超能课堂(222)：华为P40 Pro世界第一！后置四摄都有什么作用？
因为手机相机评测而被更多人所了解的DxOMark，已经放出了华为旗下最新的P40 Pro手机的相机评测，综合评分128分，出现就刷新了一波这家评测机构的数据排行榜，比排在第二的分数高了4分。其中，华为P40 Pro的照片拍摄评分是140分，“使其成为迄今为止静态图像的最佳拍摄设备”；视频得分105分，也是目前DxOMark评分最高的设备，第二的为104分。
华为P40 Pro，图片来自DxOMark
相机硬件上，华为P40 Pro手机搭载了一颗1/1.28英寸5000万像素Quad-Bayer传感器，支持4像素合1输出1200万像素的照片，f/1.9光圈，23mm等效焦距，不过华为会将视场裁剪为更加传统的27mm，应该是为了让摄像头模组做得更加薄，同时也能够减少照片角落清晰度降低和畸变，支持OIS光学防抖，通过多帧合成技术输出动态范围极高的照片。
一颗4000万像素超广角镜头，1/1.54英寸感光面积，f/1.8光圈，18mm等效焦距。华为把这颗镜头叫做超广角镜头，也是一颗“电影摄像头”，其实这颗镜头的主要意义应该是作为另一颗主摄使用，延续了Mate30系列双主摄的思路，这颗“主摄”采用16像素合1，单个像素面积4.48μm，在拍摄视频的时候会有更好的动态范围表现。一颗1200万像素长焦镜头，支持OIS光学防抖，125mm等效焦距，支持5倍光学变焦，支持OIS光学防抖；一颗ToF镜头，FOV 78°。
华为P40 Pro样张，图片来自DxOMark
以上就是在DxOMark中屠榜的四颗镜头组成的华为P40 Pro相机模组，它们在P40 Pro成像时在不同场景下发挥着不同的作用：5000万像素主摄主要负责2倍放大以内的图像成像，也就是说，1-2倍的变焦是通过这颗主摄完成的；5倍变焦的时候，则是完成了一次光学变焦，由1200万像素长焦镜头负责成像，这之后则是通过这颗镜头拍摄之后放大图像达到更高的变焦效果；在2-5倍变焦之间，则是由两颗镜头共同协作完成，然后通过多帧合成的方式来结合两颗镜头的图像数据合成并裁剪出变焦图像；而那颗4000万像素的超广角镜头，则是参与到1倍以下的变焦工作中，通过更广的视角，来获取更大范围的影像。
通过上述分析，我们可以了解到，虽然华为搭载了后置四颗摄像头，但是实际参与到成像中的摄像头只有三颗，而那颗ToF镜头是不参与到成像工作中的，它的主要作用就是获取场景当中的物体之间的距离，然后把这些距离数据用来确认并微调主摄像头和超广角摄像头生成的初始深度图。也就是说，这颗摄像头能够让手机镜头的对焦更加准确。
上述呢基本上就是华为P40 Pro手机后置四颗摄像头的协同工作原理，每颗摄像头之间进行协同工作，最终经过算法计算之后呈现出一张我们所看到的照片。而除了华为P40手机之外，这几年来的手机的后置摄像头基本已经从单摄到双摄再到三摄甚至四摄五摄，而多颗摄像头之间的共同协作，使得我们的智能手机虽然之后那么小的相机模组，但是还是实现了部分传统相机上的功能，比如说光学变焦，通过不同焦段的两颗镜头的切换来完成。
除了类似于华为P40 Pro的广角+长焦+超广角+ToF的镜头组合之外，还有其他类型的镜头被应用在智能手机上，我们就一起来了解一下其他的手机相机摄像头都参与到成像中的哪一部分工作吧。
广角镜头
