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探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用

CNMO 【原创】 作者:马俊杰,杨辰 2016-01-13 05:30
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日景

  光线充足场合下,相位对焦技术能够带来更好的成像表现,准确来说应该是因为对焦速度快了,增加了一些新的拍照场合,这些场合在以前因为反差式对焦方式的对焦速度慢而无法成片的。

解析力和对焦成功率

  Hi-Fi需要谈解析力,拍照也要聊解析力。魅族在14年推出的高、中、低端机型中都提倡“锐化”算法,大量修复照片中的细节,但是却带来了“功过相抵”的民间说法,最终并没有很好地发挥2070万像素摄像头的解析力,锐化出噪点和色散现象确实有点过了,这属于矫枉过正的做法。15年的几款机型有所收敛,毕竟1300万像素和2070万像素本身解析力也不低,何必刻意追求更多细节?;氐浇裉斓闹魈?,与其说相位对焦技术为照片的解析力带来了提升,倒不如说相位对焦技术提高了对焦成功率,让更多移动物体的细节能够被我们捕捉到,间接提高了解析力。请看下面的样张:

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

  自从手机引入了相位对焦技术之后,消费者可以大胆地捕捉更多急速行进的事物,例如宠物和汽车。上面这张样张出自一台拥有相位对焦手机,第一眼观感就是冻结了时间,定格了画面。市面上支持相位对焦技术手机,在光线充足情况下,基本上最快能够达到0.1s或者0.2s对焦速度。这就不难理解上面样张为什么能够凝结画面。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

  放大局部细节,左下角骑在电单车上风驰电掣的蒙面女郎,无论是人物还是电单车,因为运动而产生拖影的现象少了很多,以前那些没有相位对焦技术的手机,不要说抓拍电单车,抓拍擦肩而过的男神和女神也是不靠谱的。

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相位对焦

  中间部分匆忙赶着去吃饭的行人,在相位对焦技术下也能够很好地定格下来,上半身可能并不明显,下半身双脚活动幅度比较大,相位对焦技术的优势更为明显,就像站在那里被小编拍完之后再走的样子。

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相位对焦

  小编喜欢相位对焦技术绝对不是用来拍男神和女神的,这么好的技术肯定是用来拍运行速度比较快的动物。动物园最适合其大展身手,湖边的鸭子在水面上悠闲地自由泳,有了相位对焦技术之后,放大细节,你会发现无论是鸭子毛发还是浸在湖面下的双脚,都是那么地清晰,不会再像以前那样,因为反差式对焦速度过慢而导致错失良辰美景。

  接着我们看看搭载光学防抖镜片组的机型在同一场景下表现如何?

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光学防抖

  依然是上面的场景,依然是行进的汽车和人群,第一观感看上去也是定格了瞬间,我们把局部细节放大。

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光学防抖

  很多人都知道,光学防抖在白天的表现不如相位对焦技术亮眼,但是却说不上为什么,今天小编从样张中得到了答案。光学防抖只是通过摄像头内部的补偿镜片组对手部抖动进行逆向补偿,让因为抖动而错位的影像复位,相比相位对焦技术来说,在对焦速度上是没有优势的,而且在白天光线充足情况下尤其能够体现到差距。更直白一点,如果白天你拿只有光学防抖而没有相位对焦技术手机“扫街”,相比那些两种技术都不支持的智能机,你不会得到多大惊喜。看看上图的的士,解析力的问题先不讨论,拖影的现象重现武林,车头的位置尤其明显。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖

  再看看人群的部分,由于路人的行进速度不算快,只有光学防抖和反差式对焦技术的手机仍然能够定格瞬间,可能读者会觉得样张有点发虚和模糊,主要是因为光学防抖的样机只有1300万像素,相比上面那台2100万像素的相位对焦技术样机在解析力上弱了不少。

