一决高下:新版评测基准下苹果 iPhone 7 与 iPhone 7 Plus 的对比

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注:本文的英语原文发表于2017年9月11日

现在,我们可以利用新版 DxOMark Mobile 测试准则对苹果 iPhone 7 Plus 双摄像头系统所支持的其他功能进行测试和评分,并将其与苹果 iPhone 7 以及其他旗舰移动设备进行公平的比较。我们发表了一篇新版测试准则下 iPhone 7 Plus 的评测报告并对 iPhone 7 进行了再次测试。在本文中,我们将重点介绍如何测试 iPhone 7 Plus 新增的远距离摄影和人像摄影功能以及它们为更高的总评分做出了怎样的贡献。

iPhone 7 系列:两款型号的共同功能概述

随着 iPhone 7 和 7 Plus 的推出, 苹果公司对原本性能已十分卓越的上一代摄像头进行了进一步的改进,增加了一系列新功能,以期让 iPhone 继续成为世界上最受欢迎的摄像头。在7 Plus 特别新增了一系列新功能的同时,两款型号的摄像头均进行了大量升级——包括采用亮度更高的镜头、增强的图像处理能力、采用四个闪光灯及光学防抖技术 (OIS)。iPhone 7 和 7 Plus 后置主摄像头均搭载 1/3 英寸 1200 万像素图像传感器,采用 f/1.8 大光圈的广角镜头,拥有 28 毫米等效焦距,支持光学防抖。此外,两款手机均采用全新的更广色域,与苹果显示屏或其他支持 DCI-P3 标准的高端显示屏配套使用时,可呈现更加丰富的色彩。同样令苹果公司倍感自豪的还有其在强大的新型图像处理器上运行的新算法, 可将多幅图像融合在一起生成最佳图像效果。根据我们的测试,我们将向您展示如何进行新技术评估。

iPhone 7 和 7 Plus 曝光表现优异,具有较高的动态范围、准确的白平衡和色彩再现,在高光户外拍摄时,细节保留表现良好。因此,两款型号均获得了出色的照片分项评分,唯一的不足表现在低光拍照性能方面——极微小细节的损失、在各种照明条件下均存在轻微的对焦不一致以及存在一些明显的亮度噪点。

这两款手机型号在视频拍摄模式下的防抖性能表现突出,而且自动对焦快速、平滑,细节表现卓越,并且在高光下可呈现生动的色彩,因此均获得了较高的视频分项评分(76 分)。

iPhone 7 Plus:第二摄像头缔造大不同

iPhone 7 Plus 配备双摄像头结构,因此具备更多功能,利用第二摄像头实现 2 倍光学变焦并计算获得深度信息。iPhone 7 Plus 设计有全新的人像模式,利用对两个摄像头拍摄的图像进行分析得到的景深信息,选择性地模糊图像背景,同时保持前景主体清晰。目的在于模拟浅景深效果并获得使用高端独立相机才能实现的令人愉悦的散景效果。

由于两款手机的不同之处在于 iPhone 7 Plus 采用了第二后置摄像头,该摄像头用于拍摄远距离(变焦)照片和实现算法散景效果(参见人像模式章节),因此我们的比较将从第二摄像头的工作原理概述及其优缺点开始。

iPhone 7 Plus 的双摄像头规格

iPhone 7 Plus 的第二后置摄像头与主摄像头存在很大差别 。苹果采用了 1200 万像素的长焦镜头(拥有 56 毫米等效焦距),因此需要略小的光圈( f/2.8)和更小尺寸的传感器(约为主摄像头传感器的 2/3)。好处是,iPhone 7 Plus 与 iPhone 7 一样纤薄。但更小的传感器尺寸还意味着第二摄像头的像素也略小(1 微米,主摄像头像素为 1.22 微米),所以更容易出现噪点。

在全新 的2 倍变焦模式下,第二摄像头提供了光学变焦功能。此外,当将相机应用程序设置为人像模式时,手机将利用双摄像头模拟散景效果(景深效果)。

了解 iPhone 7 Plus 的光学变焦功能

缺少真正的光学变焦一直是智能手机摄影的痛点。几乎所有智能手机摄像头均配备有一个相对广角的定焦镜头。也就是说,若要为主体进行特写拍摄,您需要靠近主体或进行数码变焦(即通过剪裁来放大图像)。iPhone 7 Plus 推出一种全新的方式,可在变焦时将摄像头从广角镜头模式切换至真正的长焦镜头模式。

