不管用相机还是手机,普通的镜头都拍不出这样的画面。拍这些微小的场景,需要用到微距镜头。
如今配备微距镜头的手机也不少,它们大部分用的都是广角或超广角镜头,所以你需要把手机凑到很近的位置才能拍微距。而且广角头的画面边缘畸变很大,所以成片时还需要把四周的画面都裁切掉。
但问题是,有时候你并不能靠得那么近……
其实最常见的专业相机微距镜头,大多是长焦镜头。比如常被老法师们津津乐道的“百微无弱旅”,就是指100毫米的长焦微距镜头,能轻易地在较远的位置拍摄微小的细节。但想把它塞进手机里,难免会进一步撑大手机的尺寸。
而华为的P60 Pro,在保持轻薄的基础上,还搭载了一枚“超聚光夜视长焦摄像头”,不仅拥有3.5倍光学变焦和100倍数字变焦,还能拍微距。你看到的这些照片,都是我们拿它拍出来的。
这是怎么做到的呢?是物理学不存在了吗?
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“摄影是用光的艺术。”
无论用什么镜头,“进光量”都至关重要。由于物理学暂时还存在,在镜头口径不变的情况下,焦距越长,光圈就越小。而且在拍微距时,对光的要求更高。所以长焦微距首先要解决的问题,就是进光量。
常规增大进光量的方案,是增大镜头口径,或者用面积更大的传感器来感光。但这都会增加手机的厚度和体积。
那怎么能在不增大厚度的情况下,尽量增加进光量呢?
根据华为的这份专利,P60 Pro的方案是,在长焦镜头上,再加一个“聚光镜”。
聚光镜的本质是一枚凸透镜,能汇聚光线,相当于在不扩大镜头口径和手机厚度的前提下,提升了35%的进光口面积。如果想要采用常规的潜望式镜头,通过加大孔径来达到同样的进光面积,手机就要变厚大约20%。
但加大进光量只是第一步,长焦微距的另一个挑战,是对焦问题。
和普通镜头相比,微距镜头的“放大倍率”更高。放大倍率,是指物体在传感器上成像的大小,与物体实际大小的比值。
一枚专业的微距镜头,最高放大倍率一般要能达到1:1或者更高,华为P60 Pro这枚镜头,最大放大倍率能达到1.5:1。这意味着如果我们拿微距镜头拍一元硬币,那硬币投射到感光元件上的影像,和它的实际大小,至少应该一样大,或者更大。
镜头的放大倍率,跟焦距和拍摄距离有关。简单来说,焦距越长,靠得越近,拍得越大。
但同样由于物理学的存在,镜头都有一个“最近对焦距离”,怼得太近就没法聚焦成像了,这跟东西放得距离眼睛太近就看不清了是一个道理。
微距镜头,通常要拥有近至二三十厘米,远至无限远的对焦范围,比普通镜头更大。更大的对焦范围,意味着相机内部的镜片组,前后运动的行程也要更长。
为了能让手机上的长焦镜头,具备拍微距的能力,就必须调整镜片组设计,使用“内对焦”架构,把原本整体运动的镜片组,变成“长行程滑轴对焦”:
你看,这个小镜头一共有三组镜片,前后两组固定不动,中间这组前后移动,负责对焦。
在你拍摄远方的景色时,这组镜片位于右侧;
当你转而把镜头转向面前的小东西,准备拍摄微距时,镜片组会向左移动,切换到微距模式。
根据华为的这份专利,通常,普通的潜望式长焦镜头中,负责对焦的镜片组需要移动4毫米以上的距离。而在华为的方案中,这组镜片只需要移动2.22毫米,缩短了近一半的行程,大大节省了对焦所需要的时间。可以兼顾对焦行程和最近拍摄距离的要求。
这还带来了一个额外的好处:由于在对焦的过程中,只有四片镜片移动,这就意味着手机可以使用更小巧的对焦马达,这进一步减轻了机身的重量。
除了进光量和对焦外,长焦微距还有一个技术难点:防抖。拍过微距的朋友都知道,防抖至关重要,用相机拍微距时别说三脚架了,甚至要外接快门线,防止按快门的动作造成抖动。
而一般手机镜头的防抖方案,是让这块棱镜,跟着你的手一起点头摇头。运动是相对的,大家都运动等于大家都不运动。
但问题是刚才说了,为了增大进光面积,P60 Pro在棱镜上粘合了一块聚光镜,如果它和棱镜一起抖,会导致收拢光线太复杂,难以控制——但没关系,我们可以换人抖,也就是让这枚长焦镜头的感光元件“抖起来”。
看到这块小棱镜了吗?它可以把前方镜片“处理”过的光线,折射到已经躺平的感光元件上。一般来说,手机镜头的感光元件是垂直于机身的 ,如果做太大,还要留出抖动空间,肯定又会增加手机的厚度。
而在用了双棱镜方案,让它躺平之后,就能给感光元件提供充足的“抖动”空间,实现前后、上下、左右的三轴防抖,还不会增加手机的厚度。由于防抖和对焦能力的提升,我们使用时能感受到这枚长焦镜头高度可用,拓展了构图的可能性。
以上说的这些,就是华为P60 Pro上这枚“超聚光夜视长焦摄像头”的基础工作原理。其实听起来不复杂对不对?
是的。但大家都知道,原理,跟工程实现之间的距离,就像我们的新年计划,跟年终总结之间的距离一样,往往是无穷大。这种距离,就需要靠技术能力来填补。
比如最开始提到的这枚聚光镜,我们只要把它跟棱镜粘在一起就可以。但问题是怎么粘呢?难道用究极手吗?
反正用普通胶水肯定是不行的。因为它们的透光性差,不能用来粘拍照用的镜片。最后是华为的影像工程师和材料科学家一起,跨界研发了一款透光性极好的胶水,专门用来粘透镜和棱镜。
关注移动影像领域的朋友肯定知道,如今早已不是靠单纯堆料,就能在拍摄效果上实现突破的年代了。
想让用户方便地拍出一张好照片,需要厂商在硬件、算法等领域都有深厚的技术能力,需要的是堆技术,懂审美。
在华为P60系列上,我们可以看到,华为仍然在做像定制、改良影像模组这样的技术探索,也许这就是P系列一直能走在移动影像最前端的最大原因。