從 Nokia 7 和蔡司認證,聊聊諾基亞的「德味」

諾基亞早在 2013 年發布過一份 paper,題為《諾基亞 PureView 超採樣技術》[1],這份文檔和很多人看過的 808 產品白皮書還是不一樣,在 SPIE 數字圖書館以 18 美元的價格出售,我還特意掏錢買了一份。不過這份 paper 中的乾貨並不多,主要是沒有深入到技術層面。我整天意欲了解 PureView 技術細節的妄想還是落空了。對諾基亞熟的同學應該對「PureView」這個詞不陌生,諾基亞最早將 PureView 技術應用到 808Pureview 這款機型上,隨後的 Lumia 920、1020、830、950 等設備身上都有 PureView 技術的烙印。

不過我注意到,這份 paper 的聯合作者,一共是 4 個人(分別是 Tero Vuori、Juha Alakarhu、Eero Salmelin 和 Ari Partinen),從他們這幾個人的 LinkedIn 頁面來看,早前應該都是諾基亞公司影像技術部門的骨幹,而且隨同微軟收購諾基亞手機業務時,都進入了微軟。但很快,他們都各自有了新東家。

如果你一直有在關注諾基亞的新聞,對於其中的 Juha Alakarhu[2] 應該不會陌生。他先前是諾基亞影像技術部門的負責人(Head of Imaging technologies),如 808Pureview、Lumia 1020、Lumia 950 這樣的拍照神器都出自他麾下。微軟當年推出 Lumia 950 的時候,他還曾專門為這款設備的拍照表現站台。去年,他宣布回到老東家諾基亞[3]。其實當時的諾基亞手中已經沒有手機業務,所以這位大神的回歸還令人頗感意外,不過他自己發布推文說將在諾基亞負責 OZO 團隊的影像技術,和現如今 HMD 的手機倒似並無太大關聯。

另外三個人的歸屬都更有意思,其中 Ari Partinen 早在 2014 年被蘋果挖角,成為高級影像工程師(後來成為 camera validation and testing 團隊負責人)[4];而 Tero Vuori 現在是 Intel 公司的影像質量工程負責人[5];更有趣的是 Eero Salmelin 現如今已經是華為影像與視頻技術團隊負責人了[6]。

前一陣法國影像評測機構 DxOMark 接連給蘋果、華為等手機的攝像頭相當高的成績——雖然只是管中一窺,不過諾基亞影像技術團隊當真算得上移動成像技術的黃埔軍校了。微軟當年收購諾基亞手機業務時,聯同這支優質資產部隊,包括 Pureview 這樣的 IP 連鍋端,但在納德拉就任微軟 CEO 之後,微軟逐步忽視移動硬體消費終端,直接導致了這支隊伍的分崩離析,所以國外媒體才用「影像技術一個時代的終結」來形容這件事。

在 HMD Global 這家公司成立之後,諾基亞手機品牌重生之際,其實很多人都想知道現如今的諾基亞手機是否還能汲取諾基亞影像技術的便利,畢竟不少影像技術專利的擁有者仍是諾基亞,像 Juha Alakarhu 名下的「數字成像時影像數據傳輸的方法與設備專利 9774799」、「優化影像穩定專利 9456140」、「影像感測器優化專利 9398279」等等[7]的歸屬都是 Nokia Technologies。

既然蔡司是德國公司,為什麼少有人說諾基亞拍照有「德味」呢?是濾鏡不夠花哨嗎?當然了,德味這詞兒是我寫出來作「標題黨」之用的,後面還會談到。

很遺憾的是,在我查詢現如今諾基亞公司和 HMD 在影像技術方面合作資料的過程中,除了「蔡司認證」這個明顯具有延承性質的特色外,再無任何收穫。前不久很有幸參加了 Nokia 7 手機的 HMD 上海發布會,拿到了這台設備,隨意街拍劃拉了幾下。除了了解到 Nokia 7 同樣借用了 OZO 音頻技術(立體 360° 音頻),以及攝像頭模塊位置有了 ZEISS 標誌,其實這款手機在影像處理演算法上,在我看來還真有點兒早年諾基亞的痕迹,不知是我 YY 的,還是其中的確有沿襲。

Nokia 7 拍照有諾基亞血統嗎?

