來說還不成熟,消費者和業界都期待有超級實力玩家入場,大家也很期待蘋果能玩出什么花來。經過一段實際使用,我們可以嘗試探討探討iPhone 7 Plus的內部機制。

  • 原定于今日發表的《松下 Lumix G 25mm/F1.7 ASPH. 定焦鏡頭拍攝體驗報告》延期到十一月二十二日發表

非對稱雙攝像頭

雙攝像頭的類型大致分為對稱型和非對稱型設計。iPhone 7 Plus顯然屬于非對稱型設計,兩個鏡頭參數并不一致,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。類似的設計是LG G5,不過G5使用了一顆超廣角鏡頭實現的非對稱。

非對稱設計會帶來一些設計上的障礙,例如兩顆攝像頭體積不能相差太大,這樣的約束幾乎無法回避。所以iPhone 7 Plus的56毫米鏡頭只能把光圈做小點,為了提高等效焦距,感光器尺寸也得妥協,比28毫米鏡頭的光圈要小,這是肯定的。即便這樣,56毫米鏡頭還舍棄了光學防抖機構,這樣才能將兩者做到體積相當。

56毫米是精妙之選

無法做到無損變焦,一直是手機攝像頭的痛點,也是卡片相機唯一的優勢了。雙攝像頭的出現,提供了一種不算完美的方案。iPhone 提供了28毫米和56毫米兩個焦距,在這兩個焦距上可以做到畫質最佳化。28毫米焦距可以應付風景,56毫米可以更好的拍攝小品、人像類,應用場景得到擴展。提供兩個焦距不能稱為光學變焦,但降低了用戶對光學變焦的需求。LG G5 也提供了9毫米和28毫米兩個焦段,但9毫米太不常用了,對于一般用戶來說,56毫米更為實用好用,它可以用來拍人拍湘菜川菜粵菜鹵菜淮揚菜。

蘋果官方稱可以10 倍變焦,這是指的數字變焦,因為有了雙焦距的支援,可模擬的數字變焦范圍變得更大。

不對稱中的對稱設計

兩個鏡頭參數差距甚大,一個有光學防抖一個沒有,這將導致兩個攝像頭在弱光環境下的表現不一致,差距太大會導致體驗明顯差異,LG G5就出現了類似問題,超廣角畫質差太多。蘋果是不是有解決方案?

制造商=APPLE;型號=IPHONE 7 PLUS;鏡頭=iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 6.6mm f/2.8;焦距=7毫米;等效焦距=57毫米;光圈=F2.8;測光模式=單點;感光度=ISO320;白平衡=自動;曝光補償=-1.8EV;曝光時間=1/50秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.10.17 17:29:53
制造商=APPLE;型號=IPHONE 7 PLUS;鏡頭=iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 3.99mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=63毫米;光圈=F1.8;測光模式=單點;感光度=ISO64;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/17秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.10.19 13:34:13
制造商=APPLE;型號=IPHONE 7 PLUS;鏡頭=iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 6.6mm f/2.8;焦距=7毫米;等效焦距=57毫米;光圈=F2.8;測光模式=單點;感光度=ISO25;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/50秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.10.26 15:09:45
制造商=APPLE;型號=IPHONE 7 PLUS;鏡頭=iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 3.99mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=63毫米;光圈=F1.8;測光模式=單點;感光度=ISO80;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/17秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.10.19 13:37:23

這幾張樣張,均是在56毫米焦距下拍攝。請仔細看,EXIF資訊中記錄的焦距資訊并不一樣,有兩張是記錄為28毫米鏡頭拍攝,但等效焦距為63毫米,另外兩張記錄為56毫米鏡頭拍攝。這是為什么?

