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[摄影] 手机有双镜头,为什么相机还是单镜头

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 楼主| 发表于 2017-11-26 04:06:51 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2017-11-25 23:55 编辑

猫帅问:为什么手机有双镜头,而相机只有单镜头?答案很简单:相机只需要单镜头。手机由于天然局限,单镜头做不到相机能做到的,所以用双镜头“作假”。没错,手机的双镜头是作假用的。当然,作假效果不错,使得很多人都满意了。只是假的毕竟是假的。

镜头是成像用的,但成像不一定需要镜头。针孔相机就没有镜头,用细小的针孔成像。针孔相机不需要对焦,因此具有无穷大的景深,也不存在光学畸变、色差、色散等问题。但针孔在理论上要求无穷小,边缘无穷圆整光滑。这已经很难做到了。针孔相机最大的问题是成像非常暗淡。只有那么小一个洞透过光来,怎么可能不暗淡呢?既然如此,那就扩大针孔,让更多的光进来,但结果是图像越来越模糊,最后根本不成像了。想想也是,打开窗户,房间里很亮了,但墙上有图像吗?肯定没有,只有一大片光照。


针孔相机形成的图像,景深无穷大,但曝光时间也是巨长


四周有暗角也是针孔相机的特征

要扩大针孔,就需要镜片,一般是玻璃的,也可以用光学塑料或者其他透明物体。中学物理里用水形成透镜,这是一样的道理。镜片就有聚焦问题,还有光学畸变、色差、色散等问题,但毕竟可以在“正常”条件下获得足够的亮度,能够成像了。自然,镜片越大,透光越多,画面越明亮,或者说,可以在越暗的条件下依然正常成像。

在胶卷时代,胶片的感光度有限,镜头是低光条件下正常成像的主要手段,f2.8都不算大,f1.4、f1.0才真是大。在数码时代,调高ISO很容易。胶卷时代ISO 100是标准速度,400就是“快片”了,2400是不可思议的快片,好像没有更快的了。在数码时代,尤其是数码但凡,6400都是10年前的水平了,现在动辄50000以上。只要有一丝光亮,就能拍出大体可用的图像来。

但低光时推高ISO是有代价的,代价就是噪点。用大光圈,可以降低对高ISO的要求,降低噪点。说到大光圈,手机相机的镜头光圈是不可调的。换句话说,永远是最大光圈,也没有这个空间安装机械光圈。一般说来,光圈越大,景深越小。手机镜头动辄f1.8、f2.2,数码单反要是永远用这样的光圈,那就经常会出现鼻子清楚了、耳朵就模糊了的事情。但手机相机没有这样的问题。相反,手机相机常见的问题是不管拍什么,统统是前景后景都清楚。对于到此一游或者自拍照来说,这很好。但要想有一点表现力,突出主题,尤其是后景适当模糊,这就纠结了。这牵涉到另一个问题,景深不仅取决于光圈,还取决于成像大小。以全幅数码单反为基准,在同样的光圈下,1.6倍APS-C(对角线长度为全幅的1/1.6)的景深增加1.6倍。高档数码卡片机用一英寸成像芯片就算大的了,那就是2.7倍等效;更常见的1/2.5英寸成像芯片的低档卡片机则是6倍等效。三星S7也是1/2.5英寸,iPhone 6S是1/3英寸,索尼Xperia Z5是1/2.3英寸,都大体在低档卡片机等级。

换句话说,手机相机的景天然就很长,大约是全幅相机的6倍,要那种背景糊化的效果就难了。当当当,第一种双镜头应用出现。主镜头还是拍照用的,辅助镜头不拍照,但用于测距和标定主要对象,并用大幅度脱焦的第二张照片与原照片合成,用脱焦模仿大光圈效果。问题是大光圈的景深效果是渐进的,可以由近而远逐步增加模糊度;而脱焦的效果是跳跃的,中间无法过渡。如果画面没有中间距离的东西,这作假可以以假乱真;但要是有中间距离的东西,就容易穿帮,看着假。



