数码胜过光学？智能手机变焦新思路已经出现
编者按：本文来自微信公众号“三易生活”（ID:IT-3eLife），作者 三易菌，36氪经授权发布。
试问，智能手机的“光学变焦”和“数码变焦”，哪一种效果更好？
相信绝大多数朋友在看到这个问题后，可能都会与曾经的我们一样感到有些可笑，甚至嗤之以鼻。毕竟谁不知道数码变焦是台手机都有，而光学变焦却多半是高端机型才有的配置，孰高孰低这不是一目了然吗？
不错，如果这个问题是放到2019年或者更早些的时候，答案显然是毋庸置疑的。但在2020年5月11日之后，即便是一贯质疑智能手机高像素设计方向的我们三易生活，也不得不感叹一声“时代变了”。因为一款完全没有光学变焦设计的机型，日前却在权威测试中击败了其具备独立光变镜头的前代产品，也颠覆了几乎所有人的认知。
一款“伪光学变焦”手机，在测试中大放异彩
2020年5月11日，DXOMARK放出了三星Galaxy S20+的相机评测结果。在这份报告中，身为三星当今二号旗舰产品的Galaxy S20+取得了118分的总分，其中拍照部分得分127分，摄像部分得分100分。大体来看，这款机型的静态拍照性能打平了iPhone 11 Pro Max，摄像效果则与iPhone 11 Pro Max、华为Mate 30 Pro，以及自家大哥S20 Ultra不分上下，算是一个表现比预期还要稍微好一点点的结果。
但是如果大家之前有关注过我们三易生活的相关内容，可能会记得Galaxy S20+这款机型的相机部分，其实是存在着一个相当大的槽点、或者说相当特别的设计，那就是它有一枚6400万像素的“假长焦镜头。
具体来说，根据官方此前公布的信息显示，Galaxy S20与Galaxy S20+的主摄视场角为79度，长焦镜头视场角为76度。而我们知道，Galaxy S20和S20+此次主摄采用了一颗定制的1/1.76英寸大底1200万像素CMOS，与其长焦镜头所使用的1/1.7英寸6400万像素S5KGW2传感器面积基本相同。
于是乎，根据相机画幅、视场角和焦距三者之间存在的公式，我们就可以计算出Galaxy S20和S20+的1200万主摄焦距为26mm，而6400万“长焦”副摄焦距则是28mm，因此也就意味着副摄和主摄之间几乎不存在焦距差。
这意味着什么？简单来说，就是Galaxy S20+的“变焦”完全是基于主副摄融合、AI计算，以及靠副摄的大底高像素进行裁切而来的“数码变焦”。那么这样的变焦效果如何呢？
在DXOMARK的评测中可以看到，Galaxy S20+的变焦单项得分为81分，这是一个非常高的分数，高到远远超过了公认具备真正两倍焦距（52mm）光学镜头远摄配置的iPhone 11 Pro Max（变焦74分）和前代的Galaxy S10+（变焦68分）。也就是说，Galaxy S20+使用“数码变焦”，却击败了多款拥有真正“光学变焦”设计的竞争对手。
为什么会这样？首先大家要明白手机的“变焦”的本质
数码变焦击败了光学变焦！乍看这个结论，相信很多人都会觉得“震撼”。但是当我们进一步仔细研究其中的道理时，就会意识到对于如今的智能手机而言，这其实是个非常自然而然的结果。
首先大家需要理解，什么叫做变焦？在传统的相机上，因为镜头本身可以调节焦点的远近，所以我们可以通过调整镜头，让或近或远的物体投射到机身内的底片（或者数字传感器）上。这时候传感器本身的受光面积（也就是像素值）不会改变，改变的只有射入镜头的光线（被摄物）本身，这就是所谓的“光学变焦”。
诺基亚808Pureview的“无损变焦”本质上就是裁切放大
那么，何谓数码变焦呢？在传统的数码相机里，当光学变焦的倍率被用尽（镜头达到最大焦距）之后，为了满足部分消费者“希望看得更远”的需求，相机此时会将传感器拍摄到的图像进行中心放大。
很显然，放大后的图片本质上只是CMOS捕捉到图像的一部分了，表现在最终的成像上，就是虽然的确看起来“更大更远”了，但是图片的分辨率也会发生等比例降低，画质急剧下跌，这就是最传统的“数码变焦”。
意识到什么了吗？没错，如果我们只看过程，那么“光学变焦”和“数码变焦”的区别主要在于变焦是基于镜头还是基于画面（数字信号）裁切。但是如果我们只看结果，那么“光学变焦”和“数码变焦”的区别，就会变成完全不同的另一个定义。
也就是说，是看变焦之后的画面的实际有效像素，相比变焦之前有无降低。请记住这一点，这种基于主摄的像素值来判断是否“无损”变焦的方式，正是智能手机数字变焦可能击败光学变焦的大前提所在。
