手機都有雙鏡頭了，為什麼相機還是單鏡頭_風聞

晨枫-军事撰稿人-古今多少事，都付笑谈中2018-12-26 02:12

2018-12-26

經常有人問起：為什麼手機有雙鏡頭，而相機只有單鏡頭？答案很簡單：相機只需要單鏡頭。手機由於天然侷限，單鏡頭做不到相機能做到的，所以用雙鏡頭“作假”。沒錯，手機的雙鏡頭是作假用的。當然，作假效果不錯，使得很多人都滿意了。只是假的畢竟是假的。

鏡頭是成像用的，但成像不一定需要鏡頭。針孔相機就沒有鏡頭，用細小的針孔成像。針孔相機不需要對焦，因此具有無窮大的景深，也不存在光學畸變、色差、色散等問題。但針孔在理論上要求無窮小，邊緣無窮圓整光滑。這已經很難做到了。針孔相機最大的問題是成像非常暗淡。只有那麼小一個洞透過光來，怎麼可能不暗淡呢？既然如此，那就擴大針孔，讓更多的光進來不行嗎？行的，但結果是圖像越來越模糊，最後根本不成像了。想想也是，打開窗户，房間裏很亮了，但牆上有圖像嗎？肯定沒有，只有一大片光亮。

針孔相機形成的圖像，景深無窮大，但曝光時間也是巨長

四周有暗角也是針孔相機的特徵

要擴大針孔，就需要鏡片，一般是玻璃的，也可以用光學塑料或者其他透明物體。中學物理裏用水滴形成透鏡，這是一樣的道理。鏡片就有聚焦問題，還有光學畸變、色差、色散等問題，但畢竟可以在“正常”條件下獲得足夠的亮度，能夠成像了。自然，鏡片越大，透光越多，畫面越明亮，或者説，可以在越暗的條件下依然正常成像。

在膠捲時代，膠片的感光度有限，鏡頭是低光條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。在數碼時代，調高ISO很容易。膠捲時代ISO 100是標準速度，400就是“快片”了，2400是不可思議的快片，好像沒有更快的了。在數碼時代，尤其是數碼單反，6400都是10年前的水平了，現在動輒50000以上，有的甚至可以擴充到256000。換句話説，只要有一絲光亮，就能拍出大體可用的圖像來。

但低光時推高ISO是有代價的，代價就是噪點。用大光圈，可以降低對高ISO的要求，降低噪點。説到大光圈，手機相機的鏡頭光圈是不可調的。換句話説，永遠是最大光圈，也沒有這個空間安裝機械光圈。一般説來，光圈越大，景深越小。手機鏡頭動輒f1.8、f2.2，數碼單反要是永遠用這樣的光圈，那就經常會出現鼻子清楚了、耳朵就模糊了的事情。但手機相機沒有這樣的問題。相反，手機相機常見的問題是不管拍什麼，統統是前景後景都清楚。對於到此一遊或者自拍照來説，這很好。但要想有一點表現力，突出主題，尤其是後景適當模糊，這就糾結了。這牽涉到另一個問題，景深不僅取決於光圈，還取決於成像大小。以全幅數碼單反為基準，在同樣的光圈下，1.6倍APS-C（對角線長度為全幅的1/1.6）的景深增加1.6倍。高檔數碼卡片機用一英寸成像芯片就算大的了，那就是2.7倍等效；更常見的1/2.5英寸成像芯片的低檔卡片機則是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，都大體在低檔卡片機等級。

換句話説，手機相機的景深天然就很長，大約是全幅相機的6倍，要那種背景糊化的效果就難了。噹噹噹，第一種雙鏡頭應用出現。主鏡頭還是拍照用的，輔助鏡頭不拍照，但用於測距和標定主要對象，並用大幅度脱焦的第二張照片與原照片合成，用脱焦模仿大光圈效果。問題是大光圈的景深效果是漸進的，可以由近而遠逐步增加模糊度；而脱焦的效果是跳躍的，中間無法過渡。如果畫面沒有中間距離的東西，這作假可以以假亂真；但要是有中間距離的東西，就容易穿幫，看着假。