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光学防抖 VS 相位对焦

  通过对比上面两张样张的照片信息,没有相对对焦技术加持的光学防抖样机,按道理应该通过提高ISO值(保证亮度)基础上,缩短曝光时间,保证照片中运动的物体能够被定格下来。难以理解的是,光学防抖样机相比相位对焦样机除了提高了ISO值,还延长了快门时间,这种曝光策略显得不够人性化,纯粹是“夜景模式”的翻版,加上F1.8的大光圈,还需要担心白天的样张亮度不足吗?所以光学防抖的样机在白天的曝光策略上还有待商榷,不能够照搬夜间的算法那么敷衍哦。

对比度/饱和度、发色倾向、色温

  相位对焦技术最直接的优势就是提高了很多光线充足场合的对焦成功率和对焦速度,让你更从容地实现连拍,我们知道专业的摄影领域,大咖们都喜欢连续拍摄多张照片,回家之后再慢慢挑选,或者借助PS软件把几张照片合成在一起。以前的手机,要么就是连拍操作本身速度过慢,要么就是连拍速度受对焦速度拖累,连拍几张有一半都是对焦点模糊的。相位对焦出现之后,小编完成测评的时候需要连续采样,对焦速度快了,就能够轻松完成连拍样张的任务,不用像光学防抖的样机那样,每次拉风箱般的对焦体验着实影响连拍的心情。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

  从上面的样张可以看到这是在北风嗖嗖的恶劣环境下完成的拍摄,右上角用红色圈起来的就是被寒风吹起的树叶,相位对焦样机能够定格这一个瞬间,同时样张的主体,大树一动也不动地站在那里,完全看不出按下快门前后被吹得左右摇摆的拖影,这就是相位对焦技术能耐。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

  放大细节,除了解析力出众,能够数一下叶子的数目以外,还能够看到,不仅仅大树没有出现拖影,连大树下面的绿草也没有出现风吹草动的现象。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

  无独有偶,仅有光学防抖镜片组的机型这一次也表现了从容淡定的解析力,不仅大树和小草并没有随着北风吹拂而摆动,连叶子的细节部分也有所提升。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖

  至于白天之中,消费者和测评员经常提及的对比度/饱和度、发色倾向和色温,也就是关于白平衡的那些事,相位对焦技术和光学防抖技术基本上对这些参数没有任何作用,该白平衡漂移的继续漂移,本来发色倾向偏冷继续偏冷,对红色敏感的机型继续对红色敏感。主要还是因为上述这些参数指标和对焦技术、成像稳定技术相关不大,反而和手机厂商本身对ISP调教风格有关系。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦 VS 光学防抖

  上面两张样张的红色都不准,相位对焦技术那张发色偏向忠实还原,但是曝光亮度偏低,导致红色看上去比肉眼看到的要浓郁和深色,光学防抖技术那张发色明显过于艳丽,而且对红色尤为敏感,不仅仅大厦外墙海报过于鲜艳,这种鲜艳的红色把天空、白墙、树木等景物蒙上了一层红色面纱,整张照片看上去就是红色为主色调的。这个小测试告诉我们,相位对焦技术和光学防抖技术并不能够对白平衡之类的调色进行优化或者负优化。

曝光

  曝光值不同对照片的白平衡同样会有影响,这类似于上一场景中大厦外墙红色海报,曝光值过高很容易让部分颜色看上去不够饱和,相反,曝光值过低很容易让部分颜色看上去过饱和,上面例子中相位对焦技术那张样张就是后者。而曝光值和相位对焦技术可能关系不大,和光学防抖技术则关系密切。如果光学防抖的机型总是套用夜间那套曝光算法,单凭F1.8大光圈和增加ISO值、延长快门时间就想“一招鲜吃遍天”,最终在白天的表现就会惨不忍睹。

  当然,白平衡本身不准的情况不能够怪光学防抖给出的曝光值错误,还是上面偏红色的情况,下面的样张再一次验证了这台光学防抖样机对“红色”特别敏感的毛病。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦 VS 光学防抖

