为什么现在的某些手机摄像头彗差现象这么明显?
来源:经济日报-中国经济网 时间:2020-03-10 16:32

关注Soomal 手机摄像头内容的读者,应该发现了,我们在近一年多的各种拍摄体验中,经常提及彗差,在最新《Soomal手机摄像头评分试行方案 第二版》中,我们更是将彗差作为一个考核点。什么是彗差。

彗差即彗形像差,是一种常见的光学现象。离光轴越远,越靠近镜头边缘区域,像差越明显。当明亮区域或者高亮点时,明亮区域指向镜头边缘的方向会形成由细变宽的光斑或光晕,看起来像彗星的尾巴,故名彗形像差。

彗形像差形成示意图 图片来自维基百科

根据彗尾的指向,分为正彗差和负彗差,负彗差较为少见,我们评估的镜头中,很少遇到负彗差。而正彗差,在主流机型中越来越突出。彗差与镜片类型和镜组结构有直接关系,也与镜头光圈大小有关。属于硬件素质。

Xiaomi 小米 CC9 Pro智能手机-实拍-彩笔 制造商=XIAOMI;型号=MI CC9 PRO;焦距=7毫米;等效焦距=24毫米;光圈=F1.7;测光模式=中央平均;感光度=ISO159;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/100秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2019.12.31 11:09:33 Xiaomi 小米 CC9 Pro智能手机-彩笔[边缘局部] 制造商=XIAOMI;型号=MI CC9 PRO;焦距=7毫米;等效焦距=24毫米;光圈=F1.7;测光模式=中央平均;感光度=ISO159;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/100秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2019.12.31 11:09:33

这是我们测试手机摄像头常用的一个场景,这个场景可以暴露诸多缺陷,其中一个就是镜头在近距离拍摄时的光学表现。小米CC9 Pro在该场景中表现糟糕,中央到边缘部分形成了明显的拖尾现象,越靠近边缘越明显。

Apple 苹果 iPhone 11 Pro 智能手机-实拍-彩笔 制造商=APPLE;型号=IPHONE 11 PRO;镜头=iPhone 11 Pro back triple camera 4.25mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=26毫米;光圈=F1.8;测光模式=模式;感光度=ISO80;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/121秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2019.11.01 10:09:31

再看看iPhone 11 Pro在类似场景下表现,是不是好太多?

为什么会大底感光器的CC9 Pro在这种场景下翻车呢?因为核心的原因恰恰来自大底。我们知道,手机的厚度是受限的,目前似乎大家能容忍的上限大概是10毫米左右,去掉外壳、显示屏、感光器厚度等等,留给镜头的空间已经极为狭窄,这里能压缩的空间只剩下摄像头模块的后焦距。玩单反和无反的读者一定知道法兰距的概念,手机中没有法兰,自然也没有法兰距,但有后焦距,法兰距和后焦距不是完全的一回事,但在很多语境中具有相同的或者相近的意思,例如短的法兰距会有什么设计优势?换成短的后焦距会有什么设计优势?意思相差不大。单反无反的法兰距在很多典型的镜头应用中基本等同后焦距加一个固定常量,但使用转接环就不属于典型应用了,还有微距镜头增加放大环。所谓后焦距,即镜头后组到感光器表面的距离,而法兰距是法兰接合器到感光器的距离。

镜头和感光器是不能完全贴着的,在设计摄像头模组时,需要保持合理的后焦距。较小的后焦距,又会导致出现更大的光线入射角度,这对成像不利,会影响到多个光学指标,以及感光器边角受光效率。所以,短后焦距一般最直接的影响就是边缘成像会受到重大的影响。如果大底和小底感光器的机型都是一样的后焦距,即便使用品质参数相当的镜头,那么,大底机型边缘成像质量一定会差不少。

手机摄像头在设计空间没有退路的情况下实现大底化,负面结果就是某些光学性能大幅的劣化,从目前我们对多机型的实测发现,尺寸规格大于1/2英寸的机型,大部分都存在较为明显的彗差现象,底越大,越明显,这其中受到物理限制,也因为这种限制的存在,在微距/文档/美食等需要近拍的拍摄类型和题材中表现得尤为明显。

受限的还有镜头的设计,大感光器需要更大像场的镜头,但手机内部的空间同样限制了镜头的体积不能提升太多,尤其是沿着光轴的厚度。而用户还需要大光圈,如果此时上市的手机,主摄光圈才F2.0,消费者是不能接受的,而大光圈会加大边缘劣化。如果使用可变光圈设计,用户感知度不高,花钱未必能得到认可,关键是还会给体积造成更大的设计压力。彗差有无可能改善?答案技术上肯定是可以的,因为目前大部分机型表现真的都很差。但似乎没有什么廉价方案。

不过,希望仍存在,毕竟现在是计算摄影时代,彗差有明显规律可循,利用算法,进行修复,存在可行性。还有的可能就谣传多年的曲面感光器正式被应用。在镜组设计是就把彗差重视起来,也有利于降低彗差的影响。iPhone 对彗差控制良好,不能简单的说是底小的缘故,和差不多大小底的机型,iPhone也是相对出色。

极小的设计空间,消费者对大底的渴望,现实与预期的冲突,日益突出的彗差问题,是其中之一,但有心去解决,做得肯定能比现在强的。

快讯