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1118d19a94e7a61f37601224f58be30d Apple 甫上市的 iPhone 7 Plus 在拍照功能上受到不少討論,最引人注目的無非是其搭載的兩顆主鏡頭,可別提供一倍標準視角與二倍的光學變焦,但事實上,這兩顆鏡頭的運作並不像我們所想像的那樣簡單,蘋果還有更多事情沒有告訴我們...

第一顆鏡頭

從發表會前的諸多猜測到正式發表,iPhone 7 Plus 毫不意外的搭載了眾所矚目的雙鏡頭,在發表會上蘋果告訴我們,iPhone 7 Plus 具備的雙鏡頭皆具備 1,200 萬畫素,第一顆鏡頭為標準的 iPhone 鏡頭,光圈更大來到 f/1.8,同時採用全新的六片鏡片組,具備光學防手震,還有四色 LED 提供更真實的補光效果。

在發表會的規格之外,蘋果還有很多沒有說(圖為 iPhone 7 的主鏡頭)

第二顆鏡頭

到目前為止,這是第一顆鏡頭的敘述,這顆鏡頭與 iPhone 7 所搭載的主鏡頭是相同的,不過正如大家所知,iPhone 7 Plus 多了第二顆鏡頭,這顆鏡頭可以提供 2 倍的光學變焦倍率,可以提供更遠的視野,並且支援數位變焦至 10 倍,反之沒有雙鏡頭的 iPhone 7 僅可提供最多 5 倍的數位變焦。

▲蘋果的官方說法是,第二顆鏡頭可以提供 2x 的望遠倍率。

但蘋果沒有告訴你...

不過,關於雙鏡頭運作的詳細機制,蘋果並沒有告訴我們,以下我們將透過 Q&A 方式,來幫助大家更瞭解 iPhone 7 Plus 雙鏡頭的原理

▲iPhone 7 Plus 的雙鏡頭配置,左邊是一倍的主鏡頭,右邊是二倍光學變焦鏡頭。

Q1:第二顆鏡頭的實體焦距真的是兩倍嗎?

A:否

一如往例,蘋果不會在各種規格上多所著墨,除了提供 f/1.8 的光圈數值之外,對於兩顆鏡頭的焦距等數值蘋果官方都不會再多加標示,根據推測,第一顆鏡頭是等效焦距 28mm,第二顆則是等效 56mm,不過從 EXIF 資訊看來,第一顆鏡頭的實體焦距是 4mm,焦長轉換率是 7x,因此等效焦距是 28mm,但第二顆鏡頭的實體焦距並不是第一顆鏡頭的兩倍(8mm),而是 6.6mm

那麼,為何第二顆鏡頭仍可提供 2 倍的變焦倍率呢?如果要達到兩倍的等效焦距視野,焦長轉換率將是 56mm/6.6mm = 8.485x,焦長轉換率比第一顆鏡頭還要大,這代表什麼呢?這意味著兩顆鏡頭背後的感光元件不一樣大,且第二顆的感光元件尺寸較小。因此可以證明:第二顆鏡頭感光元件較小,且實體焦距並未達到第一顆鏡頭的兩倍。


除了感光元件較小之外,從 EXIF 資訊以及蘋果官方的數據也可看出第二顆鏡頭的光圈較小,為 f/2.8。而且蘋果沒告訴我們的是,第二顆鏡頭並未搭載光學防手震(Optical image Stabilization)。


▲第二顆鏡頭確實可以提供 2 倍的變焦倍率,但焦距並不是第一顆鏡頭的兩倍。

Q2:光圈較小,感光元件較小,這會有什麼影響?

A:畫質可能會有影響(低光環境下)

第二顆鏡頭光圈數值為 f/2.8,比起第一顆主鏡頭的 f/1.8 大約少了 1.3 EV,也就是說進光量大約比第一顆鏡頭少了接近 1.3 倍,且感光元件較小,這也意味著第二顆鏡頭在雜訊與畫質表現上可能會比第一顆要差一些。當然這是一般通則下的推論,實際狀況仍需視軟體上的調校。


▲一般來說來說望遠鏡頭鏡片大多較大,但這在 iPhone 7 Plus 上並非如此,原因在往後的篇幅我們會再說明。

Q3:那麼,望遠的那顆鏡頭可以拍攝更淺的景深嗎?

