数码胜过光学？智能手机变焦新思路已经出现
试问 ， 智能手机的“光学变焦”和“数码变焦” ， 哪一种效果更好？
相信绝大多数朋友在看到这个问题后 ， 可能都会与曾经的我们一样感到有些可笑 ， 甚至嗤之以鼻 。 毕竟谁不知道数码变焦是台手机都有 ， 而光学变焦却多半是高端机型才有的配置 ， 孰高孰低这不是一目了然吗？
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不错 ， 如果这个问题是放到2019年或者更早些的时候 ， 答案显然是毋庸置疑的 。 但在2020年5月11日之后 ， 即便是一贯质疑智能手机高像素设计方向的我们三易生活 ， 也不得不感叹一声“时代变了” 。 因为一款完全没有光学变焦设计的机型 ， 日前却在权威测试中击败了其具备独立光变镜头的前代产品 ， 也颠覆了几乎所有人的认知 。
一款“伪光学变焦”手机 ， 在测试中大放异彩
2020年5月11日 ， DXOMARK放出了三星GalaxyS20+的相机评测结果 。 在这份报告中 ， 身为三星当今二号旗舰产品的GalaxyS20+取得了118分的总分 ， 其中拍照部分得分127分 ， 摄像部分得分100分 。 大体来看 ， 这款机型的静态拍照性能打平了iPhone11ProMax ， 摄像效果则与iPhone11ProMax、华为Mate30Pro ， 以及自家大哥S20Ultra不分上下 ， 算是一个表现比预期还要稍微好一点点的结果 。
但是如果大家之前有关注过我们三易生活的相关内容 ， 可能会记得GalaxyS20+这款机型的相机部分 ， 其实是存在着一个相当大的槽点、或者说相当特别的设计 ， 那就是它有一枚6400万像素的“假长焦镜头 。
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具体来说 ， 根据官方此前公布的信息显示 ， GalaxyS20与GalaxyS20+的主摄视场角为79度 ， 长焦镜头视场角为76度 。 而我们知道 ， GalaxyS20和S20+此次主摄采用了一颗定制的1/1.76英寸大底1200万像素CMOS ， 与其长焦镜头所使用的1/1.7英寸6400万像素S5KGW2传感器面积基本相同 。 于是乎 ， 根据相机画幅、视场角和焦距三者之间存在的公式 ， 我们就可以计算出GalaxyS20和S20+的1200万主摄焦距为26mm ， 而6400万“长焦”副摄焦距则是28mm ， 因此也就意味着副摄和主摄之间几乎不存在焦距差 。
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这意味着什么？简单来说 ， 就是GalaxyS20+的“变焦”完全是基于主副摄融合、AI计算 ， 以及靠副摄的大底高像素进行裁切而来的“数码变焦” 。 那么这样的变焦效果如何呢？在DXOMARK的评测中可以看到 ， GalaxyS20+的变焦单项得分为81分 ， 这是一个非常高的分数 ， 高到远远超过了公认具备真正两倍焦距（52mm）光学镜头远摄配置的iPhone11ProMax（变焦74分）和前代的GalaxyS10+（变焦68分） 。 也就是说 ， GalaxyS20+使用“数码变焦” ， 却击败了多款拥有真正“光学变焦”设计的竞争对手 。
为什么会这样？首先大家要明白手机的“变焦”的本质
数码变焦击败了光学变焦！乍看这个结论 ， 相信很多人都会觉得“震撼” 。 但是当我们进一步仔细研究其中的道理时 ， 就会意识到对于如今的智能手机而言 ， 这其实是个非常自然而然的结果 。
首先大家需要理解 ， 什么叫做变焦？在传统的相机上 ， 因为镜头本身可以调节焦点的远近 ， 所以我们可以通过调整镜头 ， 让或近或远的物体投射到机身内的底片（或者数字传感器）上 。 这时候传感器本身的受光面积（也就是像素值）不会改变 ， 改变的只有射入镜头的光线（被摄物）本身 ， 这就是所谓的“光学变焦” 。
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诺基亚808Pureview的“无损变焦”本质上就是裁切放大
那么 ， 何谓数码变焦呢？在传统的数码相机里 ， 当光学变焦的倍率被用尽（镜头达到最大焦距）之后 ， 为了满足部分消费者“希望看得更远”的需求 ， 相机此时会将传感器拍摄到的图像进行中心放大 。 很显然 ， 放大后的图片本质上只是CMOS捕捉到图像的一部分了 ， 表现在最终的成像上 ， 就是虽然的确看起来“更大更远”了 ， 但是图片的分辨率也会发生等比例降低 ， 画质急剧下跌 ， 这就是最传统的“数码变焦” 。
意识到什么了吗？没错 ， 如果我们只看过程 ， 那么“光学变焦”和“数码变焦”的区别主要在于变焦是基于镜头还是基于画面（数字信号）裁切 。 但是如果我们只看结果 ， 那么“光学变焦”和“数码变焦”的区别 ， 就会变成完全不同的另一个定义 。 也就是说 ， 是看变焦之后的画面的实际有效像素 ， 相比变焦之前有无降低 。 请记住这一点 ， 这种基于主摄的像素值来判断是否“无损”变焦的方式 ， 正是智能手机数字变焦可能击败光学变焦的大前提所在 。
比前代主摄还大的“变焦副摄” ， 这才是关键所在