  纵然拥有更近的对焦距离,纵然拥有更大的光圈,背景虚化也做得不错,但是白平衡出错绝对是这台光学防抖样机的硬伤。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦 VS 光学防抖

  这一张样张光学防抖样机终于修正了算法,快门时间和相位对焦技术的样机类似,不过ISO值依然是100。

微距、景深

  数码相机领域拍摄微距的时候,镜头如果离被摄物越近,机身越容易发生抖动,我们需要提高相机的ISO值,增大光圈,让更多光线在短时间内充足地进入数码相机的CMOS中,从而缩短快门时间,减少因为手部抖动而带来的成像模糊。

  智能手机领域也类似,不过由于光圈不可调节的,所以只能够在其它方面想办法缩短拍照时间,相位对焦是一项不错的选择,对焦时间缩短了,减少了反差式对焦那种漫长的等待时间,从根本上解决手部和机身抖动的起因。至于光学防抖嘛,也是一剂良方,能够通过OIS补偿镜片组,将反差式对焦时候因为手部抖动而错位的画面纠正,由于微距场景离被摄物很近,所以OIS的作用十分明显,相比没有上面两项技术的手机,只要有一阵风吹过,或者对焦速度慢上零点几秒,最终成片基本上就因为模糊而废了。当然,微距一直都是智能手机相比单反相机的优势所在,因为我们能够将镜头靠得被摄物更近。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖

  分别拥有相位对焦和光学防抖的两台手机,在这个环节势均力敌,不相伯仲,也印证了上述的论点。相比之下,接下来的“最近对焦距离”这个衡量指标,对于拥有相位对焦技术或者光学防抖技术的手机来说区别基本不大,因为这两项技术对最近对焦距离来说并没有实质作用。

最近对焦距离

  最近对焦距离不够近的手机,即使有相位对焦技术加持,在取景框迅速显示成功对焦的情况下,按下快门后依然会脱焦,而且焦点总是落在诡异的后方。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦,F2.0

  下面这一张样张最能说明上述这个问题,最近对焦距离不够近,光线充足、相比反差式对焦拥有更快对焦速度的相位对焦技术也恐无用武之地。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦,F2.0

  相比之下,在前面白天环节一直落后的光学防抖样机,终于凭借最近对焦距离稍近一点的优势扳回一局,当然,和光学防抖无关,只是赢在最近对焦距离上微薄优势。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖,F1.8

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖,F1.8

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦 VS 光学防抖

  拥有F1.8大光圈的光学防抖样机,在这个环节能够用更短的快门时间完成微距的拍摄,减少因为手部抖动而带来的模糊。这和数码相机上的理论知识是一致的。最后我想补充说明一点,引入新的对焦技术也好,引入光学防抖镜片组也罢,最近对焦距离是拍摄微距时候的一项重要指标,PDAF和OIS并不能优化这项独立的参数,三者关联不大。

  插个题外话,诺基亚 Lumia 1020和索尼那些2000万以上像素的摄像头在拍摄微距的时候,基本上都需要通过变焦来实现,最近对焦距离不够近,依靠高像素优势,在成片后裁剪画幅,等同于变焦之后获得类似的微距画面,这种做法有待商榷,毕竟直接获得和间接获得微距照片,在用户体验上还是有所区别的。

光线控制能力(逆光、立体感)

  摄影领域将光和影的交织分为三种关系:顺光、逆光、侧光。顺光能够从容驾驭自然光,不需要多考虑光线和被摄物之间的遮挡和曝光关系。侧光则稍微提升了拍照难度,自然光从侧面照射到被摄物,突显其轮廓和线条,一般需要立体感很强的构图时候就采用侧光。逆光则是最难驾驭的光影关系,也是变幻莫测的,所以手机在白天对光线控制能力也主要体现在逆光情况下。