真正的大光圈下的景深效果

手機（這裏是新的谷歌手機）的模仿效果

但這樣缺乏中景的場面就不大容易看出差別了

但卡片機的最大光圈在f4.5-5.6級，遠遠大於手機的f1.8-2.2級。卡片機鏡頭的直徑更是顯然遠遠大於手機。這是由於焦距的差別。三星S7的焦距為4.2毫米（35毫米等效為26毫米），這在過去就是超廣角了。f1.7意味着鏡頭有效直徑約2.5毫米。廣角鏡頭是掃街利器，35毫米和28毫米是最常見的掃街焦距，所以市面上固定焦距的高級數碼卡片機（如富士X100系列、理光GR系列）大多是35或者28毫米固定鏡頭。這也是自拍最有用的焦距/視角。問題是，人們也喜歡拍特寫，這就需要長焦了。從適合拍人像的75-85毫米的小長焦，但萬金油100-200的中長焦，到打鳥、狗仔專用的300毫米以上超長焦，不一而足。

過去長焦就是另一個鏡頭，現在可以用變焦，一鏡走天下。但手機鏡頭連機械光圈都沒有地方，變焦鏡組就免談了。怎麼辦？用數碼剪裁。把圖像的中間部分摳出來，不就等效於長焦的視角了嗎？沒錯，但代價是畫質。手機相機像素再多，也經不起這麼摳。三倍是對光學質量要求特別高的變焦的極限，像人們津津樂道的“大三元”（16-35毫米/f2.8、24-70毫米/f2.8、70-200毫米/f2.8），基本上沒有畫質損失，或者説畫質在任何焦距都與同等焦距的定焦鏡頭相當。但業餘級的要求沒有那麼高，10倍、15倍也時有所見，像18-300的“通用變焦”。一般認為，10倍變焦的畫質不好，但從廣角圖像裏摳的數碼變焦就可怕了。3倍變焦相當於只用中央10%的芯片面積，10倍就相當於只用中央1%的面積了。也就是説，22MP變成0.2MP了，就等着看馬賽克吧。再糟糕的光學變焦也比這強一萬倍。

長焦距在成像上的效果可以等效為窄視角

用中心剪裁也可以得到相當於變焦的效果，問題是周圍的像素就丟失了，放大到同樣尺寸，必然損失畫質

這是10倍變焦的剪裁等效，看看只有多少原畫面還剩下了

10毫米到300毫米的不同視角效果

光學變焦（中）與數碼變焦（右）的差別，左為原圖

另一個問題是透視。走上前、退後可以得到同樣的物象大小，但前景與後景的相對關係就變了，尤其是長焦的“景深壓縮”效果就沒了

還有一個問題是“廣角變形”，對於一樣大小的人頭像，用廣角鏡頭拍，容易出現變形，好像臉被打腫了一樣，鼻子尤其大；而長焦拍出來的圖像更加悦目。所以日本有人專用300毫米的超長焦拍人像，這當然是有點變態了，超過70-85毫米以後改善效果就不明顯了。比較也能看出，長焦也容易得出更加悦目的“脱焦背景”，為了可比，光圈都設在f5.6

景深壓縮也是長焦的窄視角的效果

長焦的景深壓縮也是人們經常追求的效果

廣角本來是挺適合拍風光的

但取景時不水平的話，也特別容易出現這樣的“透視變形”，房子向中間倒

廣角對這個人人自拍的時代也很重要，不廣角把臉裝進去都不容易，但廣角變形也是不可避免的，看這鼻子

噹噹噹，第二種雙鏡頭上場：一個廣角，另一個長焦。廣角和常規手機一樣，在28毫米級，長焦由於光學限制，其實也沒多長，也就70-80毫米級，再長，就只有回到數碼變焦了。在這兩個焦距之間，則用數字內插來作假，實現等效變焦。畫質嘛，能覺得數碼變焦管用的，自然不會太在乎。以為手機像素足夠，不怕造，那是想多了。