真正的大光圈下的景深效果


手机(这里是新的谷歌手机)的模仿效果


但这样的就看不出差别了

但卡片机的最大光圈再4.5-5.6级,远远大于手机的1.8-2.2级,而卡片机镜头的直径显然远远大于手机。这是由于焦距的差别。三星S7的焦距为4.2毫米(35毫米等效为26毫米),这在过去就是超广角了。F1.7意味着镜头有效直径约2.5毫米。广角镜头是扫街利器,35毫米和28毫米是最常见的扫街焦距,所以市面上固定焦距的高级数码卡片机(如辅以X100系列)大多是35或者28毫米固定镜头。这也是自拍最有用的焦距/视角。问题是,人们也喜欢拍特写,这就需要长焦了。从适合拍人像的75-85毫米的小长焦,但万金油100-200的中长焦,到打鸟、狗仔专用的300毫米以上超长焦,不一而足。

过去长焦就是另一个镜头,现在可以用变焦,一镜走天下。但手机镜头连机械光圈都没有地方,变焦镜组就免谈了。怎么办?用数码剪裁。把图像的中间部分抠出来,不就等效于长焦的视角了吗?没错,但代价是画质。手机相机像素再多,也经不起这么抠。三倍是对光学质量要求特别高的变焦的极限,像人们津津乐道的“大三元”(16-35毫米/f2.8、24-70毫米/f2.8、70-200毫米/f2.8),基本上没有画质损失,或者说画质在任何焦距都与同等焦距的定焦镜头相当。但业余级的要求没有那么高,10倍、15倍也时有所见,像18-300的“通用变焦”。一般认为,10倍变焦的光学质量不好,但从广角图像里抠的数码变焦就可怕了。3倍变焦相当于只用中央10%的芯片面积,10倍就相当于只用中央1%的面积了。也就是说,22MP变成0.2MP了,就等着看马赛克吧。再糟糕的光学变焦也比这强一万倍。


较长的焦距等效于较小的视角




用中心剪裁也可以得到相当于变焦的效果,问题是周围的像素就丢失了,放大到同样尺寸,必然损失画质


这是10倍变焦的剪裁等效,看看只有多少原画面还剩下了


10毫米到300毫米的不同视角效果



光学变焦(中)与数码变焦(右)的差别,左为原图


另一个问题是透视。走上前、退后可以得到同样的物象大小,但前景与后景的相对关系就变了,尤其是长焦的“景深压缩”效果就没了。


还有一个问题是“广角变形”,对于一样大小的人头像,用广角镜头拍,容易出现变形,好像脸被打肿了一样,鼻子尤其大;而长焦拍出来的图像更加悦目。所以日本有人专用300毫米的超长焦拍人像,这当然是有点变态了,超过70-85毫米效果就不明显了。比较也能看出,长焦也容易得出更加悦目的“脱焦背景”,为了可比,光圈都设在f5.6

[img=1440,1075]%5Bimg=1440,1075%5Dhttps://digitalphotodawson.files.wordpress.com/2014/09/2.jpg[/img][/img]
另一个例子








长焦的另一个用法是“景深压缩”,好像前景与后景的距离拉近了一样


广角本来是挺适合拍风光的


但地平不平的话,也特别容易出现这样的“透视变形”,房子向中间倒


广角对这个人人自拍的时代也很重要,不广角把脸装进去都不容易,但广角变形也是不可避免的,看这鼻子

当当当,第二种双镜头一个广角,另一个长焦。广角和常规手机一样,在28毫米级,长焦由于光学限制,其实也没多长,也就70-80毫米级,再长,就只有回到数码变焦了。在这两个焦距之间,则用数字内插来作假。画质嘛,能觉得数码变焦管用的,自然不会太在乎。以为手机像素足够,不怕造,那是想多了。

