華為P30 Pro攝像頭詳解 5倍光學變焦與RYYB濾色器

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華為P30和P30 Pro兩款旗艦現已正式上市。兩款新機的造型優美、運行速度很快，而且有各種漂亮的顏色可以選擇，但這些亮點都沒有比P30和P30 Pro的攝像頭參數更令人興奮。這兩款旗艦都擁有非常不錯的拍照性能，並且能夠在弱光環境下拍出出色照片，甚至可以在幾乎沒有光線的情況下拍攝出令人驚嘆的照片。其中P30 Pro還擁有5倍變焦功能，可以讓拍攝目標比大多數競爭對手離自己「更近」。

華為是如何將所有這些強悍的技術整合到智能手機里的？沒錯，就是潛望式鏡頭。你可能對潛望式攝像頭並不了解，我們稍後會對這種專業光學裝置的功能進行解釋。在此之前，讓我們一起來看看P30系列旗艦在攝像頭硬體方面提供了哪些亮點。

其中一些參數我們已經非常熟悉了，其中超廣角攝像頭已經幾年前就成為LG旗艦的主打亮點了。同時三星Galaxy S10也包含一枚超廣角鏡頭。這枚鏡頭可以讓你在不需要後退的情況下拍攝更廣闊的場景，這使得它們在距離有限的情況下拍攝出更壯闊的效果。P30 Pro配備了ToF攝像頭也以前我們也曾見過，主要的目的是為了更好的實現背景模糊的人像效果，幫助其收集深度信息。

華為獨創的RYYB彩色濾光片是獨一無二創新，它允許P30和P30 Pro配備了4000萬像素主攝像頭收集更多光線，從而改善了弱光環境的拍照性能。其中P30 Pro的5倍變焦長焦攝像頭能像潛望鏡一樣折射光線，以最小的質量損失拉近遠處物體的距離。

5倍變焦鏡頭是如何工作的？

這裡可以通過一個簡單的分解來幫助大家理解P30 Pro攝像頭變焦的魔力。你很有可能對數碼變焦已經非常你熟悉，幾乎在任何一部智能手機上都可以看到數碼變焦功能。數碼變焦能很容易的通過在軟體中對圖像進行「拉伸」來實現，雖然畫面中的目標在照片中顯得與你距離更近，但不會額外拍下更多的細節照片。

另一方面，光學變焦則是通過光學硬體實現的。鏡頭被通過物理動圖方式從感測器拉伸，導致視野更窄。因此能夠在圖像質量下降最小程度的情況下，將拍攝目標的距離拉近。這就是為什麼專用的攝像頭鏡頭在變焦放大時需要向外延伸。

自然而然，光學變焦鏡頭要比固定焦距鏡頭更大、更複雜，這就是為什麼現代智能手機攝像頭的變焦質量各自有所不同。現在越來越多的手機在背面安裝了多個攝像頭，大部分其中就包括了一枚長焦攝像頭。這些長焦攝像頭仍然採用了固定焦距的設計，因此它們實際上並沒有前後縮放的功能。然而，這些長焦鏡頭從光學的角度來說有一個更窄的視野，因此相比較於主攝像頭，是能夠實現放大效果的。比如華為P30 Pro的長焦攝像頭可以提供5倍的變焦，這要比蘋果iPhone Xs的2倍變焦、三星Galaxy S10 的2倍變焦和華為Mate 20 Pro3倍變焦能提供效果更好的變焦效果。

華為P30 Pro的5倍變焦與智能光學

但是當你想放大的越多，智能手機的攝像頭就需要離感測器越遠。在一個常規的智能手機攝像頭組件中，這個距離大約是4毫米左右(不到16分之3英寸)。要在相同的攝像頭系統中獲得5倍的光學變焦，這個距離需要增加5倍。但你能接受一部攝像頭凸起足足有1英寸的智能手機嗎？絕對不能，至少絕大部分人不能。

為了在P30 Pro的長焦攝像頭上實現5倍變焦，華為做了兩件事。首先，由於圖像感測器相對較小，而較小的感測器要求鏡頭與感測器之間的距離較短，才能實現相同的視場。其次，這也是最聰明的部分，通過使用稜鏡使光線彎曲90度。它的光學元件與華為P30 Pro的背面平行，而並非是凸起的效果。這就是為什麼華為能將5倍變焦所需的光學長度塞進只有8.4毫米厚的智能手機中。它運用了與潛望鏡相同的原理，潛望鏡也是一種光學設備，可以讓潛水艇中的人通過光纖的反射看到周圍的障礙物。

