苹果在 2023 年秋季公布的 iPhone 15 系列首次将主镜头提升到 48MP ,同时iPhone 15 Pro Max 还在长焦镜头导入四次反射光学设计的 120mm 长焦镜头,若单看高画素主镜头、反射式长焦镜头等关键字,似乎这两项特色在 Android 旗舰机已行之有年,多数 Android 的顶级机型的镜头构成也都不乏这两项元素,甚至三星还在 Galaxy S23 Ultra 使用 200MP 的主镜头,不过毕竟作为潮流後进者,苹果向来是先做完市场研究後才导入技术,同时也会设法差异化,接下来笔者就以自己的理解解释苹果使用这两项镜头模组的方式与意义。

为了弥补更高倍长焦不得不在主镜头使用高画素元件

对於熟知相机硬体的摄影玩家而言应该不难理解手机相机的高画素有那麽些醉翁之意不在酒、并非为提升画质而来,且预设拍摄时多半会处在画素合并模式而非全画素输出,以手机感光元件相对专业相机小了许多的面积,采用高画素的意义在於提升使用上的弹性,尤其对 iPhone 15 Pro Max 进一步将长焦自等效 3 倍延伸到 5 倍,舍弃以往 12MP 元件改用 48MP 元件就显得更重要。

倘若把这张 48MP 元件换成同样面积与技术的 12MP 元件进行数位裁切会怎样?答案是理论画质还是会相对下降,因为 12MP 元件若进行等效裁切的结果只会剩下 3MP (因为 2 倍焦段等於元件的长、宽都只使用到 1/2 ,加乘下画素剩下 1/4 ),但以一般日常拍摄至少要把画素提升至 8MP 以上,故自 2 倍焦段後就需要数位演算法增强技术的持续介入。

以目前手机处理器 ISP 与 AI 的增强处理法的性能,进行 3 倍清晰数位变焦(意即裁切等效三倍区块後进行影像增强)的画质差不多就是极限、 2 倍清晰数位变焦则已达到不逊於原生焦段的画质,高於 3 倍以上的画质劣化就会相当明显,如早期 Android 阵营刚导入潜望长焦时,在主镜头衔接到长焦的画质也是经常被诟病的地方,即便到了现在,像是三星索性在 Galaxy S23 Ultra 再多搭载一颗 3 倍长焦镜头;当 iPhone 15 Pro 与 iPhone 15 Pro Max 的长焦提升到等效 5 倍时,若要维持 12MP 元件,自然在 3 倍至 5 倍之间的画质就会成为头痛的问题。

▲先前传闻指称 iPhone 15 系列的 48MP 元件是 Sony 的 Lytia 双层光电线路技术元件、意即现行 Sony Xperia 手机的 Exmor T 元件的同级技术产物

藉由搭载大面积的 48MP 感光元件,最大的优势就是能利用中央裁切模式裁出 2 倍焦段的等效 12MP 画素范围,先前笔者也在撰写 Xperia 5 V 的 Exmor T 的使用方式时提及,但毕竟 iPhone 用户可能不太关注 Android 阵营的资讯,笔者还是再简单带过真实画素裁切相较数位裁切的优势:虽然有效影像范围相同,但传统数位裁切是将已经进行过光电转换的影像档案裁切後再进行一次增强,等同经过两阶段的数位影像处理,像是拍完照片後再利用修图软体处理;而画素裁切则是直接将中央影像的光电讯号输出後进行增强再转换为影像档案,等同少了一次处理程序,像是原生拍摄的照片。

也由於数位裁切後可得到等效 12MP 的 2 倍焦段,可视为结合清晰数位变焦能将画质的好球带延展至 6 倍,使主镜头至长焦镜头之间的画质不会在 3 倍至 5 倍之间明显劣化;不过笔者还是想吐槽一下苹果官网写的 2 倍焦段是利用画素 4 合 1 应该是错误的,画素合并主要是使用在日常输出与夜拍, 2 倍焦段则是使用画素裁切而非合并。

另外, iPhone 15 全系列的 48MP 主镜头皆列出支援 24MP 与 48MP 高解析照片,这也暗示 iPhone 15 全系列的 48MP 主镜头在标准模式下皆为画素合并後的 12MP 输出,这也是目前手机上高画素元件的使用常态;至於画素合并的原理,就是把 4 x 4 画素矩阵当中的同颜色与相同相对位置的画素进行合并,不过以笔者对目前感光元件滤色片的认知,一般不会像苹果示意图将四个同色画素构成一个矩阵,每个矩阵都会有完整的 RGB (或 RGBW )四色画素。

四重反射长焦的目的在於缩减模组尺寸以及有利光学与相机模组化防手振

▲不同於一般潜望长焦模组使用一次反射, iPhone 15 Pro Max 采用 4 次反射

目前市面上看到 Android 旗舰手机的潜望模组多采用一次反射,利用一块反射镜将光线的路径转向 90 度之後,使原本需凸出机身的长焦光学路径得以横躺;然而 iPhone 15 Pro Max 则是使用 4 次反射设计,若以理论而言相对单次反射路径的画质会更为劣化,但从机构而言却能使模组体积进一步缩小。

▲一次反射的整体模组偏向狭长、光线路径直接但感光元件需转向 90 度,四次反射的模组则可将进光至感光元件的直线路径缩减、模组偏向方正但感光元件与机身平行

一般一次性反射的目的是把光线路径转向,而苹果采用的四次反射则是把光线路径变的曲折後缩减光学机构的「体积」,就如同把 1 公里的路程中间转 4 次弯之後的点到点直线距离会少於一公里一样,同时另一个重点是相较一次反射,四次反射路径後的感光元件仍维持与机身平行,这也是苹果采用四次反射的另一项重点。

相较一次性反射虽然使光学能转向纳入机身,但同时感光元件的尺寸也需迁就手机的厚度,且多半为了顾及长焦拍摄容易晃动,故目前多数潜望长焦模组使用的感光元件尺寸多半不大;而四次反射模组则使感光元件维持与机身平行,如此一来可相对搭载较大面积的感光元件,同时相对一次反射模组偏向狭长的模组,四次反射则可使体积压缩为趋近方形,故苹果得以采用原本只会出现在主镜头的一体式模组化防手振,将光学与感光元件包裹成一个模组、并直接对模组进行防手振。

▲相较一次性反射光学, iPhone 15 Pro Max 的四次反射光学长焦模组的占用面积较小

虽然理论上四次反射後的画质恐怕比一次反射劣化,然而画质会取决於感光元件与光学设计,这也是目前还未能体验到实机前的未知数。另外,虽然一次性反射机构由於镜片拥有较多的移动空间,足以应用在光学变焦,不过截至目前为止除了华硕早期的 Zenfone Zoom 与目前 Sony Xperia 1 IV 、 Xperia 1 V 以外并未见其它品牌导入,主要的原因是由於变焦浮动镜片对於画质也会产生影响。

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