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如今旗舰手机的大光圈虚化与相机还有多大的差距?

2023-02-21 11:27 作者:评者N大  | 我要投稿

最近正好在做”旗舰机的算法虚化模拟与相机真实光学虚化在实战时的差异“这个课题,所以就在这个问题下抽出自研课题的部分内容与大家分享一下我的所见与所想。

在这里先放个图,裁切成了同样的长宽比,请大家来猜猜哪个是vivo X90 Pro+拍的、哪个是富士X-H2(传感器APS-C幅面)配合XF 33mm F1.4R WR LM镜头(约等效全副50mm F2景深)拍的:

相信抛开色彩色深、只凭虚化来分辨的话,有七八成的阅读者暂时还找不到头绪。我把这组图作为引子,让大家了解一下2022年年底的移动影像旗舰手机,其模拟虚化已经进展到了什么水准,与真实光学虚化之间到底还有多大的差异。

我们先回到题主的求解,关于“手机景深虚化能否接近或超越相机”这个问题需要分两方面来说:

抠像精度与虚化量

首先是抠像精度,这是基于实景光学虚化(也就是传统光学相机体系)的最大优势,景深范围完全遵照镜头孔径、焦距、物距、传感器面积等物理法则,这意味着无论是主体、还是主体边缘至背景的过渡均为客观的物理形态(暨我们普遍认同的观测真实态)。

对手机来说,较小的镜头孔径、传感器面积、较短的焦距,每一个项目都是在拖浅景深的后腿,可以说这个系统天生是和浅景深有矛盾的。如果用户想在手机上创造具有浅景深观感的图片就需要借助基于深度侦测的算法模式来实现(如某些手机的人像模式或大光圈模式)。然而深度侦测的精度是有限的,会被real world的各种因素干扰造成概率性错判,依赖于采样就意味它的上限只能趋近物理法则而无法超越。因此只考虑“精度”的话,光学成像有着无法逾越的优势。

接下来就是虚化量,对纯粹基于光学物理法则的影像设备(传统意义上的相机)来说,虚化量是把“双刃剑”,在传感器幅面定死的情况下,更大的虚化量意味着需要更大孔径(体积、重量)的镜头,携带性开始受到制约:

以尼康的Nikkor Z系列85mm焦段的两枚镜头为例,增加一档光圈(从F/1.8到F/1.2)的同时还要维持高素质,就需要额外堆料,构建更复杂的光路结构,显著的重量与体积增加是无可避免的,这也是新出的Nikkor Z85mm F/1.2S比F/1.8的小弟不仅大了两圈,还重了不止一倍的原因。

这一情况对手机倒是还好,基于算法的手机体积并不太受虚化量影响(当然,为了提升虚化量下限,某些品牌也会使用更大幅面传感器与更大孔径镜头,这也会造成体积与重量的适当增加,但增幅远没有相机镜头那么夸张与显著),而且当保证了基础采样精度这根底线的品质之后,之后所有的迭代都可以将虚化量相对放心地拓展,换句话说,吃科技进步红利的手机与吃光学进步红利的相机,起点虽然相差悬殊,但两者的进化速度却不可同日而语。

前者需要巨量的体积为代价换取浅景深,而后者则依托精度与算法的发展,站在消费者的角度显然是后者的更易于被接受。随着深度检测的发展,已经开始有影像旗舰机在较为理想的工况下拍出与相机观感趋近的浅景深照片了,我再放几组不加标识的图片让大家猜猜哪个是手机拍的:

可以看到对比组的背景虚化表现是十分接近的,我问过不少人,只有几个老手通过高光压制(手机的特性)分辨出来,但大多数人都难以分清。多说一句,这两组照片都是隔着有一定反射的厚玻璃拍摄的,这种2年前会造成虚化翻车的场景现在也开始难不倒旗舰手机了。

这是有明显前后景的工况,如果你不是抠细节的老手,仅凭虚化品质是很难在小图看出端倪的:

就比如这组图,我让@楠爷猜,他是通过放大焦点区域找实体边缘的高光毛刺来判断哪张是手机拍的。

但通过放大到200%来找差距其实说明了两件事情:

1. 深度算法已经到了较高的水准,需要通过局部放大检验精度来判别;

2. 对于分享交流为主的社交圈来说,精度进一步强化的下轮迭代,旗舰手机的虚化模拟势必会满足大多数人在绝大部分工况下的浅景深拍摄需求;