我不打算寫手機體驗文,有興趣的各位可以去看一看科技媒體的評測文章,這裡針對手機部分的使用體驗只捎帶幾句我在意的部分——這篇文章依然是和對移動成像技術感興趣的各位同學做一次探討,期望做到拋磚引玉和進一步的思考。這次我是期望借著聊 Nokia 7 的機會,聊一聊諾基亞以前在手機攝像頭方面的努力,包括鏡頭部分。不過這次準備時間比較有限,所以聊得可能會比較淺和散,聊鏡頭的部分也算是科普了,如果再有同學說看不懂,那就真的是我的責任了(笑,你們不是說現在看不懂我寫的東西嘛...)。

就半個月的使用體驗,作為一個合格而上進(且有文化)的諾基亞粉絲,針對日常使用這部分,我很喜歡 Nokia 7。5.2 寸屏幕的機身握在手裡很小巧,其整機尺寸大致上和前兩年很多 5 寸手機類似,拿慣 5.5 寸手機的同學首次上手 Nokia 7 時可能都會覺得這款手機很小,這與其屏幕稍寬,且上下邊框相對較窄有關。加上背面的 3D 玻璃,握持體驗是相當好的;且顏值出眾、屏幕素質一流,細微處的用料到位——如 NFC 模塊、表現相對出色的 CODEC 和麥克風,符合大眾對一款手機的主要預期。

另外尤為值得一提的是,系統的使用比較流暢,這和 Nokia 6 在體驗上就拉開了差距,而且流暢性比很多同價位的國產手機要好——在流暢體驗的細微處,與原生 Android 系統的體驗是一致的,並沒有某種個性化處理方案(比如三星、魅族、鎚子不同製造商,由於 UI 差異,包括界面元素、過渡動畫,在一樣流暢的情況下,觀感存在差異),或者說更靠近 Nexus 設備的使用體驗——在我看來,這不能算是好事。

Nokia 7 的續航表現非常好,尤其待機續航足以給人留下深刻印象,3000mAh 的電池若非重度使用可以用 2 天。如果你對 Android 系統的 receiver 機制有了解,應該知道,Android 手機在國內越用越卡的一大關鍵就在於國產 App 對 receiver 的濫用,還有各種 App 全家桶的激活鏈。所以才會有 Xposed 框架、綠色守護、切斷激活鏈的工具出現。Nokia 7 在系統的「電池」設定中,針對 App 有「自動喚醒」和「鎖屏保留」限制選項,另外每個 App 的許可權設定,可對 App 要求的「開機啟動」等許可權做明確限制。

雖未知這些設定所處的層級和具體邏輯,卻的確對系統使用體驗和流暢有極大幫助。驍龍 630 在此基礎上不應該成為一個槽點,除非你真的很熱衷手機 3D 遊戲。且大部分吐槽 SoC 的同學,大抵上對 SoC 是不夠了解的,充其量停留在 CPU 部分的大小核心、頻率和製程的某個數字上,這可不是什麼好現象。總的來說這應該是我用過最省心的 Android 手機之一。

接下來就該進入正文,聊聊拍照了。

Nokia 7 攝像頭主要採用一顆 1/2.8 英寸的三星 S5K2P7 圖像感測器,解析度 1600 萬像素,鏡頭 f1.8 光圈,視野約等效 26mm 焦距。實際上,雖然有 ZEISS 蔡司標誌加持,Nokia 7 的拍照水平都算不上很出眾。咱先說說 Nokia 7 的整體拍照水準,這可能是許多同學(或者關注我的同學)最為關心的問題。在成像水準並不出眾的基礎上,就我個人看來,Nokia 7 倒真有那麼點早年諾基亞的影子,這讓我非常期待諾基亞以後的產品,總結如下:

  • 暗光環境下,抑噪表現出色(典型的諾基亞特色);
  • 成像銳度不錯(針對手抖的多幀合成演算法可能造成解析力表現不穩定),測光表現基本穩定;
  • 成像存在偏色問題,且無論室內室外,都有可見的 color shading(典型的諾基亞特色);
  • 拍照體驗部分,所見非所得,有時存在可見的延遲(典型的諾基亞特色);
  • 成像對比度高,寬容度表現有待改進;

首先來聊一聊第 4 點,拍照延遲的問題,這裡對我查到的一些資料做分享——可憐的我從來沒有深入到生產設計環節中,所以只能靠 Google 和常識猜測來做這件事,若供應鏈有哪位大佬發現錯誤,歡迎指正。