说到手机的像素,这又是另一个问题了。手机的成像芯片尺寸不超过低档卡片机,同样像素的话,每个像素的尺寸就要成倍小于数码单反。集成电路可以做得集成度越来越高,但光学规律不跟着摩尔定律走。每一个像素实际上有一个微镜头,这是Bayer滤色镜,把自然图像分解成三原色,三个像素各自对三原色敏感,然后三个像素的信息合成起来还原成一个彩色的“实际像素”。在给定芯片尺寸的条件下,为了提高像素数,只有缩小像素,缩小Bayer滤色镜。但光学透镜的缩小是有限制的,过小的透镜导致衍射,可以理解为棱镜把白光分解成七色光,不仅颜色上分解了,光束也散开了,导致聚焦失效。所以手机像素的提高已经差不多到物理极限了。另一方面,越小的透镜透光量越小,需要像素本身的感光度提高,增加了噪点,低光画面尤其明显。良好光线画面放大到大尺寸后也会明显。

这是小芯片的天然局限。Hasselblad HD5“只有”50MP,比典型手机只多一倍,但画质是不能相比的。Hassy的图像放大到橱窗广告尺寸一点问题都没有,甚至可以放大到马路广告牌的尺寸。手机图像就只能嘿嘿了,放大到11x14英寸也就差不多到头了。像素多总是好的,但像素和像素也是绝对不一样的。有一句话:“最新手机的画质已经超过了几年前的数码单反”。我有一张放大到48x32英寸的桑托里尼旅游风光照,这是当年我用佳能40D拍的。40D是2007年8月推出的,只有10MP,在当时都不是顶级数码相机。放大的这样的尺度,画面的分辨力当然不足以数头发,但依然没有看得出来的马赛克。还没有见到过任何手机能做到这一点。

为了弥补手机相机低光噪点的问题,第三种双镜头隆重登场。主镜头还是原来的,辅助镜头只产生黑白图像。芯片只能感受灰度,而不能感受色彩。所以彩色画面被分解为三原色,当作黑白一样感受灰度,然后三个通道合成还原为彩色图像。但落到每一个色彩通道上,灰度都要打折扣。另外弄一个独立的黑白通道的话,没有这些损失,建立灰度底调,图像就“立”起来了。灰度丰富、干净,主管清晰度也提高了。光线充足、色彩丰富的话,差别不大;低光条件下,本来色彩就缺乏,灰度显不出来,这样通过黑白通道建立基调就特别重要。彩色实际上好像在黑白的灰度上染色一样,本来低光时色彩就不丰富。这是富士胶卷和东芝彩电当年也用过的花招,另加一层黑白层。

第四种双镜头是用两个镜头拍3D图像,但看3D图像需要特殊装置,现在越来越少用,3D电视、3D蓝光这些都在淡出市场了。

但手机“裸露”的简单镜头现在还看不出什么办法可以抑制眩光。这对逆光拍照很重要。


这是眩光控制失败的例子


这是眩光控制成功的例子



再加两张眩光控制成功的例子,这些都是手机几乎不可能达到的效果


这张其实眩光不是太大的问题,但对焦点是问题,用手机的话,就看双镜头是否能有效隔离主题,但前景、后景的渐变过渡还是没有办法解决

有了双镜头,可以弥补一些定焦超广角的光学局限,画质肯定可以满足到此一游和家庭团聚之类的要求。加上美图(手机自带美图是时间问题)什么的,而且看图多数是在手机上的微信里,反正只有邮票大小的图,手机照片对于很多人的一般使用确实是“足够好”了。加上方便,再好的照片也要相机在手才有可能。出门不一定带相机,但谁出门都带着手机,这就是一个大优点。但人最大的问题就是喜欢攀比。都依赖自动化的话,拍出来照片同质化是不可避免的。看上去样样正确,但就是平淡。那什么样的照片才能“镇住”朋友圈里的人呢?