虽然从技术上讲,第二摄像头并非是变焦镜头,但是其长焦距赋予 iPhone 7 Plus 以两倍变焦捕捉原生图像的能力(56 毫米全画幅等效焦距,完全不同于 28 毫米等效焦距)。该技术带来一系列显著优势。数码变焦只是对广角摄像头拍摄的图像进行剪裁,而使用可实现紧凑式构图的光学变焦通常呈现细节更加丰富的图像。此外,长焦距摄影可对距离摄像头较远的主体进行拍摄,并且能够有效减少例如大鼻子效应等的不自然变形,而这是采用广角镜头近距离拍摄人像时通常会出现的。

以下照片样本分别是用 1 倍和 2 倍变焦模式拍摄的照片:

iPhone 7 Plus 拍摄的 “1 倍变焦” 图像

使用 2 倍变焦拍摄的同场景图像

如果我们尝试用 2 倍数码变焦进行拍摄( 例如,用 iPhone 7 拍摄),所拍摄图像的清晰度要逊于使用 iPhone 7 Plus 的真正光学变焦的结果。此外,在高光下以 2 倍变焦拍摄的图像还表明,与 iPhone 7 或 Google Pixel 相比, iPhone 7 Plus 可捕捉更丰富的细节。

iPhone 7 与 7 Plus 变焦评分

我们已经发现,在高光下 7 Plus 的长焦镜头在远距离照片中呈现更丰富的细节。然而,苹果双摄像头设计存在固有的设计折衷,因为副摄像头拥有比主摄像头更小的传感器尺寸和更小的光圈。同时,副摄像头还缺乏光学防抖—— 这一设计决定可能是为了使56 毫米长焦(全画幅等效焦距)镜头与 iPhone 的浅景深功能相匹配。

在低光环境中,iPhone 7 Plus 使用其主摄像头(甚至是在变焦时),因此其拍摄效果与 iPhone 7 相似。

我们使用新版变焦测试方案在不同的焦距上对两款设备进行了测试,以评估这些设计折衷的效果。我们的测试在从极低光到高光的各种照明条件下进行,以充分了解两款设备在现实环境中的性能。我们发现,在高光下 7 Plus 双摄像头具备显著优势。在中低光环境中 (例如,图表中测量值为 100 勒克斯), 7 Plus 在细节表现方面略胜一筹;而在低光环境中(例如,测量值为 20 勒克斯),两款摄像头性能基本平分秋色。这是因为在低光环境中,7 Plus 依靠传统广角摄像头,因此照片效果与 iPhone 7 所拍摄的照片效果极为相似,但与 Google Pixel 相比,则存在细节损失。

苹果 iPhone 7 Plus

Google Pixel

苹果 iPhone 7

光学变焦稍稍牺牲了噪点水平

长焦镜头在改善细节表现的同时带来了一个缺点,即更小的像素尺寸导致噪点略微增加。

仔细观察天空区域,可在 2 倍焦距拍摄的图像中发现噪点略微增加。

我们将摄像头焦距设置为 50 毫米和 85 毫米全画幅等效视场,利用摄像头所支持的所有变焦方式 (光学变焦、 数码变焦或混合变焦)使完整目标位于取景范围之内,以此进行变焦比较。我们通过测量主体空间清晰度来对每个摄像头对目标特定区域的呈现情况进行评分。也就是说,相机在与景物保持固定距离的情况下,针对摄像头对目标主体的细节表现能力进行评价。

和预期的一样,多出的长焦镜头帮助 iPhone 7 Plus 获得了更高的变焦分项评分。虽然 7 Plus 的长焦镜头在良好光照环境中表现卓越,然而在双摄像头的图像融合上的困难以及在低光环境中使用主摄像头进行拍摄的选择使得 7 Plus 的变焦评分仅比 iPhone 7 高出 9 分(46 比 35)。尽管存在明显区别,7 Plus 的评分并没有大幅领先于使用不同方法(即搭载 4100 万像素大传感器配上电子变焦)、评分为 42 分的 Nokia 808 PureView。