有興趣的同學可以去看一看我寫的 Lumia 950 拍照評測(iPhone 7 Plus離手機拍照No.1有多遠?),以往幾乎所有的 Lumia 手機拍照都存在體驗上的延遲,即在按下快門,到最終穩定的照片輸出,刨除對焦消耗的時間,仍然存在可感受的時間差。如果說早年 Lumia 1020 的拍照延遲是受限於驍龍 S4 Pro 的 ISP(圖像處理器) 性能和存儲介質性能,那麼像 Lumia 950 這樣採用 2000 萬像素攝像頭,且配驍龍 810 SoC 的設備就不應該了,但這種延遲幾乎是祖傳的。

幾年前我就發現一件有趣的事,即諾基亞在 ISP 的問題上很有話語權。Lumia 1020 當年所用的高通 MSM8960 晶元 ISP 部分實際上只支持 2000 萬像素攝像頭,但諾基亞在這款手機上和高通進行合作,自己重寫了整個成像堆棧[8]。專註半導體領域的國外媒體 AnandTech 認為,這顆晶元 ISP 處理能力完全不足以勝任 4100 萬像素這個數據量,更何況還涉及到過採樣之類的過程,所以可能部分用到了其中的 Hexagon DSP 運算資源(想想 vivo 近期宣傳的 DSP 圖像處理!),另外 2GB LPDDR2 內存的選配也是為了配合 4100 萬像素的處理。

但就近代看來,ISP 的性能飆升也很快,2000 萬和 1600 萬像素的數據量不算什麼。Nokia 7 所用的驍龍 630 應該是高通驍龍 600 系列 SoC 中首款應用了 Spectra ISP 的晶元,支持至多 2400 萬像素攝像頭(貌似是全 14 bit?),且宣稱「快門 0 延遲」。怎麼在 Nokia 7 身上就有了可感知的延遲?以下是我個人的猜測(不會做逆向工程的尷尬...)。

其實對所有的手機廠商來說, ISP 硬體本身算不上重點,其中的演算法才是重點。而演算法這麼多年來都是個黑匣子,對我們這些普通人而言,一點技術細節都沒有了解的機會。比如在採用相同 ISP、圖像感測器的基礎上,由於演算法差異,在不同手機廠商手裡,成像表現就是完全不同的。好在前一陣我在看 Exynos 晶元剖析的時候,看到多年前三星居然公布了一份 Exynos 5420 ISP 的專門介紹[9],興奮之餘快速看完,發現當代 ISP 結構是這樣的:

這款晶元所用 ISP 部分,除了核心 ISP 之外,還有 Scaler(圖像尺寸變更) 和後期處理(影像增強)模塊。大部分人可能更關心後期處理,也就是影像質量增強部分,這部分的 IP 子模塊其實還不少,比如說 DRC 用於調整畫面的動態範圍(生成一張色調分布曲線圖,然後針對輸入影像數據的每個像素應用一個色調曲線),VDIS 則控制畫面穩定性(如控制手抖造成的模糊),3DNR 則負責抑噪,FD 進行臉部識別、追蹤...

抱歉,一激動又說得稍微深入了一點。然鵝,大部分 ISP 解決方案對手機製造商而言都有可選擇的餘地,比如說現在的 ISP 都支持所謂的「Computational Photography」,也就是說上面所述的這條 ISP 線路,對手機製造商而言,如果你不想用,就可以繞過去——用軟體應用來替換掉這些硬體功能。為什麼要繞過?如果我有更好的圖像處理解決方案,當然不需要用晶元製造商的 ISP 演算法,某些手機製造商可能用自己的演算法,某些則可以專門購買演算法方案,一般會比晶元集成的要強。

繞過以後,攝像頭拍下的拜耳圖像數據(也就是最原始的照片數據)就會直接傳給 CPU 或 GPU,讓軟體應用去處理這些數據。此外,ISP 還可以從 CPU 或 GPU 中再度獲取拜耳圖像數據,然後對已經處理過的照片做進一步處理。但或許也有一些例外,比如蘋果、華為這種原本就有晶元設計業務的企業,在晶元設計階段,大概就可以將自有圖像處理演算法融合到 SoC 的 ISP 硬體模塊中了。