  相位对焦技术受制于光线,只有在光线充足环境下才能够发挥其“一步到位”的对焦特性,所以对于配备相位对焦的手机而言,PDAF只是被光线控制,而不是控制光线。

  光学防抖技术则不同,OIS镜片组的引入能够对画面的曝光起到一定的调节作用,所以对于光线控制能力还是有一定作用的。

  色散原本是指复合光(例如太阳光)中各种色光的折射率不同,当它们通过棱镜时,传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜后各自分散。色散在自然界最常见的现象就是美丽的彩虹,但是在摄影领域,色散却是一种不好的现象,如下图所示:

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(色散)

  上图的黄圈区域出现了一大片色散,由于处于画面的中心区域,所以十分显眼,有碍观瞻。根据彩虹的定义,当太阳光照射到空气中的水滴,光线被折射及反射,在天空形成拱形的七彩光谱。所以并不一定在雨后才能够看到彩虹,喷水池也可以,同理,色散现象也并一定需要在雨后才会出现,我们应该尽量避免这种色散现象发生在摄影过程中。除了上面这种情况,另一种常见的出现色散的场合就是多种颜色事物互相交缠在一起,彼此都有可能将自己的颜色污染到身边的事物。除了色散现象无法驾驭,逆光情况下还有眩光、鬼影、紫边这些现象也是相位对焦技术和光学防抖技术无法解决的问题。

逆光(眩光、鬼影、紫边处理)

  逆光摄影的时候,由于太阳光线十分充足,充足到过量,进入镜头后就会出现很多负面影响,最常见就是眩光、鬼影和紫边三种现象。眩光和鬼影现象一般和镜头质素有关,而紫边现象和传感器尺寸以及像素的高低有关,综上所述三种问题是不能通过相位对焦或者光学防抖两种技术减少其影响的,当然如今配备了相位对焦和光学防抖技术的摄像头在镜头搭配上也愿意狠下成本,通过为镜头镀膜来减少上述现象的产生也并不是一件难事。

  这和数码相机领域在镜头上追加特定的滤镜其实是一个道理,由于手机镜头出厂之后不能够任意增加滤镜甚至更换镜头,所以厂家一般在手机出厂之前就为镜头镀膜,不需要用户自行处理,不过如今依然有不少厂商并没有针对逆光下的眩光、鬼影等问题,而为手机镜头镀上相应的膜来减少这些问题出现。

  眩光:由于强光造成照片发白、形成光晕的现象。有些特定的场合,例如突显森林的美丽,可能会刻意营造这种眩光现象。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(黄圈部分出现眩光)

  鬼影:太阳光线进入镜头后,经过多次反射之后,在光源的相对位置形成清晰亮点,犹如幽灵一般,固称之为“鬼影”。眩光和鬼影都能够通过在镜头镀上指定功能的膜来减少这种现象,至于没有镀膜的镜头,也能够通过切换角度,更改取景位置,调整曝光值等手段规避这些问题。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖(黄圈位置出现鬼影)

  下面这张图乍眼看上去还是挺符合实际观感的,只是逆光下出现了光晕现象,殊不知,放大细节之后同时发现了鬼影和色散现象。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(鬼影)

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(色散)

  紫边:逆光时候,由于被摄物体反差较大,导致高光和低光部分交界处出现色斑的现象,由于这种色斑一般显示为紫色,所以也称为紫边。紫边出现通常和镜头的色散、CCD/CMOS成像面积过小(成像单元密度大)、相机内部的信号处理算法等有关。Android阵营智能机那些高像素摄像头只配备小尺寸传感器,造成传感器成像面积过小(成像单元密度大),正好就和第二点造成紫边的原因不谋而合,这就解释了为什么如今智能手机搞测评,一上来就先测一下紫边现象,因为这是小尺寸传感器高像素摄像头的通病,iPhone一直以来都控制着摄像头的像素,800万像素摄像头连续使用了4代旗舰机,所以自iPhone 4s开始直到iPhone 6,果粉们总是自豪地炫耀着他们家的逆光照,怎么放大你也找不到它们的紫边,得瑟的人??!