需要說明的是，華為P30 Pro的長焦攝像頭是定焦鏡頭，因此相對於主攝像頭來說，它只能進行5倍的變焦。例如如果你想放大到2倍，那其實就是主攝像頭的數碼變焦效果，只有5倍變焦才是光學變焦。有趣的是，在3倍至4.9倍的變焦範圍內，P30 Pro能同時使用主攝像頭和長焦攝像頭來捕捉視覺信息，因此可以會帶來更多的畫面細節。而在5倍到50倍的變焦範圍內，只使用了長焦攝像頭，同時所有超過5倍的變焦都是數碼變焦。

RYYB濾光陣列

當然，在使用華為P30和P30 Pro進行拍攝的大部分時間裡，你使用的是4000萬像素的主攝像頭。它最大的獨特之處在於，使用了完全不同的濾光陣列，與上一代P20 Pro的感測器相比，它的光纖吸收率提高了40%。

為了解釋RYYB濾光陣列如何能夠獲得如此明顯的效果，我們需要先來介紹數字成像技術的工作原理。你可能知道常見的現代顯示器都是由像素組成，這些像素中每個像素都包含了一個紅色、綠色和藍色的亞像素。而各種顏色都是通過混合這些子像素髮出的光產生，它允許每個單獨的像素產生我們想要的任何顏色。但是攝像頭感測器還有些不同，雖然它們也有像素，但是一個像素不能單獨呈現任何顏色。每個像素上都有配備了一個濾色器，只允許紅光、綠光或藍光通過。這些濾色器按照一定的模式排列，統稱拜耳濾色器(約43年前由伊士曼柯達公司的布萊斯·拜爾發明)。

一方面，拜耳濾色器允許感測器的每個像素捕獲全部的顏色，而一個像素已經可以捕獲三種基色中的一種，其他兩種基色的值是由相鄰的像素估計出來。然而，在這個過程中會有大量的光線被阻擋。

大多數圖像感測器都採用的是紅色-綠色-綠色-藍色(RGGB)模式的濾光器，但華為4000萬像素感測器將其中所有的綠色像素替換為黃色像素(因此，就是上面提到的RYYB縮寫)。因為黃色的光是由綠色和紅色光組成，所以黃色的濾光片可以讓更多的光通過，這就是實現光吸收增益效果的原理。而原本綠光的光線則通過減去相鄰的紅色像素來進行預估。

所以，這似乎是一種非常聰明又簡單的方法來提高攝像頭的性能。為什麼以前沒有人想到這個主意呢？事實上，業界對傳統拜耳濾光器的替代品實驗已經進行了幾十年。包括尼康和佳能的攝像頭都使用了CYGM濾鏡(青色、黃色、綠色、洋紅色)，但儘管這種濾光器可能帶來更好的動態範圍，但它在色彩精度方面有所欠缺。另一個例子是第一代摩托羅拉Moto X，它使用了RGBW(紅、綠、藍、白)濾色器，可以讓更多的光線通過，但同樣它的攝像頭沒有以任何方式能夠提升圖像質量。現在市面上的一些手機，包括華為的一些旗艦產品，都採用了多攝像頭設置，其中一個彩色攝像頭與一個完全沒有濾色器的單色攝像頭搭配使用。將兩者的視覺數據結合在一起，就可以得到一張更好的圖像，但這種技術已經逐漸被智能手機廠商所放棄。

然而，經典的RGGB彩色濾色器目前仍然使用最廣泛使用的選擇，因為它成熟、穩定、經過市場多年的全面監測。同時它也更容易實現，拍出的圖像也更容易處理。我們讚賞華為為了創新而進行的一些新嘗試，並且客服了實現這種新的彩色濾色器所面臨的所有障礙(絕對要比你我想像的更困難)。但這種創新成功與否只有時間來進行檢驗，包括未來我們進行更徹底的攝像頭拍照測試，只有這樣才能證明華為創新的彩色濾色器是否真的能夠在各個方面都要比經典的拜耳濾色器更出色，效果更好。

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