第二攝像頭的設(shè)計原理 - 12個問答解密iphone 7PLus雙鏡頭工作原理

　　Q6：那么，在第二顆鏡頭沒有啟動時，我按下2x鈕所拍下的到底是什么？

　　A ：是第一顆鏡頭補差運算的結(jié)果；現(xiàn)在我們知道2x二倍光學(xué)變焦的第二顆鏡頭并不是時時刻刻都會運作，而是有條件啟動，但我們在用iPhone7 Plus拍照時，卻是每次都可以按下2x取景，這又是為什么呢？ 實際上在這種狀況下都只有用第一顆鏡頭在拍攝，再經(jīng)過二倍的數(shù)字變焦處理，讓你以為這是2x變焦的效果。

　　也就是說，如果距離拍攝物50cm以內(nèi)，或是環(huán)境太昏暗的狀況下，這時候按下2x拍攝所得的照片，其實都只是第一顆鏡頭經(jīng)過二倍數(shù)字變焦處理的結(jié)果，并不是真正的光學(xué)變焦。
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　　同樣按下2X變焦拍攝，但EXIF信息卻顯示仍然是第一顆鏡頭（4mm f/1.8）所拍攝。

　　Q7：為什么要這樣設(shè)計呢？

　　A ：有很多原因，我們嘗試做了一些非官方的解釋：

　　蘋果官方并沒有明言在特定條件下切換2x其實是數(shù)字變焦，我們也無法得知這樣設(shè)計的原因是什么。有一些可能的原因是我們所推測的：

　　第二顆鏡頭有最近對焦距離的限制。

　　第二顆鏡頭光圈較小，在昏暗環(huán)境下進光量較小，影響較明顯。

　　第二顆鏡頭感光組件較小，在昏暗環(huán)境下噪聲可能較多。

　　第二顆鏡頭沒有支持光學(xué)防手震，在昏暗狀況下可能造成影像晃動。

　　關(guān)于較小的f/2.8光圈、較小的感光組件這兩點，我們已在前面的篇幅中提到，這些條件確實可能在昏暗環(huán)境下讓影像質(zhì)量更差，不過防手震這點也是影響因素之一。實測觀察EXIF信息可以知道，使用第一顆鏡頭時快門速度最慢可至1/15s，但使用第二顆鏡頭拍攝時快門速度大多被限制在1/60s，少數(shù)狀況下會降低至1/30s，這是因為沒有防手震，需要更快的快門速度來避免影像模糊所致。

　　我們來推算一下以下用兩顆鏡頭的兩種狀況，感光組件所獲得的進光量會差距多少：

　　光圈f/1.8，快門速度1/15s（第一顆鏡頭拍攝）光圈f/2.8，快門速度1/30s（第二顆鏡頭拍攝）

　　f/1.8 與f/2.8差距約1.3EV的曝光量，1/15s比起1/30s，快門速度差距一倍，加起來又是差一倍的曝光量，因此兩顆鏡頭在快門極限的環(huán)境下，進光量最多可能差距約2.3 EV之多，也就是說在昏暗狀況下， 用第一顆鏡頭可獲取的進光量大約是第二顆鏡頭的2.3倍左右，加上第二顆鏡頭的感光組件較小，種種因素考慮進去，就不難理解為何「在昏暗狀況下只會用第一顆鏡頭拍攝」的原因了。

　　▲在同一拍攝位置下使用兩顆鏡頭拍出來的照片，經(jīng)常會有色調(diào)與白平衡上的差異。

　　Q8：所以我該怎么知道我切2x時，它真的有在用第二顆鏡頭拍照？

　　A ：遮鏡頭或是EXIF信息判別除了確保距離夠遠（50～100cm以上），光源夠充足之外，最簡單的方式就是靠遮鏡頭來實時判定了，或是拍攝之后可以用軟件檢視EXIF信息，第一顆鏡頭焦距是4mm，第二顆鏡頭焦距是 6.6mm，以此分別。

　　Q9：這樣說來，第一顆鏡頭的2x變焦（沒有用第二顆鏡頭）拍攝出來的照片堪用嗎？

　　A ：差補運算其實做的不差針對這項疑問最好的解法就是實拍測試了，我們用iPhone 7 Plus在近距離使用第一顆鏡頭拍攝原始的1x一倍與2x二倍變焦，而這個2x變焦是數(shù)字運算的結(jié)果，看看它跟1x 一倍原始照片放大兩倍的差距有多少。

　　裁切原圖來比較看看：

　　實測的結(jié)果是，雖然近距離狀況下2x是數(shù)字變焦，但畫質(zhì)有經(jīng)過銳化演算，效果還是明顯較好一些。只能說蘋果在iPhone 7 Plus身上加上了第二顆鏡頭的限制一定有其道理，如果在光源不足狀況下切2x就老實的用第二顆鏡頭拍照的話，畫質(zhì)應(yīng)該會比第一顆鏡頭數(shù)字放大2倍還要差吧。