這是合成的結果。iPhone從5s起引入數字防抖系統,這是一種基于多幀技術的防抖技術,而從iPhone 6 Plus起,又加入了光學防抖系統,結合以前得數字防抖形成了一種極其有效的混合防抖機制。那么,iPhone 7 Plus的兩顆鏡頭,對應的防抖系統是不一樣的,一個是光學數字的混合防抖,一個是數字防抖,加上焦距光圈都不一樣,兩顆鏡頭對環境光的強弱反應會完全不一樣。簡單說,28毫米鏡頭可以適應暗得多的環境。重點要來了。

當光線弱到56毫米鏡頭需要啟用安全快門時,28毫米鏡頭會被啟用,實現雙攝像頭同時采樣。結果是兩枚鏡頭合成出來的,這種情況下,EXIF會記錄鏡頭資訊為“iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 3.99mm f/1.8”,即28毫米鏡頭。那么等效焦距63毫米又是什么鬼?

制造商=APPLE;型號=IPHONE 7 PLUS;鏡頭=iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 3.99mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=28毫米;光圈=F1.8;測光模式=模式;感光度=ISO100;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/17秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.11.17 21:46:39
制造商=APPLE;型號=IPHONE 7 PLUS;鏡頭=iPhone 7 Plus back iSight Duo camera 3.99mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=63毫米;光圈=F1.8;測光模式=模式;感光度=ISO80;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/17秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.11.17 21:46:45

我們制造了一個弱光環境,用于重現激活條件,重復試驗很順利的完成,使用56毫米鏡頭拍攝確實會被記錄成28毫米的,而等效焦距則變成了63毫米,這個應該是個無所謂的bug。

再來探討一下采樣機制。

焦距相差一倍,56毫米的影像相當于28毫米中央部分的區域,這個區域相當于全部畫面的1/4。這個1/4區域就是28毫米鏡頭的采樣區域。它對應的畫素是總畫素1200萬的1/4,即300萬。但別忘了,28毫米鏡頭的光圈大,通光量是56毫米鏡頭2.4倍,意味著28毫米鏡頭可以在保證畫質的情況下更快速的采樣,以更頻繁的采樣實現總采樣量接近,有點類似于部分Android手機的“高畫質模式”,用“過采樣”來實現畫質提升。這也多少彌補了56毫米鏡頭沒有光學防抖的短板。

這種雙重采樣機制,將28毫米鏡頭裁切成56毫米,這樣實現了焦距的對稱,是不對稱中的對稱設計。

有限制的虛化

iPhone 7 Plus的人像模式,即模擬焦外虛化的模式,開啟模式后,熒幕下方會顯示“景深效果”的字樣,它能實時渲染虛化效果,這得益于A10 Fusion內置強大的圖像處理器,按照官方的說法是“圖像訊號處理器會進行超過 1000 億次運算”,這在以前是不可想象的。

這種模式也被提示為有限度的使用。它的使用距離是33厘米到250厘米之間,超出范圍即會提示。它也需要足夠的光線才能工作。而虛化模式被稱為人像,這也是在提醒用戶它適合拍攝的題材。這在樣的限制下,模擬虛化的功能可以實現一定的實用性。

為什么需要作出如此多的限制,蘋果就差說一句“只適合拍大頭照”,這是有原因的。

雙攝像頭在模擬虛化功能上,起到的作用是利用相差來剝離主體,兩枚攝像頭其實是不夠的。它只能提供一個大致的輪廓,理論上是攝像頭越多,可利用的相差就越多,是幾何級的增加,這時得到的輪廓才會更加精準。也正因為這種不準確性,使得模擬虛化的功能并不是應用于所有參加的拍攝,而人像卻比較合適,一個是人頭的輪廓相對簡單,剝離起來相對容易,二是利用一些輔助技術可以幫助獲得相對精準的輪廓。

現在的軟體越來越聰明,使用自動化的摳像功能也會有不錯的結果。如果這種自動摳像算法用于模擬虛化功能中,對提升輪廓的精準度是有幫助的。

這里有四組對比,可以看到,人像的輪廓邊緣就算不那么精準,對觀感的影響并沒有多大。其中有一組失敗的例子,可以看到摳像算法確實存在,但在這里起到副作用了。

再次引用此圖,iPhone 7 Plus在人像模式下使用的是56毫米焦距,此時56毫米鏡頭是主鏡頭,而28毫米鏡頭通過局域采樣,獲得和56毫米一樣的視野,提供剝離主體所必須的相差。但也只有這個功能,并不提供畫質補償,所以人像模式下的成像會相對差一些。

