数码变焦和光学变焦有什么区别

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像许多相机规格一样,变焦比您认为的广告活动要复杂得多。像三星这样的智能手机制造商现在拥有10倍,50倍 甚至100倍的变焦。但这有可能吗?让我们看一下光学变焦和数字变焦之间的区别。

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什么是变焦,拥有5倍或10倍是什么意思?就光学物理而言,并不是很多,因为没有诸如变焦之类的东西。


镜头放大倍率(镜头将远处的物体放大多少倍)是其焦距和所产生的视场的函数。焦距较长(相对于图像传感器的尺寸)的镜头视野较小。这使得远处的物体看起来比通过较短焦距的镜头看起来更近。


我们现在使用的变焦基本上是由袖珍相机普及的营销概念。最初,它是镜头的最短焦距和最长焦距之间的比率。因此,一个10mm-100mm镜头具有10倍变焦,而一个25mm-100mm镜头具有4倍变焦。这意味着具有10倍变焦的镜头不一定会使事物看起来大10倍。


但是,智能手机制造商使用变焦的方式略有不同。1倍变焦被广泛接受为主相机的视场。像iPhone 11 Pro这样的智能手机增加了一个更大的镜头,并将其称为0.5倍变焦,而不是将1倍重置为新的最大广角。


与紧凑型相机不同,这意味着您可以期望使用不同的10倍缩放智能手机的放大倍率大致相同

但是光学变焦和实际变焦之间有什么区别(为了方便起见,我将继续使用该词,但我真正的意思是“视在放大率”或“较窄的相对视场”)?


光学变焦如何工作

光学变焦是指镜头的物理特性真正将远处的物体放大时。例如,望远镜全是光学变焦。如果您从一处看月亮,它看起来会更大。质量没有损失-物体看起来更近了。

光学变焦来自具有长焦距的镜头,该焦距至少与相机的传感器尺寸有关。像您看到运动摄影师在比赛中使用的那种那样,用于数码单反的长焦镜头的焦距在500-1,000mm之间。这就是为什么他们如此沉重。


在较小的相机上,焦距可以更短。小型相机可以使用100mm镜头获得出色的光学变焦。它们仍然很大,但远小于足球比赛中使用的望远镜类型。


在智能手机中,制造商已开始使用 潜望镜镜头 以获得更好的光学变焦。他们已经能够在旗舰手机中安装5倍变焦镜头(大致相当于DSLR上100mm镜头的放大倍率,非常好),而无需增加其厚度。这是一个真正令人兴奋的发展。


但是,5倍距100倍还有很长的路要走,那么制造商如何实现其要求呢?


数码变焦的工作原理

如前所述,缩放是一个模糊的概念。数码变焦充分利用了这种模糊性。本质上,数字变焦只是裁剪照片,因此其中的对象看起来更大—不会捕获其他图像信息。


以下面的iPhone Xs为例。这款手机的光学变焦是2倍,数字变焦是10倍。变焦镜头的分辨率明显降低。


这就是数码变焦的问题。光学变焦会放大而不会降低图像质量,而数字变焦则会降低光学质量。放大得越多,图像质量越差。


提高!

但是,数码变焦只是片刻。光学变焦在生产成本和将其添加到智能手机所需的权衡方面都非常昂贵。潜望镜镜头是一个相对较新的发展(至少在智能手机中如此),因此仍有一些工作要做。


因此,智能手机制造商正在使用以下技巧来使数字变焦更好,并最大程度地减少质量损失:


使用令人难以置信的高分辨率传感器:三星的Galaxy S20具有64 MP远摄相机。这样的高分辨率传感器意味着可以裁剪更多的图像,因此需要更多的数字变焦。

像素合并:将多个像素组合为一个超像素,可以在数字放大图像上提供更好的质量,而不仅仅是随后进行裁剪。

人工智能和机器学习:这些在区域摄影领域显示出巨大的希望。相机制造商已经能够使用它来自动提高数字放大图像的质量。

但是,没有光学变焦就无法实现高水平的数字变焦。只有疯狂的50倍和100倍变焦是可能的,因为它们是光学变焦和数字变焦的混合。真正的光学镜头可以完成一些繁重的工作,而数字技术可以提供更明显的变焦。


三星可能会增加其变焦倍数,但是一些炒作背后的镜头技术有了真正的增强。


充分利用变焦

当前对智能手机相机变焦的关注很有趣。在某个时候,它只是变得愚蠢。


5倍甚至10倍光学变焦镜头为人们带来了许多有趣的拍摄选项。这也使专用相机更像是一种利基市场。通过这种变焦,您可以拍摄孩子在运动,后花园中的野生动物以及其他您无法亲近的事物时拍摄的照片。


尽管数字变焦并非自动坏事(尤其是在没有过度使用的情况下),但放大太多也有一些弊端。当然,图像质量有所损失,但是照片变得更难拍摄。


以20倍或30倍变焦(大约相当于DSLR的1,000毫米)时,您必须难以置信地握住手机才能获得良好的拍摄效果。轻微的抽动将导致照片模糊,并且无论您要拍摄的照片是什么都偏离了画框。


这也假设您在良好的光线下拍摄。在弱光下,您需要一个三脚架用于智能手机才能拍摄出类似于清晰照片的东西。


看来智能手机制造商将继续与不断增长的变焦倍数竞争。只要确保您始终检查基本的光学变焦是什么,这才是真正重要的。


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