A:需視拍攝狀況,景深並不一定較淺

景深三要素是:實體焦距、光圈大小、被攝物距離。實體焦距越長,景深越淺,光圈越大,景深越淺,被攝物距離越近,景深也會越淺。假設由這三點來套用 iPhone 7 plus 的兩顆鏡頭,並且將被攝物距離(拍攝距離)固定:

  • 第一顆鏡頭:焦距 4mm 光圈 f/1.8
  • 第二顆鏡頭:焦距 6.6mm 光圈 f/2.8

注意到了嗎? 第二顆鏡頭雖然是望遠焦距,光圈較小,淺景深的表現並不一定會比第一顆鏡頭更好,如果把被攝物距離計入,兩顆鏡頭在「同樣構圖」下,用第一顆鏡頭拍攝距離更近,比起第二顆鏡頭更可能取得更淺的景深。結論是第二顆鏡頭在淺景深的營造上,並不如我們想像的有優勢。但在年底前,蘋果官方將會釋出 2x 鏡頭的「景深效果」更新,利用模擬運算虛擬出媲美單眼相機的景深效果,透過這項功能也會改善 2x 鏡頭的淺景深表現。

不過,為何要用「實體焦距」的 4mm而不是用「等效焦距」的 28mm 來計算呢?因為實體焦距關乎到真正的光學表現,等效焦距則會依據感光元件大小,而有不同的裁切倍率,因此在光學的計算上,只能套用實體焦距來計算。


▲使用一倍的主鏡頭在拍攝距離近的狀況下仍可營造淺景深。(iPhone 7 Plus 拍攝)

Q4:這樣,第二顆鏡頭的優勢在哪呢?

A:戶外拍攝遠景較佳

更小的光圈、更小的感光元件、沒有光學防手震...那麼第二顆鏡頭的優勢在哪?與沒有雙鏡頭的 iPhone 7 相比,iPhone 7 Plus 第二顆鏡頭可以提供 2x 光學變焦,且數位變焦長達 10x。不過在實測上,第二顆鏡頭在望遠端還是有畫質優勢的


我們站在同一個位置,用 1x 的主鏡頭與 2x 的第二顆鏡頭分別拍攝一次,再擷取至相同尺寸的原圖,可以看到第二顆鏡頭比第一顆鏡頭放大兩倍的畫質還要好上許多

當知道了 iPhone 7 Plus 雙鏡頭的特性之後,接下來我們來討論更進一步的問題。先說結論:

雙鏡頭,並不是你切到 2x 就一定會運作

在 iPhone 7 Plus 操作介面上,有一個 1x、2x 按鈕,當按下後相機就會切到二倍變焦,而如果用轉盤的話則可提供最遠至 10x 的數位變焦。但事實上當你按下 2x 按鈕後,iPhone 7 Plus 並不一定會用第二顆鏡頭拍攝

如果你手邊有一支 iPhone 7 Plus,試試用手指把第二顆鏡頭(靠近閃光燈那顆)遮住,對 30cm 以內的物體取景,然後切換至 2x 拍攝看看,手機一樣可以拍攝對吧?但你明明遮住了第二顆鏡頭不是嗎?這時候你所拍攝下的照片,並不是第二顆 2x 鏡頭所拍攝的,而是利用第一顆鏡頭拍攝再處理後所呈現的。


▲如同發表會上所說的,iPhone 7 Plus 拍照介面有個 1x/2x 變焦鈕可切換,但按下它並不一定真的是「光學變焦」。

Q5:什麼狀況下按下 2x 時,才真正是用第二顆鏡頭拍攝呢?

A:主要有兩個條件限制

根據我們的實測以及與友站相機編輯的討論後,這第二顆鏡頭要啟動需要一定的條件:

  • 1.光源要充足
  • 2.距離要夠遠

透過上述簡單的遮鏡頭法實測,iPhone 7 Plus 需要足夠遠的距離,拍攝距離在大約在 50~100cm 以上才會啟動第二顆鏡頭。除了距離要夠遠,光源要充足更是第一條件,在昏暗的環境下無論多遠都不會啟動第二顆鏡頭

Q6:那麼,在第二顆鏡頭沒有啟動時,我按下 2x 鈕所拍下的到底是什麼?