早年,對諾基亞這種擁有多年成像技術經驗的廠商來說,肯定要用上自己的演算法。所以君不見 Lumia 設備拍照暗光環境下的抑噪水平,都比同時代的其他手機技高一籌嗎?Nokia 7 似乎很好地繼承了這一點。但繞過硬體模塊,用自己的演算法去對原始數據做處理,這中間的開銷雖然我們並不清楚,但猜測比 ISP 自己去算,效率可能會更低。而且晶元製造商宣傳的快門 0 延遲,依靠的是 ISP 將圖像感測器捕獲到的原始圖像數據,實時存儲到幀緩存(frame buffer)中。這可能會是諾基亞這種祖傳拍照延遲的一個原因(雖然這個猜測好大膽)。但另一方面也為諾基亞自有演算法立功提供了機會。

高通 2015 年也曾公開過一份白皮書[10],談論自家的 ISP,大致在 IP 模塊構成上更全面。其中也提到了這種方案,並且說在 ISP 之外,可定製的圖像處理引擎還包括了 CPU、GPU、DSP、視頻等,所以今年 vivo X9s 宣傳的 DSP 拍照技術算不上什麼黑科技,所謂的 Pre-ISP 實際上就是像上面解釋的給影像處理多加了個環節。說到底,演算法才是關鍵。另一方面,可見 AnandTech 對 Lumia 1020 的猜測還是有些依據的。

扯了這麼多,我們回來聊聊 Nokia 7 的攝像頭。這種設定給體驗造成的影響有幾點,其一是所見非所得,也就是在取景器中看到的畫面和最終拍出來的照片是不一樣的,主要表現在亮度和色彩方面,這對拍攝體驗有影響;其二是多幀合成的痕迹明顯,有些時候按下快門,能夠明顯感覺到機內正在進行多幀合成處理,並在數秒後才顯示出最終優化的照片——在某些少數情況下,可能存在拍完以後,打開照片,但圖像處理仍沒有結束的尷尬;所以在 HDR 過程中,這種體驗的延遲會感受得更明顯——有趣的是,如果你用過 Lumia 950 就知道,950 的拍照體驗也是這樣的。

體驗部分多說幾句:自動 HDR 不夠智能;另外沒有以前諾基亞手機的手動模式,不能手動調節 ISO 和快門,且手機是不支持長曝光的(所以下載第三方 App 也無法實現長曝光)。這很不諾基亞。

但其圖像處理演算法倒是頗具諾基亞風格的,比如前面提到的暗光環境下的抑噪表現出色,這是 Lumia 手機一直以來的傳統。只不過由於並沒有光學防抖機構,且 ISO 上限為 1600,所以在極低照度的弱光環境下,亮度較難有保證。一般場景下的解析力表現很不錯,但其多幀合成防抖機制似乎有點小問題:即出現抖動後的多幀合成圖像對解析度有不小的影響,但看起來又不像是畫麵糊了。

ISO800

ISO1000

ISO1600,在這個照度下,畫面整體信噪比和 iPhone 7 Plus 攝像頭表現差不多;但應對極低照度時,面臨拍不到的尷尬;

ISO800

註:由於知乎的傳圖限制,本文所有樣張都將圖片解析度壓縮至 2400 x 1800,點擊可查看這個尺寸的大圖

Nokia 7 拍照較大的一個問題是畫面對比度設置得比較高,而且已經影響到了畫面的寬容度。原本寬容度(latitude,和動態範圍 Dynamic Range)是圖像感測器的一個固有屬性,這個值是相對客觀存在的。但手機製造商在這一項的調教中有自己的傾向:在很多情況下更高的對比度可以讓畫面看起來更具視覺衝擊力(所以很多後期濾鏡會調高畫面對比度,或壓縮暗部灰階),但可能會影響到畫面的亮部和暗部細節呈現。

Nokia 7 的曝光表現經常傾向於犧牲亮部(而且是在低 ISO 下),而且沒有讓暗部的還原呈現出更多層級(人眼特性決定暗部細節不應按照亮度來進行線性的呈現),這對逆光拍攝很不友好。而且寬容度略差可不是諾基亞手機的一貫風格,要知道 Lumia 950 攝像頭的寬容度表現在今年的新機出現之前是所向披靡的。

ISO100

ISO160

ISO100

其實近期在了解到廠商對畫面對比度的偏好,以及知道 ISOless Sensor 這種東西的存在後,我甚至越發覺得,寬容度可能不應該成為手機評測好壞與否的一個重要標準,因為標準化時代大家的圖像感測器都是一樣的,且暗部是可以後期提亮找回細節的(且是以不損失畫質或較少損失畫質為前提)。但可能我對多幀合成、乃至抑噪的具體演算法細節不了解,所以這麼說可能是不負責任的。這個還是等我以後慢慢研究再給各位彙報吧。