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖(放大局部,紫边充满画面)

  当然,除了降低像素或者增大传感器面积,系统算法优化还是挺重要的,iOS的系统算法不仅仅对白平衡拿捏得十分准确,连紫边现象也是“赶尽杀绝”,相比之下,由于Android系统开源性的特点,原生Android系统对白平衡和紫边现象放任自流,唯有依靠各家厂商定制化系统的时候自行优化摄像头成像算法。

HDR(逆光宽容度,开启前后对比,天空自然过渡,太阳轮廓)

  HDR其实就是对同一场景连续拍摄3张不同曝光值(过曝、正常曝光、欠曝)的样张,之后通过ISP芯片在缓存中迅速合成1张高动态范围、高宽容度的PS照片,之后保存下来,将合成后照片显示在屏幕上,部分手机保留未开启HDR前的照片以做参考(自动另存多一张照片),例如iPhone 4,部分手机更将三张不同曝光值的样张(中间产物)保留下来。没错,其思路就是源于PS软件的功能。手机的HDR功能其实主要用于逆光场景,用于还原树荫下细节、太阳直射下的建筑细节,还原蓝天本来的样子,让天空层次自然过渡,描绘出太阳轮廓。请看下图:


探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖(开启HDR前 VS 开启HDR后)

  纵然相位对焦技术和光学防抖技术对逆光下色散、眩光、鬼影、紫边现象束手无策,但是在HDR环节,两项技术都有不错的辅助作用。通过光学防抖镜片组协助,在连续拍摄三张HDR合成素材的时候,手机中ISP能够延长曝光时间,让三张素材得到不错的曝光参数,合成时候拥有更多亮部和暗部的细节。如上图所示,在开启HDR前天空一片苍白,开启之后层次分明,请看下面的局部放大图,夕阳西下准确还原回来了。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖(局部放大图)

  相位对焦技术同样能够对HDR合成起到推波助澜作用,不过和光学防抖不同的是,只限于白天。由于白天的对焦速度加快,让ISP缩短了连续拍摄三张曝光值不同的素材照片的时间,多出来的时间,ISP就可以通过采用耗时更长但是合成效果更好的算法获得更佳的HDR照片。接着我们看看相位对焦技术对HDR合成的帮助,请看下图。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(开启HDR前)

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(开启HDR后第一张)

  这是第一次HDR合成的结果,画面亮度并没有大幅度提升,部分阴影处细节得以还原,下午一点左右的太阳轮廓在HDR前后都能够清晰地还原出来,天空的云朵也仙境般地衬托着太阳伯伯。但是违背了我们一贯的认知,为什么HDR合成前后差别那么小,在我连续拍摄完后面四张备选样张后,又恢复以往对HDR的认知了。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
相位对焦(开启HDR后第二张)

  这一次,暗部细节还原得更多,大厦玻璃外墙和楼顶四个大字已经能够清晰看到轮廓和线条,遗憾的是,天空中圣域般存在的太阳和云彩消失得无影无踪,看来要彻底提高画面亮度,最终必然就牺牲了亮部细节。同一场景下光学防抖机型又如何?

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖(开启HDR前)

  开启前白云蓝天观感已经很好,1300万像素的解析力让云朵的边界和厚薄程度清晰可辨,太阳轮廓也勾勒出来了。不过暗部细节却一片昏暗。

探究相位对焦和光学防抖对拍照的作用
光学防抖(开启HDR后)

  开启HDR后,暗部细节的大厦外墙、顶部招牌、树木枝叶全部都准确还原出来,天空部分和相位对焦机型不同,样张保留了太阳和云朵的细节,只是相比开启HDR前,云朵的细节缺失了不少,太阳出现了诡异的红光和橙光,而且伴随了色散现象,让天空被一道彩虹般的曲线抢去了关注度。


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