这颗镜头一般就是手机上的那颗主镜头，它的等效焦距一般是24或者27mm，负责我们的智能手机的大部分拍摄任务，一般两个主要的特性就是像素是最高的，感光面积是最大的，不过这两不是绝对的，比如iPhone的几颗镜头就都是1200万像素的，而三星S20手机的主摄像素是要比长焦镜头的像素小的。不同厂商对于不同相机镜头的使用，这颗“主摄”参与到的成像工作可能会不太一样，比如说华为P40 Pro的主摄单独用在1-2倍变焦当中，而三星S20 Ultra的108MP镜头就会单独负责处理1-4倍变焦工作当中，这个变焦就是数字变焦，因为像素足够高，所以放大之后细节也还足够。
长焦镜头
图片来自pixabay
一般来说，手机上的这颗镜头相较于主摄的等效焦距会更大，比如说华为P40 Pro的5000万像素的等效焦距是27mm，长焦镜头的等效焦距已经来到了125mm，因此可以实现5倍光学变焦；iPhone的广角镜头是13mm，长焦镜头是27mm，可以实现2倍光学变焦。特殊情况有如三星S20以及S20+的那颗长焦镜头，1200万像素主摄的等效焦距是26mm，那颗6400万像素的长焦镜头的等效焦距是27mm，所以这两款手机实现的变焦就算是数字变焦，也就是变焦的图像其实是通过裁切出来的。
不管实现的方式是什么，当你想要拍清楚更远处的人或物，或者你想拍人像的时候，则是通过手机上的长焦镜头来实现的。
超广角镜头
超广角照片，图片来自pxhere
这个类型的镜头也是近年来被普遍用在智能手机上的镜头类型之一，长焦镜头的等效焦距一般比广角镜头大得多，而超广角镜头的等效焦距则是要比广角镜头的小得多。要理解这颗镜头的作用其实很简单，就像我们的人眼，当我们的脑袋固定的时候，眼睛能够看到的上下左右的角度是有限的，手机上的摄像头也是如此。上面我们提到的广角镜头，它的“视角”一般是79°左右，而超广角镜头，顾名思义，它的“视角”就会超级大，一般现在用在手机上的超广角镜头的视角大小为120°或者123°，就是能够拍到更宽阔的画面。
我们通常使用手机拍照的时候，屏幕中所呈现的画面是要比我们人眼看到的范围小的，而当我们想要把看到的画面都拍进去的时候，超广角镜头的作用就发挥出来了。一般来说，通过超广角镜头拍摄出来的照片，会有一种恢弘庞大的感觉。在超广角镜头应用在手机上之前，我相信有人跟我一样使用通过拍全景照片的方式来拍自己看到的认为很美的画面。要使用手机上的那颗超广角镜头的话，通过手机上的调焦选项调到1x以下，就可以了。
微距镜头
微距照片，图片来自pixnio
上面说到超广角镜头可以拍出来宏大的画面，而微距镜头则是另一个极端，它能够拍出来非常细致的“微观世界”。对于手机上的微距镜头，其实我觉得手机厂商发布会PPT上展示用来拍口罩里面的“毛”，真的太不会宣传了，谁没事去拍口罩？除了新买手机那几天的热乎劲儿想要炫耀一下之外，甚至都没有想要用这颗镜头的欲望了。
其实手机上的微距镜头很好用，比如说我们想拍秋天时地面上一片落叶、从墙角那冒出来的那支红杏或者聒噪的夏日里点水的蜻蜓的时候，通过这颗镜头我们就能够拍出来视觉效果非常好的照片，它能把我们想拍的主体明显突出，而背景以及其他元素，则被虚化掉了。因此，手机上的微距镜头很适合我们用来拍一些需要突出主体并且把靠得非常近距离拍摄的照片。
前面我们说到厂商不会宣传手机的微距镜头其实是调侃啦，他们这么做主要是为了突出靠近拍摄主体进行拍摄这么一个点，什么2.5cm多少cm之类的。其实现在通过主摄也是能够拍出来效果比较好的背景虚化的照片的，只是如果把镜头靠得太近拍摄主体，那么就会拍不清楚主体，因为靠得太近有可能已经超出主摄的对焦范围了。
景深镜头、ToF镜头
图片来自pxhere