説到手機的像素，這又是另一個問題了。手機的成像芯片尺寸不超過低檔卡片機，同樣像素的話，每個像素的尺寸就要成倍小於數碼單反。集成電路可以做得集成度越來越高，但光學規律不跟着摩爾定律走。每一個像素實際上有一個微鏡頭，這是Bayer濾色鏡，把自然圖像分解成三原色，三個像素各自對三原色敏感，然後三個像素的信息合成起來還原成一個彩色的“實際像素”。在給定芯片尺寸的條件下，為了提高像素數，只有縮小像素，縮小Bayer濾色鏡。但光學透鏡的縮小是有限制的，過小的透鏡導致衍射，可以理解為稜鏡把白光分解成七色光。不僅顏色上分解了，光束也散開了，導致聚焦失效。所以手機像素的提高已經差不多到物理極限了。另一方面，越小的透鏡透光量越小，需要像素本身的感光度提高，增加了噪點，低光畫面尤其明顯。良好光線畫面放大到大尺寸後也會明顯。

這是小芯片的天然侷限。Hasselblad HD5“只有”50MP，比典型手機只多一倍，但畫質是不能相比的。Hassy的圖像放大到櫥窗廣告尺寸一點壓力都沒有，甚至可以放大到馬路和高樓廣告牌的尺寸。手機圖像就只能嘿嘿了，放大到11x14英寸也已經很樂觀了。像素多總是好的，但像素和像素也是絕對不一樣的。有一句話：“最新手機的畫質已經超過了幾年前的數碼單反”。我有一張放大到48x32英寸的桑托里尼旅遊風光照，這是當年我用佳能40D拍的。40D是2007年8月推出的，只有10MP，在當時都不是頂級數碼相機。放大到這樣的尺度，畫面的分辨力當然不足以數頭髮，但依然沒有看得出來的馬賽克。還沒有見到過任何手機能做到這一點。

為了彌補手機相機低光噪點的問題，第三種雙鏡頭隆重登場。主鏡頭還是原來的，輔助鏡頭只產生黑白圖像。芯片只能感受灰度，而不能感受色彩。所以彩色畫面被分解為三原色，當作黑白一樣感受灰度，然後三個通道合成還原為彩色圖像。但落到每一個色彩通道上，灰度都要打折扣。另外弄一個獨立的黑白通道的話，沒有這些損失，建立灰度底調，圖像就“立”起來了。灰度豐富、乾淨，主觀清晰度也提高了。光線充足、色彩豐富的話，差別不大；低光條件下，本來色彩就缺乏，灰度顯不出來，這樣通過黑白通道建立基調就特別重要。彩色實際上好像在黑白的灰度上染色一樣，本來低光時色彩就不豐富。這是富士膠捲和東芝彩電當年也用過的花招，另加一層黑白層。

第四種雙鏡頭是用兩個鏡頭拍3D圖像，但看3D圖像需要特殊裝置，現在越來越少用，3D電視、3D藍光這些都在淡出市場了。

但手機“裸露”的簡單鏡頭現在還看不出有什麼辦法可以抑制眩光。這對逆光拍照很重要。

這是眩光控制失敗的例子

這是眩光控制成功的例子

再加兩張眩光控制成功的例子，這些都是手機幾乎不可能達到的效果

這張其實眩光不是太大的問題，但對焦點是問題，用手機的話，就看雙鏡頭是否能有效隔離主體、鎖定主體，但前景、後景的漸變過渡還是沒有辦法解決

有了雙鏡頭，可以彌補一些定焦超廣角的光學侷限，畫質肯定可以滿足到此一遊和家庭團聚之類的要求。加上美圖什麼的，而且看圖多數是在手機上的微信裏，反正只有比證件照大不了多少的圖，手機照片對於很多人的一般使用確實是“足夠好”了。加上方便，再好的照片也要相機在手才有可能。出門不一定帶相機，但誰出門都帶着手機，這就是一個大優點。但人最大的問題就是喜歡攀比。都依賴自動化的話，拍出來照片同質化是不可避免的。看上去樣樣正確，但就是平淡。在這個連肥皂都要追求手工的時代，同質化是炫耀的大敵，那什麼樣的照片才能“鎮住”朋友圈裏的人呢？