比前代主摄还大的“变焦副摄”，这才是关键所在
举例而言，在三星前代的旗舰机型Galaxy S10+上，它具备一颗26mm焦距的1200万像素主摄，和一颗52mm焦距的1200万像素“长焦副摄”。那么，当我们在拍照时进行两倍“变焦”操作时，得到的会是一张由副摄直接拍下的1200万像素照片。此时，它当然可以按照我们此前的理论，被称之为合格的“智能手机真光学变焦”，不是吗？
iPhone和三星过去的光学变焦，都是采用的带有两倍焦距光学镜头的副摄
但其实，并非完全如此。因为在Galaxy S10+的相机模组里，主摄使用的是一颗1/2.6英寸，具备全像素双核结构的高端传感器。它的单像素尺寸高达1.4微米，几乎相当于现在最新的超高像素方案“四合一”之后的水准，因此画质很好。
但是与此同时，三星S10+的52mm长焦副摄所使用的传感器规格却要差上很多，它的面积更小、没有高速的对焦设计、单像素尺寸也仅为1微米，因此当我们使用这样的“光学变焦”手机进行拍摄时，虽然它们的远摄镜头的确具备数倍的真正光学望远特性，但是由于远摄镜头所对应的传感器画质缩水，最终得到的“变焦”照片，和真正的相机光学变焦相比，实际上还是有很大差距的。
可以清楚看到，S20+的主摄和长焦副摄体积一样大，镜头焦距也很近似
那么在Galaxy S20+里，情况又是怎样的呢？首先，Galaxy S20+的主摄是26mm、1/1.7大底的1200万像素新方案。然后，它的“长焦”副摄是一颗28mm镜头配合1/1.7大底，6400万像素的设计。当我们使用这颗副摄进行“两倍变焦”时，由于它不具备两倍于主摄焦距的物理光学镜头，因此它的变焦必然是基于副摄“数字算法”来实现的。
但是这个时候问题的关键就出现了，首先，Galaxy S20+的副摄尺寸比Galaxy S10+的副摄、甚至比Galaxy S10+的主摄尺寸都还要大得多得多；其次，当它处于“2倍变焦”模式的时候，此时我们假设它纯粹只是基于副摄进行画面裁切，那么它得到的“2倍变焦画面”应该是多大的呢？
答案很简单，应该是比3200万像素还要大一点点（因为S20+的副摄焦距还是比主摄远了那么2mm的）。然后，再以这3200万像素的画面进行超采样到1200万像素，从而达成“光学变焦”的效果。
此时，首先Galaxy S20+因为“长焦副摄”的底够大，因此即便是只取一半的有效感光面积，其等效感光效果还是会比前代型号中的小底副摄更强。同时由于具备更高的总像素，即便因为“光shu学zi变焦”而只剩下一半有效像素，“剩下”的3200万像素画面在超采样到1200万像素之后，画质吊打超小底的原生1200万像素自然也就变得毫无压力。
而这也正是Galaxy S20+能够在DXOMARK的变焦测试中，用数码变焦战胜前代真光学变焦设计的秘密所在。
数码变焦并未全面逆袭，但它确实揭示了一条新道路
简而言之，Galaxy S20+之所以会打败自家前辈、以及iPhone 11Pro Max这种“真光学变焦”机型，其前提其实有两个。
一是因为以往的那些“真光学变焦”手机，在变焦副摄的镜头内所安置的传感器规格普遍并不高，1200万像素的小底都算是相对好一点的了，还有很多至今还在用着800万像素的方案；其次就是因为三星这一次给副摄塞了一颗超大的CMOS，甚至在数字变焦、在画面裁切之后都还比过去的主摄有效面积还大。
这就好像两台单反，一台800万像素的接上“大炮镜头”拍远景，一台1亿像素的直接拍近景然后放大，结果1亿像素的效果反而更清晰。我们当然不能说这是光学变焦的大炮筒镜头方向不对，只能说只要底够大，在当前的AI技术、多摄合成加持下，数码变焦也确实可以做到比光学的效果更好了。
当然我们并不是说，所有的智能手机数字变焦都能表现得比基于真正镜头设计的“光学变焦”更好。比如说对于像小米10 Pro、像华为P40 Pro、像三星S20 Ultra这种本身主摄规格就已经非常高，还堆了一大票光学镜头的旗舰机型来说，它们的“光学变焦”效果当然还是胜过S20+这种超大底副摄“数码变焦”的。
但是当大底、超高像素的CMOS在副摄上证明了自己作为变焦用途的价值之后，这也的确为将来的智能手机相机揭示了一条有意义的新思维。比如说，如果未来有厂商能将潜望式光学变焦和1亿甚至更高像素的大底CMOS结合起来，那么我们是否将有望迎来真正堪称“天文望远镜”的智能手机拍照设计呢？
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