为何iPhone 7 Plus长焦镜头低光条件下不工作?

今年 iPhone 7 Plus 的双摄像头升级是 iPhone 问世以来在摄像头方面最大的一次飞跃。iPhone 7 的 28 毫米广角镜头现在配备了 f/1.8 的光圈,这让进入传感器的光线量直接增加了 50%。而另一个 56 毫米的长焦镜头则在改进图像质量方面有着数不清的应用。

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这两个镜头既可以同时工作,也可以单独工作,总之都是为了给用户带来最好的照片。想要拍一张风景图?想要在阳光下拍一张人物特写图?还想要在阴凉处拍一张人物特写?所有这些都是通过对这个摄像头系统加以不同的组合利用方可实现。

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我们实话实说:苹果原本的目的就是要将它设计成一个系统的,让其与相机应用互相配合使用,以最大程度弥补智能手机摄像头拍照存在的问题。智能手机摄像头尺寸只有 DSLR 或者专业摄像机的 1/5,所以拍出来的照片肯定存在不足和析光差等。比如上图都是是在相机应用的“2x”设置模式下拍摄的,而只有其中一张是镜头在拍摄的过程中使用了长焦镜头,你能看出来是哪一张吗?

那是因为 iPhone 7 Plus 中的长焦镜头并不是一个真正独立的镜头。有了这个镜头,用户在明亮的光线条件下确实能够拍出非常好看的照片,细节非常丰富。如果你不经常用相机应用在光线比较明亮的场景下拍摄照片的话,那么可能你使用到长焦镜头的时候并不是很多。

这是为何?

你使用 iPhone 拍摄照片的时候,图像信号处理器ISP就会执行几十亿运算以生成尽可能好的图像。这其中包括自动设置双摄像头系统的快门速度、ISO、曝光和色温等。下图就是iPhone 7 Plus长焦镜头在2x模式下拍摄后直接从相机应用导出的照片。

iPhone 7 Plus的多摄像头系统其实给图像信号处理器带来了另外一个问题:到底该使用哪个镜头来拍摄?以前 iPhone 只有一个镜头,图像信号处理器就不用做这么一道选择题,但是现在相机应用有的选了,它可以选择使用次级镜头和传感器来拍摄出更好的照片。

图像信号处理器会根据光线、对焦比例等条件自行确定是否应该同时使用两个镜头来拍摄,或者仅使用广角镜头或单独使用长焦镜头来拍摄。处理器的选择一般不会有问题,所以用户无需担心。

但是因此如果你想使用长焦镜头来拍摄,那么仅仅点击相机应用中的 2x 按键是不行的:图像信号处理器才是决定是否应该同时使用两个镜头或者使用广角镜头的一方,决定权不在用户的手上。

背后的技术

iPhone 7 Plus上的广角镜头和传感器在很多方面都和前代 iPhone 的相同,它有 3.99mm 的取景框架,可数字放大 10 倍,1/3.06 英寸传感器。

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这个广角镜头中的新变化就是光圈从 f/2.2 变成了 f/1.8。光圈大小直接影响到进光量,数字越小,进光量越大,光线越多,你在昏暗的房间或者夜间拍摄时就能有更好的成像效果。另外广角镜头支持光学成像稳定,这样低光下的照片拍摄和视频录制将能有更好的体验。它的最近调焦距离也比长焦镜头的更短(这样用户拍摄时可以更靠近物体,不会影响聚焦,对于微距摄影来说这是再好不过的了)。

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今年 iPhone 7 独享长焦镜头和传感器:它配备了一个 6.6mm 的镜头,非常适合用于拍摄肖像照和特写。不过它的规格和主镜头——广角镜头不一样,并没有那么高。长焦镜头的光圈为 f/2.8,没有光学成像稳定,传感器也比较小,为1/3.6 英寸。但是也不得不承认在 iPhone 这么薄的机身中,苹果还能够有办法把长焦镜头装进去,其实也是非常厉害的。而且还要在拥挤的机身内部为多出来的OIS系统或更好的光圈挤出空间,这也一个很大的挑战。

只要有可能,苹果都会让两个镜头和传感器同时工作,同时拍摄照片,以相互弥补不足,从而拍出更好的照片。广角镜头更善于聚焦?是的。长焦镜头的曝光和光平衡更好?没错。这是对 iPhone 图像信号处理器的工作(每毫秒进行数十亿次计算)进行的最简单精辟的概括。

iPhone长焦镜头的限制

可惜当拍摄 2x 照片时,长焦镜头硬件本身的限制会让用户无法在低光条件下拍摄出效果比较好的照片——这时候就需要 iPhone 的软件来发挥作用。

在发现这个问题之前有用户非常奇怪,为什么在餐厅里用iPhone 7 Plus拍摄照片时,长焦镜头的图像看起来和以前的 iPhone 拍出来的照片没有什么区别,但是看过元数据之后就明白了:他拍摄的照片其实是用广角镜头数字变焦2x拍出来的。

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起初这名用户以为是操作错误,但是经过反复的测试之后他证实了自己的疑问:相机应用在低光条件下时,长焦镜头会将控制权交给广角镜头。你自己想测试也可以,把手指放到广角镜头上,进入 2x 模式:如果你的拍摄地点光线比较亮,那么拍出的照片和平常没什么区别。如果你所谓的位置光线比怎么好,那么你可能看到拍出的图像上就是黑乎乎的一片,而那一片其实是你的手指。

如上文所说,使用哪个镜头来拍摄这取决于图像信号处理器。用户在拍摄照片时,它就会先“看”过两个镜头可能生成的图片然后再做决定,是单独使用广角镜头或单独使用长焦镜头,或者将两个镜头的成像结合在一起最好。

而在低光条件下,图像信号处理器则认定光圈 f/2.8的长焦镜头因为没有稳定技术,而且传感器比较小,能够拍出的照片不如广角镜头的好,所以选择了使用广角镜头。图像信号处理器的这个决定应该是没错的:用户测试使用 ProCamera 来拍摄,1/13 快门速度,广角 2x 和长焦,结果如图(左边是广角镜头拍摄效果)。

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相比之下,它的焦点更加清晰,这有一部分原因是长焦镜头需要的最近调焦距离比广角镜头的长。即使拍摄的时候用户已经试过调整距离,但最终得到的结果并不理想。

结语

此文并不是讨论长焦镜头是否有用。在光线充足的条件下,有了长焦镜头,我们确实可以排除非常好的照片,即使你不是直接在 2x 模式下拍照,长焦镜头也会协助广角镜头给你拍出更好的图片。测试之后用户认为对于使用相机应用或者其他社交媒体应用来拍照的一般用户来说,这没有多大的意义。iPhone 的图像信号处理器会选择它认为最好的工具来给你拍出最好的照片。和 Instagram 以前的正方形格式一样,2x 模式能让用户以一个不同方式去合成他们的照片。

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如果你喜欢使用长焦镜头来拍照,你可以尝试使用同时支持两个镜头的第三方——苹果提供 API 就是因为这个原因。像 RAW 和手动相机调整,这些特性是为那些刚接触摄影的人准备的,对于那些想要拍出好照片的人来说,他们的重点可能放在其他方面。但是苹果的图像信号处理器是正确的:低光条件下用长焦镜头你是拍不出好图片的。没有图像信号处理器,而且光圈又这么小,它就不具备这个功能。目前如果你想尝试使用第三方应用使用长焦镜头拍摄,那么你最好到光线比较明亮的地方拍摄,或者使用稳定器之类的工具。

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