選擇56毫米作為人像模式焦距,確實是聰明之選,傳統攝影中,50-150毫米都是適合用于人像拍攝的,這個焦段這個題材,對虛化的需求最大,實際上人文拍攝風景拍攝對虛化需求都不大。此外,使用56毫米焦距,也更有利于獲得較小的視差,對獲取相對精準的主體輪廓有利。

總結

  • 非對稱設計
    56毫米鏡頭實用性強
    28毫米加56毫米的焦距組合可以拍攝更多題材
    通過區域采樣實現對稱設計才能實現的功能
    使用56毫米鏡頭拍攝時,28毫米鏡頭也會采樣,增強畫質
    模擬虛化的功能被限定在人像模式
    人像是最適合模擬虛化的功能的場景
    人像模式能實時渲染虛化,無需腦補,這得益于強大的圖像處理器
    限定條件使得模擬虛化的功能有了更高的成功率
    人像模式下,56毫米鏡頭采樣,而28毫米鏡頭也會區域采樣,提供相差采樣,但成像的主力是56毫米鏡頭

相比之前的任意一款雙攝像頭機型,iPhone 7 Plus確實做到了不一樣,它除了提供了56毫米焦距,這是一個常用的焦距,即便不考慮模擬虛化的功能,這個鏡頭的增加也讓拍攝題材獲得了更好的擴充。模擬虛化功能也做了有益的嘗試并根據實際情況做了合理的限制,指導用戶正確的使用而不是濫用。算法方面也比起競品有一定的優勢,可以看到,iPhone 7 Plus的虛化雖然不完美,但在輪廓的精準度方面,比之前機型都要優秀一些。在中小尺寸的圖樣下,已經做得到難露破綻。技術加取巧,讓iPhone 7 Plus的雙攝像頭體驗有了實用化方向的進步。

注:由于資料匱乏,本文很多文字基于推測和分析,不一定正確,如果你是普通讀者,權當聊資;如果你是果粉,想必你的信仰已獲充值;如果你是競品開發者,相信此文對你們也是有意義的。

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等8出來看評測,7外形無變化
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95
內含htm,系統自動隱藏——詳細閱讀
發表于2016.12.03 10:19:25
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發表于2016.12.02 19:28:14
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發表于2016.12.02 15:09:01
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222.043.***.***
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中國的消費電子產品做的不咋地,哪一家都是,價格放在那里。華為應該反思一下商用產品和技術產品能做好而消費電子全靠吹。不過第一款雙攝手機是5,6年前的HTC EVO 3D,htc的全盛時代。
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發表于2016.11.22 02:54:05
87
這文章看著痛快
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發表于2016.11.21 16:50:25
86
211.143.230.***
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發表于2016.11.21 12:08:13
85
貌似弱光下并不會啟用兩顆攝像頭同時采樣合成照片啊,擋住56mm頭拍出來跟不擋沒差別啊
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發表于2016.11.21 11:57:23
84
根據上下文判斷應該是魯菜,不是鹵菜
發表于2016.11.21 09:37:05
83
雖然這個雙攝像頭的想法也不是蘋果最先弄出來的,但是蘋果總是能做到目前最好。這就是差距……這起碼是一條手機拍照今后發展的方向,大家一起努力吧,我們期待看到更好更給力的拍照手機!
發表于2016.11.21 07:30:32
82
087.153.062.***
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發表于2016.11.21 07:20:09
81
華為傍著徠卡卻交不出滿意答卷,蘋果雖然是后期之輩卻還算有點成果。國內技術人員除了Clone也就只能靠營銷了。華為?不是我看不起它,估計百年以內都只是世界五百強而已。華為缺乏務實精神,重營銷輕研究,能幫公司賺錢的想法留下,富有創意而不賺錢的舍去,簡直不如OV。
夏老師的分析應該能拋磚引玉,個人以為即便“不科學”,但也是挺有意思的。雙攝像頭確實很多玩法,只是會不會玩以及如何玩而已。
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發表于2016.11.21 03:44:58
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1430 為防止廣告機貼垃圾,不得已而為之
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