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                為什么現在的某些手機攝像頭彗差現象這么明顯?
                來源:經濟日報-中國經濟網 時間:2020-03-10 16:32

                關注Soomal 手機攝像頭內容的讀者,應該發現了,我們在近一年多的各種拍攝體驗中,經常提及彗差,在最新《Soomal手機攝像頭評分試行方案 第二版》中,我們更是將彗差作為一個考核點。什么是彗差。

                彗差即彗形像差,是一種常見的光學現象。離光軸越遠,越靠近鏡頭邊緣區域,像差越明顯。當明亮區域或者高亮點時,明亮區域指向鏡頭邊緣的方向會形成由細變寬的光斑或光暈,看起來像彗星的尾巴,故名彗形像差。

                彗形像差形成示意圖 圖片來自維基百科

                根據彗尾的指向,分為正彗差和負彗差,負彗差較為少見,我們評估的鏡頭中,很少遇到負彗差。而正彗差,在主流機型中越來越突出。彗差與鏡片類型和鏡組結構有直接關系,也與鏡頭光圈大小有關。屬于硬件素質。

                Xiaomi 小米 CC9 Pro智能手機-實拍-彩筆 制造商=XIAOMI;型號=MI CC9 PRO;焦距=7毫米;等效焦距=24毫米;光圈=F1.7;測光模式=中央平均;感光度=ISO159;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/100秒;曝光程序=程序模式;場景類型=標準;日期=2019.12.31 11:09:33 Xiaomi 小米 CC9 Pro智能手機-彩筆[邊緣局部] 制造商=XIAOMI;型號=MI CC9 PRO;焦距=7毫米;等效焦距=24毫米;光圈=F1.7;測光模式=中央平均;感光度=ISO159;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/100秒;曝光程序=程序模式;場景類型=標準;日期=2019.12.31 11:09:33

                這是我們測試手機攝像頭常用的一個場景,這個場景可以暴露諸多缺陷,其中一個就是鏡頭在近距離拍攝時的光學表現。小米CC9 Pro在該場景中表現糟糕,中央到邊緣部分形成了明顯的拖尾現象,越靠近邊緣越明顯。

                Apple 蘋果 iPhone 11 Pro 智能手機-實拍-彩筆 制造商=APPLE;型號=IPHONE 11 PRO;鏡頭=iPhone 11 Pro back triple camera 4.25mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=26毫米;光圈=F1.8;測光模式=模式;感光度=ISO80;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/121秒;曝光程序=程序模式;場景類型=標準;日期=2019.11.01 10:09:31

                再看看iPhone 11 Pro在類似場景下表現,是不是好太多?

                為什么會大底感光器的CC9 Pro在這種場景下翻車呢?因為核心的原因恰恰來自大底。我們知道,手機的厚度是受限的,目前似乎大家能容忍的上限大概是10毫米左右,去掉外殼、顯示屏、感光器厚度等等,留給鏡頭的空間已經極為狹窄,這里能壓縮的空間只剩下攝像頭模塊的后焦距。玩單反和無反的讀者一定知道法蘭距的概念,手機中沒有法蘭,自然也沒有法蘭距,但有后焦距,法蘭距和后焦距不是完全的一回事,但在很多語境中具有相同的或者相近的意思,例如短的法蘭距會有什么設計優勢?換成短的后焦距會有什么設計優勢?意思相差不大。單反無反的法蘭距在很多典型的鏡頭應用中基本等同后焦距加一個固定常量,但使用轉接環就不屬于典型應用了,還有微距鏡頭增加放大環。所謂后焦距,即鏡頭后組到感光器表面的距離,而法蘭距是法蘭接合器到感光器的距離。

                鏡頭和感光器是不能完全貼著的,在設計攝像頭模組時,需要保持合理的后焦距。較小的后焦距,又會導致出現更大的光線入射角度,這對成像不利,會影響到多個光學指標,以及感光器邊角受光效率。所以,短后焦距一般最直接的影響就是邊緣成像會受到重大的影響。如果大底和小底感光器的機型都是一樣的后焦距,即便使用品質參數相當的鏡頭,那么,大底機型邊緣成像質量一定會差不少。

                手機攝像頭在設計空間沒有退路的情況下實現大底化,負面結果就是某些光學性能大幅的劣化,從目前我們對多機型的實測發現,尺寸規格大于1/2英寸的機型,大部分都存在較為明顯的彗差現象,底越大,越明顯,這其中受到物理限制,也因為這種限制的存在,在微距/文檔/美食等需要近拍的拍攝類型和題材中表現得尤為明顯。

                受限的還有鏡頭的設計,大感光器需要更大像場的鏡頭,但手機內部的空間同樣限制了鏡頭的體積不能提升太多,尤其是沿著光軸的厚度。而用戶還需要大光圈,如果此時上市的手機,主攝光圈才F2.0,消費者是不能接受的,而大光圈會加大邊緣劣化。如果使用可變光圈設計,用戶感知度不高,花錢未必能得到認可,關鍵是還會給體積造成更大的設計壓力。彗差有無可能改善?答案技術上肯定是可以的,因為目前大部分機型表現真的都很差。但似乎沒有什么廉價方案。

                不過,希望仍存在,畢竟現在是計算攝影時代,彗差有明顯規律可循,利用算法,進行修復,存在可行性。還有的可能就謠傳多年的曲面感光器正式被應用。在鏡組設計是就把彗差重視起來,也有利于降低彗差的影響。iPhone 對彗差控制良好,不能簡單的說是底小的緣故,和差不多大小底的機型,iPhone也是相對出色。

                極小的設計空間,消費者對大底的渴望,現實與預期的沖突,日益突出的彗差問題,是其中之一,但有心去解決,做得肯定能比現在強的。

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