势头很好是吧,OK,下面就来说说目前手机景深模拟的短板:

1. 近摄时的前景虚化品质与虚化量较低:

通过上图的对比我们可以看到窗框边缘有些错算且虚化量也不如相机的多(手机为vivo X90 Pro+2X焦段F/0.95模拟、相机为APSC幅面X-H2+XF33mm F/1.4镜头光圈全开)。

这种较为显著的差异主要集中在物距1m以内的拍摄工况,例如拍摄静物与花卉特写时,相机/手机与被摄物的距离通常是小于1m的,此时两者的虚化量差异就会比较明显:

或许我可以粗浅地理解为纵深算法在物距差距不大的工况下(如构图画面的最近与最远处均距离手机2m以内)无法展示实力。

2. 在背景有细密纹理或众多反射的工况下,手机的虚化模拟会出现错算:

上文说过,现在手机虚化模拟虽然进步显著,但采样精度依然是主要短板,在背景复杂场景下仍然有露怯的概率。

3. 视频虚化差距依然很大:

两机均使用4K60p记录,由于手机在4K视频记录时无法进行实时的虚化演算,虽然等效焦距相仿,景深仍明显比具有真实F/1.4光圈的镜头深不少(橱窗反射出的对街景象没有被虚化模糊)。

即使把主体与相机的物距拉近,让手机的景深刻意变浅,这一感观上的差距并没有缩小:

所以相机与手机之间虚化与景深的主要差距并非在静帧照片,而是在视频记录。

说到这里,咱们试着把话题延展一下:手机的影像记录功能是否会替代相机?

在《安卓传奇》中有这么一段描述,当Andy开始创造划时代的安卓(Android)系统并打算把它用于相机系统时(没错,一开始安卓系统是打算服务于相机的),风投们的态度都是抗拒的(即使Andy是常驻的场内专家)。

为什么?因为早在那个时候(2004年)手机已经开始大量蚕食卡片机了,风投明说每次新手机追加了新的拍摄功能,卡片机的销量就会相应下滑(只不过那时候不是因为画质而是因为便捷性)。

所以不止是现在,早在近20年前手机已经开始严重影响低端相机了,我认为消费者出现追随意愿的第一个节点出现在手机的性能与功能彻底超越PDA(个人电子助理)、浏览网页不再依赖WAP,此时消费者对手机的认知是极其正面且包容的。比如我,曾有过一台做工精美、采用全镁合金外壳的SONY CLIE作为随身娱乐助理,在手机(Mobile Phone)快速迭代的历程中,结果不到一年就吃灰了。

现在,手机能站在顶点是因为生活节奏与对信息获取渠道的依赖让人们不得不继续惯性地与手机“拥抱”,想象一下当在银行办理业务、餐馆超市支付、在车上电话会议、在路上开着分屏比价浏览、在图书馆写稿时,眼前的手机忽然凭空消失,你内心会产生怎样的焦虑,因为你知道有多少秘密与资料存在这方寸之间。

简而言之,如果有一款产品能把沟通、社交、查阅、支付、记录、出行以及生态多样性集于一体且小巧便携,那它就是天生讨好、活该受资本宠爱的存在,只不过这个角色不偏不倚地落在名为“手机”的器械身上罢了。

说回影像,我们通过随手一拍的对比来看看手机是怎么处理大光比场景的:

大家都是直出,由于计算摄影的存在,手机可以不借助稳定设备将明暗压缩信息至更窄的范围呈现,或许有朋友会说相机的画质上限更高,但别忘了对更多不追求大屏细腻画质的人来说,为了那些画质就要多带1500g设备出游简直是捡芝麻丢西瓜的蠢事,他们需要的是第一眼就讨喜、稍加处理就能立即分享的图片,还记得我刚才说的SONY CLIE嘛?在功能集成性降维打击的情况下,做工与材质都不是事儿,因为只要厂商想复制,这个项目就能很快被追上并替代掉。

文章的最后我再放几组图片,大家或许能明白2022年年底的影像旗舰手机已经处于怎样的分水岭了,而2023年的旗舰们只会更猛:

备注:

文中所有手机图片均为vivo X90 Pro+使用2X中焦镜头拍摄(约等效全画幅46mm视角)、相机图片均为FUJIFILM X-H2+XF33mm F1.4R WR LM(约等效全画幅50mm视角)拍摄。


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