最後就是諾基亞一直以來的老問題,成像偏色了。其實 Lumia 950 已經是歷代 Lumia 設備中偏色控制得最好的設備,但依然存在明確的偏色。Nokia 7 的色彩呈現,在應對純色場景,如花、草、天空的時候,會明確提高畫面飽和度,這也是諾基亞一貫以來的風格;但場景色彩一旦比較複雜,自動白平衡漂移的老毛病就會出現,但好在飄的不過分。另外,鏡頭的 color shading 問題還在。

注意觀察畫面中央位置白紙的顏色,與邊緣位置白紙顏色的差異

ISO160

ISO800

ISO800

我從 808Pureview 真正開始關注諾基亞拍照,再從 Lumia 900/920 買手機一路到 Lumia 950,幾乎每款手機拍照都存在明確的 color shading 問題。color shading 和 luminance shading(可表現為暗角)主要是光學結構設計帶來的問題,在手機產品中,這種缺陷很常見,iPhone 幾乎每一代也都有這種問題,但大部分設備都會依靠 ISP 演算法做補償修正,且在室外拍照時不怎麼看得出來。在我看來,這個問題是諾基亞需要著重在意的部分,DxOMark 在以往針對 Lumia 1020 的評測中也明確提到過。Nokia 7 也沿襲了這種祖傳的 color shading。

蔡司認證的價值在哪裡?

談到 color shading,就可以開始聊鏡頭了。其實早在微軟收購諾基亞手機業務的時候,與蔡司保持的合作也自然而然轉給了微軟——蔡司官網也是這麼說的。HMD 成立後,先前國外有網友問諾基亞手機什麼時候再上卡爾蔡司鏡頭,諾基亞官方 Twitter 回應說可能以後不會再用卡爾蔡司的技術。但很快,HMD 再度宣布與卡爾蔡司合作。前一陣我還專門寫過諾基亞的卡爾蔡司鏡頭究竟是怎麼回事的一篇回答(歐陽洋蔥:諾基亞的卡爾蔡司認證鏡頭究竟和蔡司是什麼關係?),其中大量採用諾基亞和蔡司自己發布的消息,有興趣的各位可以去看一看,諾基亞和蔡司先前合作的這些年都在做些什麼。

如果你不知道「鏡頭」在整個攝像頭模塊中扮演什麼角色,那麼可以看一看當年 Lumia 1020 的宣傳視頻,幾乎是成像流程的教科書了,雖然省略了一些步驟。而且此後好幾個國產手機品牌在宣傳自家手機拍照功能時,都照搬了這個廣告創意:

大片式諾基亞 Lumia 1020 宣傳廣告 http://v.youku.com/v_show/id_XNjgxNDI1MTY0.html

不過講真的,雖然科技媒體們現在已經開始越來越關注攝像頭模塊中圖像感測器的價值,但攝像頭關乎的可不只是圖像感測器。可惜我從工作到現在一直都只能算是個搞翻譯的,未深入生產環節始終都只能做門外漢。攝像頭這一個整體實際上包含了圖像感測器、對焦模組、驅動馬達(VCM)、鏡頭,還有其餘的成像技術,而且可能各部分的供應商都是有差別的。

比如三星電機、夏普提供對焦模組,而富士、大立光等則提供鏡頭,日本阿爾卑斯(ALPS)、TDK 則是相對有名的 VCM 廠商,到圖像感測器環節才是很多人熟知的索尼、OmniVision、三星等(而且即便是 CMOS 圖像感測器這一部分,都還包括 CMOS 設計、晶圓製造和封裝測試這幾個環節,每個階段的玩家都是不一樣的)。

攝像頭模塊各部分的成本佔比,圖片來源:智研諮詢

其實絕大部分小夥伴都知道,諾基亞的手機攝像頭,鏡頭部分並不是蔡司生產的,但卡爾蔡司的確參與鏡頭的設計和把關工作,這一點可以去看看蔡司和諾基亞的博客文章。至於具體到這些鏡頭是誰造的,從我能查到的資料看來,諾基亞以往的鏡頭供應商主要包括日本的富士、台灣大立光、玉晶光(iPhone 主攝像頭鏡頭的主要供應商就是大立光,今年的 iPhone X 似乎有意讓玉晶光入局)、康達智等[11]。有消息說,富士早幾年非常依賴諾基亞的鏡頭訂單,而在諾基亞衰落後,富士光學事業部收入大減,並在 2015 年前後徹底裁掉了手機鏡頭部門[12]。