坏天气、恶劣光线









高调






低调

这些照片是用各种相机拍出来的,但只要掌握正确技巧,在正确的时候碰到正确的画面,任何最入门级的数码单反都能拍出这样的照片,而不需要顶级相机。而这是手机相机几乎不可能做到的。

但手机能拍出好照片吗?绝对的。这些是iPhone拍出来的。




















这些都是iPhone拍出来的,不乏历年得奖作品。必须承认,都是好照片。但他们的照片之所以好,不是因为iPhone相机好,而是拍照的技术好。要是那是手头上正好有“正规”相机,拍出的照片更好,应该是没有悬念的。

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    [LV.9]渡劫

    沙发
    发表于 2017-11-26 07:46:11 | 只看该作者
    晨大专业的不像话,就是专业。

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      发表于 2017-11-26 15:09
  • TA的每日心情
    奋斗
    23 小时前
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    [LV.Master]无

    板凳
    发表于 2017-11-26 09:24:55 | 只看该作者
    看来手机拍照只能靠构图了

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      发表于 2017-11-26 15:09
  • TA的每日心情

    2024-12-7 02:20
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    [LV.9]渡劫

    地板
    发表于 2017-11-26 09:47:30 | 只看该作者
    单反机和镜头的最大问题是体积和重量。如果光学原理等基础科学没有突破,单反机就只能这个样子了。

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      发表于 2017-11-26 15:09
  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-8-27 18:47
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    [LV.9]渡劫

    5#
    发表于 2017-11-26 09:47:56 | 只看该作者
    转朋友圈了。
    有几张照片打不开。

    点评

    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2017-11-26 15:09

    该用户从未签到

    6#
     楼主| 发表于 2017-11-26 11:42:00 | 只看该作者
    方恨少 发表于 2017-11-25 19:24
    看来手机拍照只能靠构图了

    什么相机都得靠构图,只是正规相机构图好之后,还有大得多的潜力。

    该用户从未签到

    7#
     楼主| 发表于 2017-11-26 11:42:49 | 只看该作者
    togo 发表于 2017-11-25 19:47
    单反机和镜头的最大问题是体积和重量。如果光学原理等基础科学没有突破,单反机就只能这个样子了。 ...

    没办法,单反机的重量和体积小不了,而且有越来越大的趋势,不是好事。

    该用户从未签到

    8#
     楼主| 发表于 2017-11-26 11:43:27 | 只看该作者
    hotmen 发表于 2017-11-25 19:47
    转朋友圈了。
    有几张照片打不开。

    哪几张图打不开?

    该用户从未签到

    9#
     楼主| 发表于 2017-11-26 12:05:35 | 只看该作者
    hotmen 发表于 2017-11-25 19:47
    转朋友圈了。
    有几张照片打不开。

    帖子怎么转微信圈?我还不会呢。
  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-8-27 18:47
  • 签到天数: 638 天

    [LV.9]渡劫

    10#
    发表于 2017-11-26 12:11:24 | 只看该作者
    本帖最后由 hotmen 于 2017-11-26 12:14 编辑
    晨枫 发表于 2017-11-26 12:05
    帖子怎么转微信圈?我还不会呢。


    浏览器中打开贴子,复制地址,微信中找个好友(自己也行),粘贴地址,点击打开,右上角出现三个点,点击转朋友圈.

    最简单的是让管理员转"爱坛编辑部".

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    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
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      发表于 2017-11-26 15:10
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    多谢!  发表于 2017-11-26 13:31
  • TA的每日心情

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    [LV.9]渡劫

    11#
    发表于 2017-11-26 12:16:19 | 只看该作者
    脑洞大开照相法
    1. 改变光学原理,光速增至无限大,曝光时间无限短仍然不会有曝光不足问题,ISO噪点问题彻底解决
    2. 大数据照相法,根本不用带相机出门。地球上所有位置,每一片树叶,甚至每一个原子都存在大数据数据库中,每到一个地方,晨大说,这里来一张。大数据就根据周围的物质存在排列方式,在晨大电脑中合成一张相片
    3. 量子纠缠照相法,晨大也不用带照相机了。

