在双镜头年代,你的手机镜头已经不再是镜头

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2016-09-24 12:19

正如不少媒体所预料,iPhone 7 Plus 进入了双镜头的时代。

虽然说 iPhone 绝不是第一个使用双镜头的手机,但爱范儿主笔 Odin 曾指出,苹果甚少采用最前沿的技术,但往往会把还未能量产、或成本太高的新技术,透过大量生产的方式来降低售价,这些零件才能得以普及,促使整个产业跟进。

iPhone 7

同样地,iPhone 7 绝不是第一个采用双镜头设计的手机 ,但考虑到 iPhone 的影响力,爱范儿相信:手机的双镜头年代快将开始。

手机镜头的死胡同

为什么手机要用双镜头?关键在于手机照相能力已到了尽头。

手机作为一个大众化的消费级产品,一直都处于照相能力的军备竞赛之中。最初手机照相能力之争,重点在于分辨率:由 60 万、200 万、500 万、800 万一直斗到千万级以上,非要把手机的画面放大到 “数毛” 的阶段,业界才发现手机 CMOS 的尺寸与分辨率已经去到难以共存的地步。

然后,产业之间开始不断地增加镜片数目、也不断地增大镜头光圈、不断地增大 CMOS 面积、不断地加入光学防抖等零部件,直至连 iPhone 也有一个丑得不能再丑的凸出镜头(下图),直至连 iPhone 也要为加入光学防抖而砍掉 3.5mm 耳机,大众才开始留意到:手机内部已经难以单纯透过硬件来提升成像能力。

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更重要的是:手机厂商值得为了提升相机的成像能力而作进一步的牺牲吗?在经济学上有一个边际效用递减定律 (Law of diminishing marginal utility),指的当消费者会增加一个单位产品所取得的额外效用,会随着数量的增加而下降,直至边际效用达到负值时(即每增加一单位产品,效用反而减少),消费者将不会喜爱该产品。

手机镜头的边际效用定律

同样地,手机镜头的性能增长,也受到边际效用递减定律所桎梏 (下图)。在手机镜头发展的初期,手机的拍摄质素实在太烂,所以我们可以每一次增加分辨率、每一次增加新的镜片、每一次加大镜头和感光元件,都会带来用户在拍摄体验上的飞跃。

但是,成像能力的飞跃到了 iPhone 5s 开始进入死胡同。

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当时就有不少评测者,开始把 iPhone 5s 与专业级的单镜反光相机 (DSLR) 相比;但这绝不是指 iPhone 5s 的真的达到专业级相机的水平,而是指一般用户开始不太在意手机与专业级相机照片的细微差距 ── 尽管对于摄影爱好者来说,差别是巨大的。后来华为偷偷的把佳能相机的照片,偷偷扮成是旗下手机拍摄的照片 (下图),就已经反映了就连厂商也觉得普通用户根本也不在意,所以才敢指鹿为马,“以次充好”。

Huawei 5D3

当普通用户已经不再重视那些 “细微” 的成像提升,但手机公司为了与对手竞争,仍然肆意的把相机元件提升,直至 iPhone 6 那个丑陋的 “凸镜头” 后,导致怨声四起,业界才开始留意到:手机的空间已经不容我们无限量增加提升成像能力

当年用户会被 iPhone 5s 的镜头所打动,但很难再为 iPhone 6s 的镜头而心动。同样地,我们不是说单镜头不能再继续提升,但改良镜头时所付出愈来愈多的成本、在机身里所作出愈来愈多的妥协,只能换来摄影爱好者的赞美,但对于一般消费者来说,却是愈来愈微不足道。

故此,厂商必须在最小的牺牲下,为用户带来最新的价值。所以,双镜头就应运而生了。

手机镜头作为传感器

双镜头的重要性在哪里?因为它拍出来的不光是 “成像”,而是 “数据”。

因为相机镜头发展至今,已经由单纯的 “镜头”,变成手机的其中一个 “传感器”。爱范儿主笔 Odin 在 2013 年 iPad Air 推出时,曾对苹果没有提升这 “生产力工具” 的摄像镜头表示失望,原因是:

请不要光是把 “相机” 视作为 “相机”,要把它视作为 “传感器”,就知道它的潜力所在 ── 有了相机,你可以把平板当成扫描器 (Scanner);也可以把平板当成是增长实境 (Augmented Reality) 的屏幕…

事实上自手机进入智能化时代开始,开发者就不断为手机镜头加入 “拍照” 以外的新功能:手机应用 Scanner Pro 会把手机镜头当作扫描器 (Scanner),微信 (WeChat) 也大量把手机镜头当成二维码扫描器,甚至用作移动支付之用(下图);也有手机应用能把镜头用作测距,或是把把镜头作为 AR 应用。

QRcode

尽管照相机进入数码化已经有不短的日子,但一直以来手机厂商重视的是 “成像” 不是 “数据”,所以大家的关注点仍然是 “光学”。直至 HDR (High Dynamic Range) 流行后,手机厂商才开始采用多重照片合成,来改善相片质素。

