iPhone 的出现也彻底改变了人们拍照和记录生活的方式,在去年,Flickr 上有三分之一的照片都是由 iPhone 拍摄上传的。许多时候,对于普通人来说,我们再也不需要各类专业的摄影设备,一台 iPhone 就已经让照片足够好看。

今年,Phil Schiller 在 iPhone 7 的发布会上声称「This is the best camera we have ever made in an iPhone」,在 iPhone 7 的十大新特性中,对摄像头的介绍占据了大量篇幅。说实话,这句话放在每一代的 iPhone 身上都适用,几乎每一款新发布的 iPhone,都会从硬件和软件层面提升成像效果和拍照体验。

回顾以往 iPhone 摄像头的变化,从 800W 像素到 1200W,从录制普通视频到 4K 视频,从数码防抖到光学防抖,今年 iPhone 7 的摄像头,最引人注目的不同,就是在 iPhone 7 Plus 上引入了双摄像头,由此也带来了一系列新特性,如 2 倍类光学变焦、景深虚化等。希望通过本文,你能从细节和原理上,更加了解 iPhone 7 的摄像头,究竟有什么不一样。

不能只看参数,但不看参数万万不行

随着大众对摄影知识的进一步了解,许多人已经走出了单纯看像素的阶段,的确,当年 iPhone 保持在 800W 像素时,其成像质量一样秒杀许多像素高达上千万的手机。

虽然说仅仅从参数入手很片面,但不看参数,也是万万不行的,我们就先简单看一下 iPhone 7 的摄像头参数吧。

iPhone 7 专有变化

  • 光圈更大,相比于 iPhone 6s 的 f/2.2 光圈,iPhone 7 的光圈达到了 f/1.8。虽然说光圈也不完全是越大越好,但是更大的光圈意味着更多的光线进入,相比 iPhone 6s 增多了 50% 的光线,对于夜间成像质量的改善尤其有帮助;
  • 曝光时间增长 3 倍;
  • 和 iPhone 6s Plus 一样,现在 iPhone 7 也支持光学防抖了;

iPhone 7 Plus 专有变化

  • 有两颗 1200W 像素镜头,一颗是 28mm,f/1.8 光圈的广角镜头,另一颗是 56mm,f/2.8 光圈的长焦镜头;
  • 可以提供 2 倍的类光学变焦,以及高达 10 倍的数码变焦;在录像时支持 2 倍的类光学变焦,6 倍的数码变焦(其余机型为 3 倍数码变焦);

通用变化

  • 前置摄像头升级为 f/2.2 的 700W 摄像头,支持图像防抖和 HD 视频录制;
  • 升级的闪光灯:在原来两颗冷暖闪光灯的基础上,升级成了四颗闪光灯,亮度比 iPhone 6s 高 50%,并且加入了闪光传感器,用以消除人造光源的频率性闪动;
  • 从早前的五镜片镜头,升级到了六镜片镜头,不过单看镜片数其实并不能说明什么;
  • 传感器相比 iPhone 6s,在速度上提升了 60%,能耗上改善了 30%;

先一起看看一些 iPhone 7 系列的照片样张吧:

双摄像头的 iPhone 7 Plus:类光学变焦和景深虚化

这次 iPhone 最引人瞩目的改变之一,就是在 iPhone 7 Plus 上引入了双摄像头。这两颗摄像头虽然都是 1200W 像素,但光圈和焦距却并不一样。第一颗镜头和 iPhone 7 一样,是 28mm,f/1.8 光圈的广角镜头,而额外增加的那颗是长焦镜头,焦距 56mm,光圈为 f/2.8。而双摄像头的引入,给 iPhone 7 Plus 带来最大的亮点就是 2 倍类光学变焦和景深虚化这两个特性。

2 倍类光学变焦

相信你可能经常听到光学变焦和数码变焦这两个说法,但却不一定理解这两个到底是什么意思。其实非常简单,在此之前,iPhone 上一直都是数码变焦,这里所说的变焦,其实就是你在拍照时,可以把图像放大。对于 iPhone 7 和更早的 iPhone 6s 来说,都是一样的五倍数码变焦,也就是说你可以把成像中的某一个细节或物体放大到原来的五倍大小。

不过随着放大倍数的增长,照片的成像质量也在显著下降。你只要在 iPhone 上放大过照片,一定就会有这样的体会,越大的倍数,照片上的噪点明显变大,颗粒感变强,边缘细节变得模糊。这是因为所谓的数码变焦,用更通俗的说法来说,只是单纯地放大图像,本质上和你在电脑上打开一张图片放大并没有什么区别。由于手机镜头本身都是定焦的,数码变焦本身并不会有更多的光线进入,每放大一倍,光信号也只有原来的四分之一,因此随着放大图像质量也直线下降。

而光学变焦则不同,真正意义上的光学变焦,实际上是通过改变镜头的焦距,从而在变焦过程当中,图像传感器上的光信号并不会减少,虽然你的人和摄像头都没有移动,但最终的成像效果,仿佛是你向物体靠近了一样,只是拍照的距离变近了,画质不会出现下降。 