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    伙呆了: 5.0 不负本宫的欣赏: 5.0
    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2017-11-26 15:10
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      发表于 2017-11-26 12:33
  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-8-27 18:47
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    [LV.9]渡劫

    12#
    发表于 2017-11-26 12:27:33 | 只看该作者
    1.针孔相机形成的图像,景深无穷大,但曝光时间也是巨长
    2.光学变焦(中)与数码变焦(右)的差别,左为原图 (瀑布三点式下面那张)
    3.但地平不平的话,也特别容易出现这样的“透视变形”,房子向中间倒
    4.这是眩光控制成功的例子
    5.“坏天气、恶劣光线“到“高调"之间只有长发露肩女子和马鹿 可见
    6.低调 夜猫下面一张
    7.iPhone拍出来的 神牛下面一张

    点评

    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2017-11-26 15:10
  • TA的每日心情
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    2020-8-27 18:47
  • 签到天数: 638 天

    [LV.9]渡劫

    13#
    发表于 2017-11-26 12:28:05 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2017-11-26 11:43
    哪几张图打不开?

    1.针孔相机形成的图像,景深无穷大,但曝光时间也是巨长
    2.光学变焦(中)与数码变焦(右)的差别,左为原图 (瀑布三点式下面那张)
    3.但地平不平的话,也特别容易出现这样的“透视变形”,房子向中间倒
    4.这是眩光控制成功的例子
    5.“坏天气、恶劣光线“到“高调"之间只有长发露肩女子和马鹿 可见
    6.低调 夜猫下面一张
    7.iPhone拍出来的 神牛下面一张

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    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2017-11-26 15:11
  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-8-27 18:47
  • 签到天数: 638 天

    [LV.9]渡劫

    14#
    发表于 2017-11-26 12:33:18 | 只看该作者
    以前的120相机,也是双镜头的,这个能说说吗?

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      发表于 2017-11-26 15:11
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    该用户从未签到

    15#
     楼主| 发表于 2017-11-26 12:47:08 | 只看该作者
    hotmen 发表于 2017-11-25 22:28
    1.针孔相机形成的图像,景深无穷大,但曝光时间也是巨长
    2.光学变焦(中)与数码变焦(右)的差别,左为 ...

    哇,这么多,修起来可要费点功夫。

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    16#
     楼主| 发表于 2017-11-26 12:50:10 | 只看该作者
    hotmen 发表于 2017-11-25 22:33
    以前的120相机,也是双镜头的,这个能说说吗?

    这是完全不同的两回事。120双反光的上镜头专管对焦,下镜头专管成像,两者联动。好处是对焦屏明亮,WYSIWYG,坏处是两者之间有固有的parallax误差。单反流行后,双反就消失了。

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    17#
     楼主| 发表于 2017-11-26 13:30:51 | 只看该作者
    hotmen 发表于 2017-11-25 22:28
    1.针孔相机形成的图像,景深无穷大,但曝光时间也是巨长
    2.光学变焦(中)与数码变焦(右)的差别,左为 ...

    现在能看见了吗?

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    全能看见了,谢谢!  发表于 2017-11-26 17:53

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  • TA的每日心情

    2017-12-15 09:06
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    [LV.1]炼气

    18#
    发表于 2017-11-26 14:13:57 | 只看该作者
    方恨少 发表于 2017-11-26 09:24
    看来手机拍照只能靠构图了

    你看着好的那几张手机照片可不是靠构图就能得到那个效果的。

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    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2017-11-26 15:11
  • TA的每日心情

    2017-10-26 16:21
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    [LV.6]出窍

    19#
    发表于 2017-11-26 22:18:50 | 只看该作者
    谷歌的浅景深模拟得像P的一样

    该用户从未签到

    20#
     楼主| 发表于 2017-11-26 22:28:06 | 只看该作者
    删除失败 发表于 2017-11-26 08:18
    谷歌的浅景深模拟得像P的一样

    所以说假的就是假的。

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