A:是第一顆鏡頭補差運算的結果

現在我們知道 2x 二倍光學變焦的第二顆鏡頭並不是時時刻刻都會運作,而是有條件啟動,但我們在用 iPhone 7 Plus 拍照時,卻是每次都可以按下 2x 取景,這又是為什麼呢?實際上在這種狀況下都只有用第一顆鏡頭在拍攝,再經過二倍的數位變焦處理,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,或是環境太昏暗的狀況下,這時候按下 2x 拍攝所得的照片,其實都只是第一顆鏡頭經過二倍數位變焦處理的結果,並不是真正的光學變焦


▲距離拍攝物體 50cm 以內,這時候拍攝的照片都不是真正的光學變焦。

同樣按下 2X 變焦拍攝,但 EXIF 資訊卻顯示仍然是第一顆鏡頭(4mm f/1.8)所拍攝

Q7:為什麼要這樣設計呢?

A:有很多原因,我們嘗試做了一些非官方的解釋:

蘋果官方並沒有明言在特定條件下切換 2x 其實是數位變焦,我們也無法得知這樣設計的原因是什麼。有一些可能的原因是我們所推測的:

  • 1.第二顆鏡頭有最近對焦距離的限制。
  • 2.第二顆鏡頭光圈較小,在昏暗環境下進光量較小,影響較明顯。
  • 3.第二顆鏡頭感光元件較小,在昏暗環境下雜訊可能較多。
  • 4.第二顆鏡頭沒有支援光學防手震,在昏暗狀況下可能造成影像晃動。

關於較小的 f/2.8 光圈、較小的感光元件這兩點,我們已在前面的篇幅中提到,這些條件確實可能在昏暗環境下讓影像品質更差,不過防手震這點也是影響因素之一。實測觀察 EXIF 資訊可以知道,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,感光元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元件較小,種種因素考量進去,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,經常會有色調與白平衡上的差異。

Q8:所以我該怎麼知道我切 2x 時,它真的有在用第二顆鏡頭拍照?

A:遮鏡頭或是 EXIF 資訊判別

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即時判定了,或是拍攝之後可以用軟體檢視 EXIF 資訊,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 變焦是數位運算的結果,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:

實測的結果是,雖然近距離狀況下 2x 是數位變焦,但畫質有經過銳化演算,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,畫質應該會比第一顆鏡頭數位放大 2 倍還要差吧。

Q10:錄影時的狀況也一樣嗎?

A:是

沒錯,錄影時第二顆鏡頭仍然受限於前面提到的兩項條件:拍攝距離與環境光源,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像中好用?

A:仍有其用途

雖然第二顆鏡頭並沒辦法在低光源狀態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,帶來的畫質表現仍然是難以取代的,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:那麼切換變焦滑桿至 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

iPhone 7 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於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位變焦效果。

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位變焦得來,即使是拉到 10x 變焦也是如此


▲雖然在任何狀況下都可以拉動變焦桿來取得倍率更高的照片,但第二顆鏡頭仍然是有條件運作的。

結論:雙鏡頭的運作比你所想的還要複雜

其實在測試過程中,我們與友站的相機編輯還發現了這組雙鏡頭的其他特點,第一顆鏡頭除了負責在陰暗環境下 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、感光元件較小、也沒有防手震配置,這樣的設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,因為你經常會弄不清楚 2x 變焦照片到底是數位還是光學變焦,拍完照還要進軟體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(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。在室內等光源較暗的環境下,第一顆主鏡頭會肩負主要的拍攝角色

我們的建議是...

對於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果都只會用到第一顆鏡頭,第二顆鏡頭真正的強項在於望遠的畫質,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 使用者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 倍率時都帶給使用者很平順的感受。不過大家在看相關的 iPhone 7 Plus 評測文章時也不妨想想,這些變焦後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 鏡頭的模組比主鏡頭要來的小上一些。(來源:iFixit

來看看別家的雙鏡頭

雙鏡頭配置在近幾年並不少見,例如 LG G5、華為 P9/P9 Plus 皆是,其中 LG G5 是採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,但採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用(致敬)出現。

雖然蘋果的雙鏡頭在使用上並不如筆者一開始所想,一按下切換就是切到第二顆鏡頭,但寫在最後,筆者也希望有這麼一台手機能夠實現這樣的規格:廣角端等效 24mm f/1.8,望遠端等效 50mm f/1.8,兩者皆支援 OIS 光學防手震,最近對焦距離皆可到 10cm。如果能夠做到這種規格那想必是非常完美了,不知道屆時 iPhone 8 有沒有機會呢?

當然,我們對 iPhone 7 Plus 的測試並不會就此告終,後續 T 客邦也將立即著手 iPhone 7 Plus 的實拍評測,請大家拭目以待。

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