不過在沒有消息源的情況下,無法確定對應諾基亞手機的鏡頭製造商,比如 Lumia 1020 這種著名機型,未知鏡頭製造商是哪家。蔡司在其中扮演的角色應該並不只是對鏡頭原型產品做測試,而是在攝像頭模塊所有環節都搞定之後,對最終的光學系統做測試(以及前期的設計)。我在參加這次 Nokia 7 發布會的時候,HMD 在聊到與卡爾蔡司的合作時就談到了攝像頭的調校。我們當然不可能深入了解雙方的合作細節,蔡司官網已經掛出了 Nokia 8 這款手機的合作文字片[13],只是幾乎也沒有談到合作細節。

這裡,在聊 Nokia 7 的鏡頭具體表現之前,還是先掰扯掰扯手機鏡頭對拍照而言究竟有什麼影響(這裡咱不聊對焦)。

我最愛的 Lumia 900 還躺在我的柜子里,看它機身背部攝像頭模塊下方銘牌位置的卡爾蔡司標誌,其實右邊還有個 Tessar 字樣。其實 Tessar 天塞是相當經典的一種鏡頭設計,1902 年的時候由德國物理學家 Paul Rudolph 設計出來[14]。但真正的天塞鏡頭是四片三組結構,前組的那一片是冕玻璃凸透鏡,中間是一片燧石玻璃凹透鏡,後鏡組兩片,一片燧石玻璃平凹透鏡、一片冕玻璃凸透鏡。

天塞設計專利就在蔡司手中。從結構上來看,諾基亞手機的天塞標誌鏡頭,和原本的天塞結構可能還是不一樣的,即便有天塞標誌的諾基亞手機鏡頭的確大部分是 4 片結構。諾基亞表示,之所以用這個標識,是為了紀念 Tessar 在光學領域的里程碑意義,是 Tessar 讓鏡頭和相機變得更小更輕[15]。到後期,諾基亞手機鏡頭幾乎都是五片一組或六片一組時,基本已經不再選用天塞標誌。

Tessar 鏡頭結構的典型設計

現如今手機鏡頭業務廠商的方案已經比較成熟。比如大立光手持鏡頭設計的一千多項專利,蘋果、華為、OPPO 其實都是大立光的客戶,相關其 6P 專利部分就不少[16]。我們雖然無法得知蔡司和諾基亞在鏡頭設計中扮演怎樣的角色,但考慮到 Lumia 時代,諾基亞的手機攝像頭模組基本都是非標準器件,比如說 Lumia 1020 的攝像頭,圖像感測器基本就是東芝為其定製的 HES9,鏡頭和整個光學設計都沒有標準化指標可以參考,所以大約是需要重新來過的。

808Pureview 鏡頭剖面

舉例說,808Pureview 的攝像頭採用 5 片非球面鏡片,其中有 1 片是高折射率、低色散玻璃,另外還有一片額外的 ND 濾鏡(ND8,3 檔),且鏡頭焦距為 8.02mm(一個冷知識:搭配 1/1.2 英寸圖像感測器和 f/2.4 光圈,808Pureview 成像景深大約相當於全畫幅相機 + 26mm f/7.8 鏡頭),這都是典型的非標準器件[1]。

「全球不少製造商都能切割、磨製鏡片,或者生產配件,這已經不是什麼秘密了。但唯有在所有步驟都到位,確保流程每個階段的質量標準以後,我們才樂意聲稱,這是卡爾蔡司鏡頭。」[17]

——Oliver Schindelbeck, 卡爾蔡司研發項目經理

或許這可能會成為現如今 HMD 所產諾基亞手機的弱勢,以 HMD 當前的體量,大概很難再像以前的諾基亞手機那樣,隨意簽下這種非標準器件的訂單——Nokia 7 所用的圖像感測器就是三星公開售賣的標準化器件,對像我這種有諾基亞情懷的人來說,少了一個值得炫耀的基礎,早前的諾基亞也是因為這種特殊化,在成像領域才顯得如此熠熠生輝。

不過可能也不盡然,如今的手機成像整體素質都在往前,且近兩年的進步不小,Lumia 950 即便是截至去年為止行業內最優秀的拍照手機,如果不對樣張進行一對一的比較,也很難發現它與其他優質拍照旗艦有什麼天壤之別,或許標準化並不是一件壞事。

