相机:新风尚
相比较常见的活雷锋Sony和万年第二OV,红米Note2这次选择了不常见的三星图像传感器(型号S5k3m2),可能主要目的还是为了低成本地实现相位对焦。实际效果来看,的确效果贼拉好,对焦主体一出现或退出镜头,对焦立马一步到位,没有传统手机前后调整镜头的过程(这个过程也被戏称为拉风箱)。不过相位对焦虽然是一种硬件技术,但本身的原理决定了也有自己的弱势,仅凭这一种技术无法保证所有场景都能有效对焦,因此都会搭配基础款的反差式对焦,最终形成的对焦系统其实应该称为混合对焦。实际测试也可以知道,如果是手动在画面上选取对焦点,或者拍摄环境光线较弱,相位对焦还是无法发挥作用,仍然要反复拉风箱。
相机这个部分,明显所有的钱都投在这块支持相位对焦的图像传感器上了,就特别来介绍一下这种技术的原理吧。


相机成像原理大家应该很清楚,被拍摄物体发出或反射的光通过镜头折射,投到由感光像素颗粒组成的传感器上,传输至处理器中的ISP(编码器,罗永浩说的相机tuning就是调整它的参数)把光信号编码成实际的图片储存下来。但实际上图像传感器是颗粒状不连续的,而投射到上面的光是连续的,因此每个像素颗粒最后获得到的光强度和颜色实际上是一个估算值,就是落在这颗像素上的光最多的是什么强度、什么颜色的。如果镜头没有对焦成功,那么落在某颗像素上的光实际上是模糊混杂了的光,因此这颗像素的图像信号和周围像素的信号是非常接近和相似的。


反差式对焦实际上算是一种固定在芯片上的软件算法,就是持续拉镜头,监测这个过程中对焦点像素和周围像素的信号差别,当信号差别最大的时候(也就是对比度反差最大)就是对焦成功的时候。自然,芯片本身是无法明白拍摄的内容是什么,
只能在对焦点过了之后,发现信号差别度又再次减小才能确定最大值在哪,再把镜头往回拉,
这就是反差式对焦的原理。当然还有一些算法的优化,比如精确记录整个调焦过程中镜头位置和反差值大小的关系,在焦点过了之后可以准确拉回到最大点;又或者根据离对焦准确位置越近,反差值变化越大的数学规律,一旦发现数值变化的速度明显变快就知道快接近对焦点了,于是调慢相机移动速度,避免多走冤枉路。
反差式对焦的原理决定了它的弱点,因为芯片无法区分大面积没有纹理的纯色色块(比如白墙和高光情况下,所有传感器颗粒获得的信号都相差无几)还是由于对焦不成功出现的光线混杂,因此无法找到信号反差最大的相机位置,自然会出现反复拉风箱的情况。


而相位对焦原理差异比较大。首先,硬件上,支持相位对焦的图像传感器中埋了一条特殊传感器颗粒组成的像素线,用来检测光的相位。光具有波粒两重性,作为波它自然有波峰和波谷(这就是相位啦),如果从一个位置发出的两条光线光路相同,他们的波峰和波谷应该是完全重合的(也就是相位一致)。在镜头的上下边缘留出特定的区域分离出光的相位信息,由于这两个位置相对圆形镜片的轴心是对称的,最终落在传感器(就是前面的特殊像素线)上的光应该就是重合的,此时镜头的位置就是准确对焦点。如果不在这个位置上,
两束光落在传感器上的相位差就可以通过数学公式换算为镜头离对焦位置的距离,
因此镜头可以一口气调整到准确位置上。


相位对焦的原理决定了它同样有弱势,就是对于需要充足的光线来分析光的相位信息,因此应对反差式对焦无法应对的高光情景反而更容易,但在弱光环境下,光信号不足,就无法进行对焦,只能交给反差式对焦,这也是红米Note2在弱光下反复拉风箱的原因。另一方面,由于镜头上的光线过滤区域和传感器上的光相位信息感受区域都是物理固定的,因此没有办法像反差式对焦一样点击屏幕任意一点对焦,对焦方式比较「被动」。
两种方式各有所长也各有所短,明白了原理之后大家就可以充分扬长避短,获得更高的对焦成功率。
相机应该是除了处理器之外红米Note2花钱最多(或者说省钱最少)的地方了,主要还是相位对焦这个硬件技术设了高门槛。至于5MP的前置摄像头,除了自动实时美颜效果不错外乏善可陈,反正大家自拍还是要修成鬼(不,我并没有因为前置相机认为我32岁而生气!!!)。