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手机摄像头的变焦拍摄是如何实现的呢? 

2022-04-28  来源:相机笔记


在2022年的今天,几乎所有的智能手机都拥有两个以上的摄像头,部分手机甚至还宣传说可以实现50倍或100倍以上变焦的变焦拍摄。那么手机变焦摄影的实际情况究竟是是怎样的呢?
 

手机镜头的变焦

 
目前市面上在售的可以实现“变焦”拍摄的智能手机,大多采取的是多个定焦镜头相切换的方法,并不能像数码照相机一样进行平滑连续的变焦。
 
数码相机的拍摄是1个传感器对应多个定焦或变焦镜头,手机上则是1个镜头对应1个传感器。切换视角时,不仅镜头规格有所改变,传感器的尺寸、像素通常也不一样。所以,手机上的多个摄像头,可以称之为广角相机、超广角相机、长焦相机。
 

曾经有少数手机具有真正意义上的变焦镜头,比如华硕ZenFone 3 Zoom、三星Galaxy S4 Zoom。索尼Xperia 1 III/5 III上的长焦镜头可在70mm F2.3和105mm F2.8两种规格上进行切换,但也不是连续变焦。

 

变焦倍数与焦距

 
目前在售的所有手机,都将等效焦距在23-35mm的广角镜头作为1x焦距(x = 倍)。然后超广角是是0.5x、0.6x,中长焦则是2x、3x……这样带来两个问题:
① 因为主摄焦距并不相同,所以不同型号手机上的0.5x、3x、5x在视角上并不相同。
② 在宣传和用户理解上容易产生歧义。例如当我说一款手机具有10倍变焦时,可以理解为它有1个相当于主摄焦距10倍的长焦距镜头,也可以理解为从长焦到超广角总共有10倍变焦。
 
所以,与其关心镜头是几倍几倍,不如看看等效焦距到底是多少。
 
最后,目前手机上焦距最长的望远镜头等效焦距为240mm,相当于主摄的约10x变焦。20x、30x、50x、100x都是通过数码变焦或类似图像处理方法得到的。
 
 
 

中间焦距


手机上的多个摄像头都是定焦,那么中间焦距是如何实现的呢?
 
传统方法是数码变焦。例如,一款手机具有0.6x、1x、3x三个相机。选择0.7-0.9x时,手机使用0.6x相机拍摄并进行数码变焦(裁切画面中心后将图片放大)。选择1.1-2.9x时,手机使用1x相机拍摄并进行数码变焦。这就会产生一个结果:2.9x时的画质远不如3.0x。
 
注意:2.9x画质不如3x的前提是这款手机确实具备3x长焦相机,并且拍摄时确实启用了这个相机 —— 有些手机的拍照界面虽然设计了2x、3x图标,但它其实没有对应的相机;有些时候虽然手机具有长焦相机,但会因为拍摄距离近、环境光线暗等原因切换到广角相机拍摄。如果都是用同一个镜头进行数码变焦,那么2.9x和3x的画质并不会有明显差别。
 
事实上,新一代手机通常都具备“融合变焦”特性。还是上面的例子,使用2.9x拍摄时,1x相机和3x相机都会工作:3x相机拍摄的画面作为图像中心,1x相机拍摄的画面作为图像边缘。算法到位且不仔细查看拼接位置的话,2.9x和3x的画质就不会有明显差别了。
 
* 华为P30 Pro是最先采用“融合变焦”技术的手机。下面是用5X相机和1X相机融合输出3X变焦画面的示例图,来自DXOMARK对P30 Pro的评测文章。
 
 
 

例外的情况

 
通常我们认为拍照界面上放置的0.5x、1x、3x、5x代表了一个对应镜头。但在实际情况中:
 
一些没有长焦相机的手机也会在拍照界面上放置2x、3x等图标。
 
一些手机宣称的长焦拍摄能力包含有画面裁切(即没有用满长焦相机的传感器)。
 
一些手机的广角相机虽然是23mm,但拍摄界面上的1x设置为27mm(即没有用满广角相机的传感器)。
 
一些手机的超广角镜头实际上有近似鱼眼的视角和畸变(只有在选择鱼眼模式式才会用满超广角相机的传感器)。
 

小结


有些摄影师在踩点时和预拍摄时,希望尽可能使用“光学变焦”达到最好的画质。但因为有“融合变焦”和“例外情况”,在手机上追求没有数码变焦和图像裁切其实并不容易。
 
归根结底,手机摄影更多还是追求一个快捷、方便、拍到。没必要为这一点的画质差别而把拍摄体验变累了。
 



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