講這麼多,純屬一些資訊分享。最後就來聊一聊蔡司認證大致究竟能做哪些事吧,雖然也仍是我的臆測。蔡司作為一家德國公司,在宣傳的時候,我們應該說「德味」,聽起來立刻就高端了。就好像華為在針對 Mate 10 徠卡 Summilux-H 鏡頭的宣傳中就談德味。

就「德味」這個聽起來很「混沌」的系統,在某些人眼中是玄學。但實際上,鏡頭的任何一項屬性都有可量化的指標,舉個例子,比如說一般鏡頭的焦外成像素質如何,這個究竟該如何量化?假設有這樣一個場景,在場景正中央有個理想的點光源,用鏡頭散焦來拍個照,拍下來的應該是張完全模糊(焦外)的畫面。對最終成像中不同位置取樣,分析亮度值,得出一條曲線,理論上越遠離中央位置,亮度越低。這條曲線越平滑,則焦外成像理論上越出眾——這是可以用來判斷焦外二線性和光斑邊緣虛化特徵的。所以在 DxOMark 針對 Mobile 設備的最新評分標準中,多出的 Bokeh 焦外評分項也有量化依據(雖然是模擬的)。

我們說,一個鏡頭有德味是什麼意思?如果我們拋開早年膠片、顯影技術帶來的風格化成像,以及現在的數字濾鏡不談,鏡頭的德味也可以被量化。去年我寫過一篇文章叫《從摩爾紋談談所謂的成像「玄學」》,現在看來其中略有些值得商榷的部分,但最後部分對空間頻率信號響應解讀的意思是沒問題的。

如果你無法理解這篇文章或上面的文字,那麼知道一點即可:鏡頭是圓形的,且由各種凹凸透鏡組成,想想鏡片中央位置和邊緣的均勻性,就不難理解,鏡頭都很難做到從中央往邊緣位置的成像表現一致(甚至離中央相同半徑的不同位置,可能也存在差異)——而且鏡頭是個需要發生內部運動的機構,如果說定焦鏡頭的對焦鏡組移動行程還算短,那麼如果加上光學變焦和光學防抖,則整個系統將變得非常複雜。實際上絕大部分鏡頭總是越往邊緣,成像越差,甚至可能劣化得不均勻,且並不僅表現在解析力方面。

有個叫做 MTF 曲線的東西——MTF 曲線其實是對這種變化做量化解讀,針對不同空間頻率給出鏡頭不同位置的信號響應(也就是 MTF 值)。MTF 曲線通常可以表達一個鏡頭不同位置的解析度、對比度、色散、場曲、橫向色差(色散)。這些響應值的變化,造就了某些鏡頭的偏向性,比如「德味」。想想掛個徠卡或蔡司,鏡頭也很難有德味了,畢竟現在的鏡頭設計和生產如此標準化,還不如數字後期更靠譜。

Zeiss Planar 85/1.4,光圈全開的 MTF 曲線,中央那根線是焦平面,紅綠藍三條曲線是分色測試得到的

裝逼裝得非常長篇,雖然上面這些實際不過是成像的入門介紹,有興趣的各位可以使勁研究研究。鏡頭設計從本質上來說雖然有數學、光學知識可以去套用,但在看過以往大量鏡頭設計作品後也不難發現,這更像是個經驗性質的學科,所以我們才說某種鏡頭設計很「經典」。總的來說,這些鏡頭對像差的控制,是從中央往四周一致性的努力。就好像中學物理學過稜鏡把太陽光分成七色的原理,鏡頭內部的這些樹脂和玻璃或許都有機會分光(所以有了色散),尤其到邊緣位置,這是鏡頭設計和生產用料需要解決的問題。很多科技媒體評測中談到的色散、邊緣解析力劣化,還有 color shading,其實都是幾何像差的組成部分。所以搞什麼非球面鏡片、高折射率低色散玻璃,都是在對這些問題做深入,而手機更緊湊的鏡頭,在用料設計方面和相機又有不同。

「蔡司認證」大致上應該就是對這些問題的背書,但在普通消費用戶領域真沒必要玩得這麼高端,更何況在不涉及光學變焦的情況下,鏡頭的設計難度也沒那麼高。以上內容只是給各位做個簡單的科普。不過還真是無法確定現如今 HMD 和蔡司的合作深度,是否與當年諾基亞和蔡司的合作一樣,或許其合作還關乎鏡頭之外的部分,比如對焦、測光等。