如这些剪裁后的图像所示,与独立相机的效果相比, 智能手机的变焦能力仍然有很大的提升空间。

苹果 iPhone 7 Plus

索尼 RX 10

索尼 a7R II

iPhone 7 Plus 散景效果评分(人像模式)

与智能手机相比,数码单反相机等高端独立相机的主要不同点在于它们能够支持拍照者拍摄背景适当模糊而主体极为清晰的照片。一般来说,只有同时搭载大光圈镜头和大传感器才能实现这种浅景深效果。

而智能手机采用极小型传感器,因此,即使采用相对较大的光圈,手机摄像头也无法拍摄出具有浅景深和背景模糊效果的照片。在后期处理过程中可利用各种桌面软件工具模拟这种效果,但是这需要大量的人工操作来选择主体区域,再确定要采用的模糊化程度。苹果全新的人像模式和景深效果旨在自动模拟单反相机在拍摄时可实现的艺术效果。

iPhone 7 Plus

iPhone 7

景深效果:浅景深的局部模拟

iPhone 7 Plus 采用小型传感器和短焦镜头,因此无法拍摄出真正的光学景深效果。然而,使用双摄像头同时拍摄的图像可以实时计算模拟景深效果。iPhone 首先估算场景中每个物体的距离,然后精确计算图像的每一部分应有的模糊程度,对较远处的物体使用更高的模糊, 同时确保焦点平面上或附近的物体保持清晰。显然,苹果似乎故意选择减少对前景物体的模糊,最有可能是为了避免产生伪像。

技术说明:存在很多种可以在软件中模拟浅景深效果的方法,其中的一些方法是从估算镜头至物体的距离开始来生成深度信息图。由于 iPhone 7 Plus 的两个摄像头的位置有间隔,每个摄像头的场景视野稍有不同,所以能够利用两个摄像头之间被摄物体的相对位移量或平行视差估算场景中的物体与摄像头本身的距离。将相机应用程序设置为人像模式时,该技术可发挥作用,模拟景深效果。

如该比较中所示,iPhone 7 Plus 的模糊强度几乎与调节至 f/3.5 光圈的全画幅数码单反相机旗鼓相当:

iPhone 7 Plus

搭载 50 毫米镜头(f/3.5 光圈)的全画幅数码单反相机

景深效果的缺点:噪点、细节表现和低光拍摄性能

由于深度信息图仅为近似,因此在景深过渡区域的微小细节部分会产生伪像。正如下图所示的全画幅数码单反相机的光学散景效果与 iPhone 7 Plus 的计算模拟效果的比较:

全画幅数码单反相机(50 毫米镜头、f/3.5 光圈)的测试照片

放大后的照片显示,数码单反相机的光学散景效果保留了小星星的边缘细节

苹果 iPhone 7 Plus 版本的放大照片显示,算法散景效果使得星星呈现突兀的模糊效果。

当将 iPhone 7 Plus 设置为人像模式时,在低光环境中拍摄时也会出现问题。iPhone 7 Plus 上较小光圈的长焦镜头速度比主镜头慢得多,主镜头通常由较慢的快门速度进行平衡。然而,与广角主镜头不同,长焦镜头没有防抖,因此,在低光场景中拍摄肖像时 ,iPhone 7 Plus 无法实现准确的曝光。

当在低光环境中启用景深效果时,噪点较多部位也会显得不自然。这是因为摄像头的模拟散景算法也减少了这些区域的噪点。

与数码单反相机实现的真正浅景深效果不同,使用 iPhone 的人像模式拍摄的照片在主体(前景)和背景部分呈现出不同程度的噪点。在高光下,噪点通常不太明显,但在低光下,呈现不一致的噪点可能会使整体效果减分不少,如下方照片所示:

计算模拟的模糊效果也去除了照片中其他部位可见的图像噪点。

用于模拟散景的深度计算的准确性评估

评估散景效果的另一问题在于如何分离图像中的主体,以帮助突出对主体的关注度。事实上,由于其光学特性,浅景深镜头可自动实现这一效果。iPhone 7 Plus 在启用人像模式时可以模拟这一景深效果。然而,这种模拟散景对前景的模糊化程度远低于背景。这可能是苹果公司有意为之,旨在降低前景出现明显伪像的可能性。为了说明这一点,请看下方的一幅测试图照片。该测试图与摄像头呈 45 度角,右侧比左侧更靠近镜头,而两个相机都聚焦于中心位置。搭载 50 毫米镜头的全画幅数码单反相机使近处和远处均变得模糊,而 iPhone 7 Plus 仅使该测试图的远处部分变得模糊:

蓝色部分标注了这些图像的焦内区域。iPhone 7 Plus 手机仅使背景变得模糊,而蔡司镜头使前景和背景均变得模糊。若要手机使前景变得模糊,手机需要距离主体非常远。

测试散景质量

除图像背景的模糊程度外,还需要对非常重要的散景形状和亮度进行评估,这些模糊光斑在高光部分尤为明显。人们认为能提供令人愉悦的模糊光斑才能称为好的散景。因此,我们需要评估散景模拟算法能多大程度上接近光学散景的效果。在我们的实验室中,我们评估了 iPhone 7 Plus 的散景效果并将其与全画幅数码单反相机的高端镜头进行比较,看看二者之间的区别:

全画幅数码单反相机传感器和镜头可以产生更加传统的散景,即使将光圈缩小至 f/4 时亦是如此,如该比较图像所示。

散景的形状是散景是否赏心悦目的标准之一。散景形状之内的光强调制也很重要。出色的散景边缘部分亮度略高,而且边缘部分十分清晰。

提示:如需了解散景(bokeh,发音为 bō’kā)以及散景如何可以成为强大的摄影工具的更多信息,我们建议您访问一些能够增进知识的网络资源,例如尼康的散景入门指南以及 Luminous Landscape 的深入探讨光学镜头的技术性更强的文章。如您所料,维基百科中也提供有相当详细的概述

iPhone 7 Plus 的散景光斑质量

iPhone 7 Plus 的散景光斑较为平滑,此类光斑通常不够理想,逊色于光学散景光斑的清晰边缘。为拍摄出成功的散景,苹果公司建议保持主体在 2.5 米之内。一旦超过这一距离,两个摄像头无法辨别足够的平行视差,因此无法正确地拍摄出适当的模糊效果。

iPhone 7 Plus 的长焦镜头还有助于避免形变

使用长焦距的一大优点在于可减少使用广角镜头拍摄近距离主体时的畸变。这种形变在拍摄人物肖像时尤为明显。下方的照片样本示出了使用 iPhone 7 的广角镜头(或任何传统智能手机)拍摄大头照时的面部形变。

通过增加与拍摄主体的距离可以将这一形变降至最低,但是这需要使用数码变焦(图像裁切)来重新生成近景构图,从而导致图像的细节表现下降。在此,iPhone 7 Plus 的长焦镜头做到了两全其美,在将形变降至最低的同时保持了良好的细节表现。这帮助 iPhone 7 Plus 获得了出类拔萃的散景分项评分(50 分),这是我们已测试的所有移动设备中的最高得分,相比单摄像头手机 iPhone 7 的 25 分,这是一个巨大改进。

我们全新的散景分项评分中涵盖了背景模糊化能力、散景光斑质量以及保留主体正确形状的能力等几个方面。和变焦一样,在这方面,iPhone 7 Plus 的第二摄像头带来了巨大优势,它是 iPhone 7 Plus 获得更高散景评分的原因所在。

Apple iPhone 7 (1x)

Apple iPhone 7 (2x)

Apple iPhone 7 Plus (2x)

总结:iPhone 7 Plus 双摄像头实现预期效果,尤其是人像摄影时

虽然在视频分项评分和照片分项评分中,这两款手机在曝光和对比度、色彩、自动对焦、纹理、噪点、伪像以及闪光灯方面评分非常接近,但在我们新增的变焦分项评分和散景分项评分中,iPhone 7 Plus 实现了显著改进。在良好光照环境中远距离照片的质量提高、形变的减少,以及整体令人愉悦的景深效果,毫无疑问,这几大优势使 iPhone 7 Plus 在人像摄影、微距摄影或体育摄影方面的图像质量超越 iPhone 7。您可以在下方查看两款手机在我们新版 DxOMark Mobile 照片评分中表现出来的差异。

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