之所以说苹果是类光学变焦,还是因为这两颗摄像头实际上都还是定焦镜头,光学变焦效果的实现,应该是通过一种类似 Image Fusion 的图像合成技术。在具体实现上,本身 28mm 的镜头和 56mm 的镜头捕捉到的画面就是不一样的,后者的成像相当于是以前者为中心(不完全是)的更小区域。这样,在 1 倍至 2 倍变焦过程当中,可以将第二颗镜头的数据通过插值的方式,和第一个镜头的成像相融合,从而达到效果和光学变焦相类似的无损变焦。而当变焦超过 2 倍之后,在 2 倍和 10 倍之间时,又回到了传统的数码变焦,即单纯地放大图像了。

因此,当使用 iPhone 7 Plus 拍照时,只要变焦倍数在 1 倍至 2 倍之间,理论上来说,图像的质量将保持在 1200W 像素。与此相对应的,如果是使用 iPhone 6 Plus 进行 2 倍变焦,实际得到的图像是 300W 像素的质量。

景深虚化

景深虚化效果听起来很悬浮,但其实你一定经常看到过类似这样的照片:画面前景中的人物细节被突出出来,而背景则虚化成一片,像加了高斯模糊一样。

事实上,苹果并不是第一家推出双摄像头的手机公司,国内的小米、华为均已有所尝试。但是效果却不尽如人意。例如某品牌的手机提供的景深虚化效果的成像,实际上是这样的: 

相信你也看到了这惨不忍睹的效果,不过,以苹果的标准来看,他们肯定不会接受这样的水准。虽然目前没有更多技术细节的披露,但按常规的方式来看,iPhone 7 Plus 上的景深虚化效果,可能主要分为了两步:远近景分离、人像识别。

第一步远近景分离,实际上是利用了两个摄像头成像的差异对比,来分析图像中物体距离镜头的远近距离的。前面提到了,虽然两个摄像头靠在一起,一般情况下我们可以简单粗暴地认为两者是同中心的,但实际上并不是。一个最简单的例子就是轮流闭上左眼和右眼,你会发现单只眼睛看到的世界,是有一定位移的。

没错,距离越近的物体,这种位移量越大,通过两个镜头成像的这种细微差异,可以计算出哪些是近物,哪些是远物。

第二步则是人像识别,通过对近景中的物体进行进一步的分析,通过机器学习的方式,将其中的人物单独剥离出来。然后通过软件渲染的方式,对除人像以外的部分进行虚化处理,最后就能得到一张景深虚化的照片。

在苹果的演示中,这样特性可以实时地在拍照过程中预览到效果,但你需要切换到「人像(Portrait)」拍照模式。虽然从原理上来解释看似就是几句话的事情,但实际的实现要复杂得多。因此,苹果也很谨慎地将这一效果仅用于「人像」照片上,从苹果公布的样张来看,基本都是人物的大头画像。但如果照片的前景较为复杂,或者图像的层次较为丰富,而不是像样张基本只有前景人物和远距离背景这样的简单两个分层,那么实际能得到的图像效果究竟如何,还有待观察。

苹果也一再强调,iPhone 7 Plus 提供的景深虚化虽然是非常先进的技术,但还是不能和专业的摄像设备相提并论。除此之外,这项技术并不会马上随着 iOS 10 一同发布,而是需要再经过一段时间的打磨,在今年晚些时候的 iOS 小版本升级中才会提供。

背后的功臣:Image Signal Processor

苹果一直引以为傲的一点就是软硬件结合,为了打造出色的体验,他们不仅仅可以在软件层面上掌控一切,更可以根据自己的需要定制相应的硬件。Image Signal Processor 就是例证之一,它是集成在 A10 Fusion 芯片中的一个专门处理图像的单元。当你拍照时,传感器采集完信号后,也就是说这时候照片的原始数据已经封印了,接下来的图片处理就由 Image Signal Processor 接管了。

每次你拍一张照片,它都会做哪些事情呢?

首先是对图像做面部和人体识别,接下来是自动曝光,自动对焦,白平衡,广色域捕获(首次加入),第四代色调映射,图像降噪,从多张照片中合成一张等等一系列操作,期间有 1000 亿次运算,而这一切,仅仅只需要 25 毫秒。

值得关注的两个新 API:广色域和 RAW 格式

这一次,苹果还针对相机发布了两个面向 iPhone 7 机型的新 API:RAW 和 Wider Color Capture。

RAW 很多人并不陌生,相比于 JPG、PNG 等图片格式,它保存了图像传感器记录下来的原始数据。第三方开发者现在可以直接访问这些原始数据来进行照片编辑,使得自由度更高了。例如 Adobe Lightroom,在 iOS 客户端上也能像在电脑上一样处理 RAW 文件了。

Wider Color,即广色域,苹果这次在新的摄像头和 iPhone 7 的 Retina 屏幕中都应用了这一新技术,使得能表现的色彩更加丰富,尤其是红色和绿色有了更鲜艳的色彩表现。新一代的摄像头不仅仅可以捕获更丰富的色彩,还可以记录存储下来并向第三方开发者开放,同时得益于 Retina 屏幕的升级,在手机上查看图片的色彩效果也会更加悦目。

怎么样,你认同 Phil Schiller 说的「This is the best camera we have ever made in an iPhone」吗?当然,拍照和照片很多时候也是非常主观的一种体验,已经在官网预订的朋友们,也欢迎在拿到实机后第一时间和我们分享你的实际使用感受。

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