ISO100

ISO160

最後大致說說 Nokia 7 的蔡司鏡頭吧,我當然還沒高端到能給各位畫鏡頭 MTF 曲線的地步。這顆鏡頭的素質相對普通,官方連用了幾片鏡片都沒說,其成像銳度表現佳(對焦精度是有保證的),靠近邊緣位置的成像表現不算優秀,存在可見的解析度劣化,但比很多國產手機要好。鏡頭抗眩光、對鬼影的控制表現不錯,很少出現畫面霧蒙蒙的情況。

在 Nokia 7 並非拍照旗艦的前提下,蔡司銘牌的含金量就不像 808Pureview 這樣的設備那麼高了,不知道以後會不會出現像 808、1020、830 等機型那樣由蔡司操刀設計的諾基亞手機鏡頭作品。

期待未來的諾基亞 + 蔡司攝像頭

今年早前我還有幸參加過 Nokia 6 的見面會,聊對新機的建議,見到了 HMD 的首席產品官 Joho Sarvikas 和幾名原先是 Lumia 的設計師,當時他說諾基亞手機未來會以設計為主打,那個時候大家還不知道蔡司認證會回歸。我其實挺想問是否想過在成像方面有所動作,畢竟在 Lumia 時代,設計和成像就是諾基亞的兩大招牌。既然有大約 500 項設計專利從微軟轉移到 HMD[18],蔡司認證也回來了,這兩項大約未來都有徹底復興的希望吧。更何況 HMD 和諾基亞公司現在也有著千絲萬縷的聯繫,不光是品牌授權。不僅有設計和工作人員方面的前諾基亞資源,如 HMD Global 當前的總裁 Florian Seiche 就曾是諾基亞歐洲銷售與市場高級副總裁;諾基亞在 HMD 設有董事會席位等。

Nokia 7 雖在宣傳中提到有採用諾基亞 OZO 音頻技術,卻並未提及與諾基亞公司在成像技術方面的合作。從 Nokia 7 的成像特點來看,猜測或有諾基亞的前期印記,只不過大概其成像團隊還沒有將之烹製成熟。所以我很期待 HMD 在準備就緒後,將成像再度作為諾基亞品牌的特色大聲喊出來(或者是我想像太美好吧...),即便是在沒有了 Pureview 這些 IP 的前提下。而且這或許還需要 HMD 的資本積累吧。

最近 Juha Alakarhu 在他的 Twitter 上轉發了兩篇推文,一篇題為《The truth about DxOMark camera ratings》,另一篇題為《From the Editors Desk: Why DxOMark scores are basically worthless》,其實這兩則內容主體談的是 DxOMark 的成像評分不靠譜,一方面是針對各子項的權重是他們自己拍腦袋想出來的,另一方面只要經過 DxOMark 「指導」的產品,得分一定很高。看來 Alakarhu 對於 DxOMark 給 808Pureview 和 Lumia 1020 評低分的事情,一直是懷恨在心的呀。

參考來源:

[1] Nokia PureView oversampling technology

[2] Juha Alakarhu - LinkedIn

[3] Juha Alakarhu: end of an era in imaging, but Id argue that has also plateaue

[4] Apple hires Nokias Lumia photography lead

[5] Tero Vuori - LinkedIn

[6] Eero Salmelin - LinkedIn

[7] Juha Alakarhu Inventions, Patents and Patent Applications

[8] Some Thoughts About the Lumia 1020 Camera System

[9] Benefits of Exynos5420 ISP for Enhanced Imaging Experience | Official Blog | Newsroom | Samsung Exynos

[10] Whitepaper: Breakthrough Mobile Imaging Experiences | Qualcomm

[11] 讓蘋果又愛又恨的大立光——彎道超車技術為王丨006

[12] 長空:如何客觀評論富士 fujifilm 對比其他品牌相機的優劣?

[13] Part of the history of ZEISS

[14] Tessar - Wikipedia

[15] What』s so special about Carl Zeiss lenses anyway?

[16] 手握千餘項專利,大立光核心研發部隊揭密

[17] Nokia 808 PureView: Carl Zeiss science of making the perfect lens

[18] #Nokia design patents transferred from #Microsoft to #HMD; Lumia Camera UI included

* 轉載請註明來自周三科技,與作者歐陽洋蔥


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