苹果在 2011 年的 iPhone 4s 开始,在索尼的 CMOS 以外再自行研发自家的图像信号处理器 (ISP, Image Signal Processor),在 iPhone 5s 发布会里,苹果展示 iPhone 如何在一次的拍摄里生成海量的照片,再合成最好的照片(下图)。当中的每一次光学成像,在处理器里已经不再是单纯的光学影像,而是数据和算法。

iPhone-5s-camera

同样地,双镜头的重要性并不是因为它有双镜头。

单纯从硬件来看,双镜头拍出来的成像,极其量就是两张不同质素的照片,单独看起来意义不大。但如何发挥双镜头的优势,关键已经不单单是光学,而是合成算法 ── 爱范儿早前就曾报道过,苹果近年虽然在人工智能上默默无闻,但实际上他们早就对此深度研发;刚好在 iPhone 7 的发布会上,苹果的高管 Phil Schiller 指出,他们在 iPhone 7 的镜头里大量使用机器学习 (Machine Learning)(下图)。

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简言之,未来手机镜头将会步入新的时代:影像算法和人工智能。

双镜头的 “传感器” 作用

目前的消费级设备上的双镜头运算,主要以两种方式为主,一是双目 “叠加”,二是双目 “视差”。

手机的双镜头运算,目前主要以 “叠加” 来增强摄影功能。HTC One 和 iPhone 7 一样,均以双镜头为手段,让手机在没有变得更厚的情况下,把两个影像数据对比,然后进行像素叠加,借此达至无损/低损的数码变焦功能。

而华为在双镜头的处理则有点不同:它们以一个黑白、一个彩色的镜头组合,利用黑白传感器有更佳光线感应能力的优势,再把彩色镜头的色彩信息叠加(下图),借此取得更好的低光拍摄能力。不过,两者都可以把不同焦距的效果叠加,然后让用户能在后期调整景深。

Huawei P9

相反,目前不少非手机设备的双镜头运算,却是以 “视差” 来测距,借此进行 3D 建模。目前的体感游戏设备、VR 设备、以致无人机和无人驾驶汽车的自动避障功能,均过双镜头摄影机透过镜头之间的距离,使影像出现 “视差”,然后再把两个不同的影像数据对比,用三角算法计算出镜头与对像之间的距离 (下图),并即时绘画立体影像,借此渲染虚拟影像、或计划安全的行驶路线。

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然而,由于 VR/AR 技术、以及自动避障技术愈来愈流行,导致早前不少媒体误以为 iPhone 为首的双镜头阵营,将会把手机带到 VR 世界里。

问题是 “双目叠加” 和 “双目视差” 的设备,在目前的科技下仍然是个矛盾命题:双镜头的两个影像的差距愈少愈好,系统才能更准确的把影像无瑕叠加,故此,两个镜头必须尽量靠拢在一起;但 VR/AR 所用的双目视差,两个影像必须有够差距,两者之间的夹角才能增加,运算精度才能提高,所以两个镜头之间的距离必须愈远愈好。

Stereoscope

除了是双镜头距离之间的矛盾之外,目前使用双目视差来进行 3D 建模,所需要的计算能力远远比影像叠加要高。大疆 Phantom 4 就以专门的 FPGA 来进行双目运算,而 HTC Vive 更需要高端桌面电脑才能推动,而坊间大部份的无人驾驶汽车也要使用 “核弹头” 级别的专门图像处理器来计算。但以目前手机芯片的处理速度和手机的续航力来说,根本不足以进行 3D 建模。

简言之,iPhone 在短期内,不可能透过双镜头做到任何与 VR/AR 有关的事。

但是这代表苹果 “未来” 真的不可能透过相机头加入 VR/AR 阵营吗?我们并不知道。但是,爱范儿早前引述苹果 CEO 库克的说法:VR 和 AR 两者,他们更重视的是 AR。而 AR 正是需要大量使用镜头作传感器的交互方式。

也许 iPhone 在今天的水平仍然不足以在 AR 做些什么事,但苹果在 iPhone 7 上开始,累积双镜头的算法,等候几年后的硬件爆发时,就可能是时候了。

手机摄影将会进入新时代

虽然如此,也许目前的科技未能协调两者的矛盾,但在双镜头的带领下,未来手机摄影仍然不可避免的进入 “智能”、甚至是 “计算机视觉” 的时代。

以往 “爱范儿” 也能造手机的时代已经改变,手机厂商将很难光以强大的供应链能力,以采购元件和把开源系统进小修小补,就能推出手机。所以,没有算法和人工智能技术的厂商,将会愈来愈吃亏 (大家还记得有多少人吐槽华为的双镜头吧)(下图)

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苹果也是一样。早前爱范儿负责影音的编辑梁梦麟,评价 iPhone 7 Plus 的虚化时,觉得这效果比起先前引入双镜头的手机厂商来说还是可以,朋友圈来的好评度颇高,但从摄影师的角度去看,这些照片(下图)距离相机还是有很长的距离。而且与通过光学效果实现虚化相比,苹果在现阶段的数码算法还不能达到这个高度。

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很明显,苹果在这方面还有很长很长的路要走。

同样地,相机元件厂商未来也要面对巨大的挑战。以往只提供硬件平台的他们,将要进一步提更完善的相机算法方案,更可能要与手机芯片制造商合作,把计算能力和影像计算整合,并为未来的手机元件产业带来更大的冲击,就例如高通 (Qualcomm) 就准备好双镜头模组方案,手机厂准备打开钱包买新组件吧。

且让我们拭目以待,这一次的双镜头革命会如何改变手机生态吧。

题图来自 giphy


26/9/2016 更新:

关于读者问及苹果移除 3.5 寸耳机与相机的关系,请看下图:

iPhone 7 different2

 

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