景深镜头是和手机相机逐步往高像素发展完全不协调的一颗镜头，如果我跟你说现在的智能手机上还用200万像素的镜头你信吗？实际上现在智能手机上用的景深镜头就是这么超级低像素的镜头，常见200万像素、300万像素，500万像素已经相当了不起了。景深镜头目前应用在后置相机模组中，作用大抵就是为照片提供更加准确的景深信息，它不参与成像，我们看到的图像是由主摄拍到的，所以做到200万像素其实也没有关系。
ToF镜头则是没有像素这么一个说法，它是比景深镜头更好地获得距离信息的传感器，具体作用上其实大抵和景深镜头差不多。除了用在获得照片的景深信息之外，像苹果还会用在AR等应用场景上，它同样不参与成像，只是用在测距上。
上面在说微距镜头的时候，我们说到那颗广角主摄其实也是能够拍出来背景虚化效果比较好的照片，比如说我们拍摄人像、拍摄宠物的时候，拍摄背景虚化照片就用不到微距镜头。像拍宠物的时候，主摄+景深镜头或者ToF镜头，就能够拍出来背景虚化可能更好的照片，因为景深镜头或者ToF镜头能够提供更加准确的距离上的信息。而在算法、主摄硬件都进化得比较大的现在，这两种镜头一定程度上就可以说是用来凑数的了。毕竟四摄手机听起来，比起同价格或者价格更高的三摄手机，总感觉捡到个大便宜。
iPhone 7拍摄
黑白镜头
相较于以上提到的各种类型的镜头，黑白镜头在智能手机上的应用则是相对较少，但是也有。在说这颗镜头之前，我们还是先说一下华为P40 Pro。华为在介绍这款手机的相机的时候，提到了5000万主摄使用了更大的底以及RYYB传感器，说到底还是为了能够让相机的进光量更大，来获得更好的成像素质，就是让照片细节更多、看起来更好看、亮度相对更高。
而在手机的摄像头感光元件还台小的时候，在华为P9还没用到RYYB传感器的时候，华为也想增加进光量来改善最终的成像素质。因此，华为就在P9手机上使用了1200万像素彩色+1200万像素黑白双摄设计。黑白镜头相较于彩色镜头，它不需要为了能够判断颜色过滤掉一部分光线，只需要判断亮度的强弱，是光就给通过，因此提高了进光量，在这个基础上为最终的照片提供了更多的画面细节。另一颗彩色镜头，则是负责收集颜色就行。
所以，在现在手机相机元器件都升级之后，黑白镜头其实也没有什么必要继续占坑位了，我们也就越来越少地见到它的身影了。
总结：多摄好用，各展所长
很明显，经历了几年前手机相机高像素的发展之后，这几年手机相机的两个发展思路是继续搞高像素、使用感光面积更大的传感器以及增加摄像头数量。提高摄像头数量的好处非常明显，日常使用来说，在光照环境足够好的环境下，手机摄像头像素越高，放大之后的照片的细节就会更多，也就是更加清晰。但是在光线复杂的环境下，比如说酒吧、夜晚的路口等，这样的场景下，过高的像素可能就会成为成像的拖累。
在摄像头数量的增加上，理论上会让手机拍照适用于更多场景、拍出来更多不同类型的照片，如果好好发掘一下手机相机的潜力的话，或许还能够点亮自己新的技能，比如说培养出自己的摄影兴趣，现在拍抖音拍vlog很火的~通过手机上的各个摄像头之间的协同工作，我们可以拍摄气势恢宏的超广角照片、细致入微的微距照片、气质出众的人像照片等等。
另一方面就是，其实类似于用相机拍照，如果我们关注摄影一类的内容的话，会发现摄影师通常都会有好多镜头，他们的镜头也分超广角镜头、标准镜头、长焦镜头等等。虽然手机和相机两者跨界了，并且差异也是非常大的，但是实际上通过换镜头完成不同场景的内容拍摄这种过程是一样的，只是他们需要把相机的镜头拿下来再换上另一种类型的，我们智能手机通过调整焦距就可以切换甚至于系统能够自动切换，这样一想，是不是觉得体验好了很多。