举例而言 ， 在三星前代的旗舰机型GalaxyS10+上 ， 它具备一颗26mm焦距的1200万像素主摄 ， 和一颗52mm焦距的1200万像素“长焦副摄” 。 那么 ， 当我们在拍照时进行两倍“变焦”操作时 ， 得到的会是一张由副摄直接拍下的1200万像素照片 。 此时 ， 它当然可以按照我们此前的理论 ， 被称之为合格的“智能手机真光学变焦” ， 不是吗？
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iPhone和三星过去的光学变焦 ， 都是采用的带有两倍焦距光学镜头的副摄
但其实 ， 并非完全如此 。 因为在GalaxyS10+的相机模组里 ， 主摄使用的是一颗1/2.6英寸 ， 具备全像素双核结构的高端传感器 。 它的单像素尺寸高达1.4微米 ， 几乎相当于现在最新的超高像素方案“四合一”之后的水准 ， 因此画质很好 。 但是与此同时 ， 三星S10+的52mm长焦副摄所使用的传感器规格却要差上很多 ， 它的面积更小、没有高速的对焦设计、单像素尺寸也仅为1微米 ， 因此当我们使用这样的“光学变焦”手机进行拍摄时 ， 虽然它们的远摄镜头的确具备数倍的真正光学望远特性 ， 但是由于远摄镜头所对应的传感器画质缩水 ， 最终得到的“变焦”照片 ， 和真正的相机光学变焦相比 ， 实际上还是有很大差距的 。
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可以清楚看到 ， S20+的主摄和长焦副摄体积一样大 ， 镜头焦距也很近似
那么在GalaxyS20+里 ， 情况又是怎样的呢？首先 ， GalaxyS20+的主摄是26mm、1/1.7大底的1200万像素新方案 。 然后 ， 它的“长焦”副摄是一颗28mm镜头配合1/1.7大底 ， 6400万像素的设计 。 当我们使用这颗副摄进行“两倍变焦”时 ， 由于它不具备两倍于主摄焦距的物理光学镜头 ， 因此它的变焦必然是基于副摄“数字算法”来实现的 。 但是这个时候问题的关键就出现了 ， 首先 ， GalaxyS20+的副摄尺寸比GalaxyS10+的副摄、甚至比GalaxyS10+的主摄尺寸都还要大得多得多；其次 ， 当它处于“2倍变焦”模式的时候 ， 此时我们假设它纯粹只是基于副摄进行画面裁切 ， 那么它得到的“2倍变焦画面”应该是多大的呢？
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答案很简单 ， 应该是比1600万像素还要大一点点（因为S20+的副摄焦距还是比主摄远了那么2mm的） 。 然后 ， 再以这1600万像素的画面进行超采样到1200万像素 ， 从而达成“光学变焦”的效果 。 此时 ， 首先GalaxyS20+因为“长焦副摄”的底够大 ， 因此即便是只取四分之一的有效感光面积 ， 其等效感光效果还是会比前代型号中的小底副摄更强 。 同时由于具备更高的总像素 ， 即便因为“光shu学zi变焦”而只剩下1600万有效像素 ， “剩下”的画面在超采样到1200万像素之后 ， 画质吊打超小底的原生1200万像素自然也就变得毫无压力 。
而这也正是GalaxyS20+能够在DXOMARK的变焦测试中 ， 用数码变焦战胜前代真光学变焦设计的秘密所在 。
数码变焦并未全面逆袭 ， 但它确实揭示了一条新道路
简而言之 ， GalaxyS20+之所以会打败自家前辈、以及iPhone11ProMax这种“真光学变焦”机型 ， 其前提其实有两个 。 一是因为以往的那些“真光学变焦”手机 ， 在变焦副摄的镜头内所安置的传感器规格普遍并不高 ， 1200万像素的小底都算是相对好一点的了 ， 还有很多至今还在用着800万像素的方案；其次就是因为三星这一次给副摄塞了一颗超大的CMOS ， 甚至在数字变焦、在画面裁切之后都还比过去的主摄有效面积还大 。
这就好像两台单反 ， 一台800万像素的接上“大炮镜头”拍远景 ， 一台1亿像素的直接拍近景然后放大 ， 结果1亿像素的效果反而更清晰 。 我们当然不能说这是光学变焦的大炮筒镜头方向不对 ， 只能说只要底够大 ， 在当前的AI技术、多摄合成加持下 ， 数码变焦也确实可以做到比光学的效果更好了 。
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当然我们并不是说 ， 所有的智能手机数字变焦都能表现得比基于真正镜头设计的“光学变焦”更好 。 比如说对于像小米10Pro、像华为P40Pro、像三星S20Ultra这种本身主摄规格就已经非常高 ， 还堆了一大票光学镜头的旗舰机型来说 ， 它们的“光学变焦”效果当然还是胜过S20+这种超大底副摄“数码变焦”的 。
但是当大底、超高像素的CMOS在副摄上证明了自己作为变焦用途的价值之后 ， 这也的确为将来的智能手机相机揭示了一条有意义的新思维 。 比如说 ， 如果未来有厂商能将潜望式光学变焦和1亿甚至更高像素的大底CMOS结合起来 ， 那么我们是否将有望迎来真正堪称“天文望远镜”的智能手机拍照设计呢？
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