　　Q10：錄像時的狀況也一樣嗎？

　　A ：是沒錯，錄像時第二顆鏡頭仍然受限于前面提到的兩項條件：拍攝距離與環(huán)境光源，需要條件足夠才會開啟第二顆鏡頭。

　　Q11：這樣說來，雙鏡頭中的第二顆2x二倍變焦鏡似乎沒想象中好用？

　　A ：仍有其用途；雖然第二顆鏡頭并沒辦法在低光源狀態(tài)下提供更好的拍攝效果，也不一定能拍出更淺景深的照片，但第二顆鏡頭在光源充足時，帶來的畫質(zhì)表現(xiàn)仍然是難以取代的，在前面的實拍測試中已可證實這點。

　　▲ 這張照片是經(jīng)過確認、確實使用2x二倍鏡頭所拍攝的，從未修圖的實拍照來看其實還不錯。

　　Q12：那么切換變焦滑桿至2x以上倍率的話，它是用第一顆鏡頭還是第二顆鏡頭拍攝呢？

　　A ：條件與前述相同iPhone7 Plus除了有2x變焦倍率可點選之外，按住不放也可拖曳變焦滑桿到10x變焦倍率，2x以上的變焦倍率依然受限于前面提到的兩項限制：一是光源亮度，二是拍攝距離。也就是說如果在環(huán)境光源不夠或近距離拍攝的狀況下切換到2x以上倍率，拍攝出的照片依然是使用第一顆鏡頭做出的數(shù)字變焦效果。

　　換句話說，在光源充足、距離夠遠的條件下，2x以上的倍率才會是由第二顆鏡頭拍攝，否則都是由第一顆鏡頭數(shù)字變焦得來，即使是拉到10x變焦也是如此。

　　結(jié)論：雙鏡頭的運作比你所想的還要復(fù)雜其實在測試過程中，我們與友站的相機編輯還發(fā)現(xiàn)了這組雙鏡頭的其他特點，第一顆鏡頭除了負責在陰暗環(huán)境下Cover第二顆鏡頭之外，也負責了主要的測光、拍攝距離估算等功能，若沒有了第一顆鏡頭，第二顆鏡頭也是無法獨立運作的。

　　如同前述所提，第二顆鏡頭光圈較小、感光組件較小、也沒有防手震配置，這樣的設(shè)計邏輯可能不是最好的解法，但在操作上卻比較直覺的，如果單在手機上看照片，很難察覺哪些2x變焦照片是用第一顆鏡頭拍攝的。 但這對撰寫評測的筆者來說卻是很困擾的一件事，因為你經(jīng)常會弄不清楚2x變焦照片到底是數(shù)字還是光學(xué)變焦，拍完照還要進軟件來看照片是第一顆鏡頭還是第二顆鏡頭所拍攝的。

　　真要說起來，第二顆鏡頭比較像是輔助的角色，它提供更遠的視野，在白天戶外的狀況下確實能提供更望遠的視野與更好的畫質(zhì)（與第一顆鏡頭拉2x比起來），但它缺乏獨立運作的能力，也無法取代第一顆鏡頭。 在室內(nèi)等光源較暗的環(huán)境下，第一顆主鏡頭會肩負主要的拍攝角色。

　　我們的建議是：

　　對于想要拍攝淺景深的人來說，「拉近距離切2x來拍攝」可能不是最好的解法，想要「用第二顆鏡頭在近距離拍淺景深」的人也可以省省了，因為近距離拍攝的結(jié)果都只會用到第一顆鏡頭，第二顆鏡頭真正的強項在于望遠的畫質(zhì)，而非淺景深，如果想要拍出散景夠美的照片，用第一顆鏡頭足矣，或是iPhone用戶們也可期待蘋果將在年底前推出的「人像背景虛化功能」。

　　糾結(jié)在它是用第一顆鏡頭還是第二顆鏡頭拍攝是很麻煩的一件事，因此，我們的建議反而是「拍照時別想太多」，拍就對了。 簡單來說，第二顆鏡頭雖然不如我們所想的如此好用，但一如蘋果的風格，它配置在手機上可能是種比較「平衡」的方式，實際操作上切換到2x倍率時都帶給用戶很平順的感受。 不過大家在看相關(guān)的iPhone 7 Plus評測文章時也不妨想想，這些變焦后的測試照片真的是第二顆鏡頭所拍攝的嗎？如果是距離夠近，50cm距離內(nèi)的照片，那它有非常大的機率是用第一顆主鏡頭所拍攝的。

　　?iFixit已拆解iPhone 7 Plus，第二顆2x鏡頭的模塊比主鏡頭要來的小上一些。 （Source：iFixit）

　　來看看別家的雙鏡頭雙鏡頭配置在近幾年并不少見，例如LG G5、華為P9/P9 Plus皆是，其中LG G5是采用超廣角與一般廣角的兩種搭配，華為P9則是額外搭載一顆徠卡Leica黑白鏡頭，因此iPhone 7 Plus 的配置雖然概念不算新穎，但采用一倍標準與二倍望遠的配置也是首見，未來也許會看到其他品牌在雙鏡頭上更多的應(yīng)用（致敬）出現(xiàn)。

　　雖然蘋果的雙鏡頭在使用上并不如筆者一開始所想，一按下切換就是切到第二顆鏡頭，但寫在最后，筆者也希望有這么一臺手機能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的規(guī)格：廣角端等效24mm f/1.8，望遠程等效50mm f/1.8，兩者皆支持OIS光學(xué)防手震，最近對焦距離皆可到10cm 。 如果能夠做到這種規(guī)格那想必是非常完美了，不知道屆時iPhone 8有沒有機會呢？