苹果此次在影像系统的提升较大,不止拍照更好,苹果改变思维

2020-10-27 13:40    来源:互联网    编辑:小优    浏览量:588

10月14日,跳票了一个月的iPhone12系列终于发布,本次共推出了四款机型,分别是12mini、12、12Pro和12Pro Max。这四款机型的外观设计相同,采用了乔布斯时代的直角设计,被外界称

苹果此次在影像系统的提升较大,不止拍照更好,苹果改变思维(图1)

10月14日,跳票了一个月的iPhone12系列终于发布,本次共推出了四款机型,分别是12mini、12、12Pro和12Pro Max。

这四款机型的外观设计相同,采用了乔布斯时代的直角设计,被外界称为“回归”不过,这四款产品的价位差异却十分明显,在一些细节和配置方面精准下刀,拳拳到肉。苹果此次率先做出了不配充电器的“榜样”遭到外界一众吐槽,但随着iPhone12和12Pro的开售和解禁,消费者到手之后又大呼“真香”

让消费者“真香”的理由就是此次苹果强推的影像。在发布会上,苹果花了很多时间着重介绍这个部分,显示出了其对12系列影像的信心。从目前消费者的反应和各媒体的评测来看,苹果的信心不无道理。

苹果此次在影像的提升较大,主要体现在其防抖技术以及激光雷达扫描技术。

手机摄像头:以小观大

第一款带有摄像头的手机由夏普在2000年9月推出,像素只有11万,10月下正式发售,算下来,距离现在刚好20年整。不过,20年间手机摄像头的发展速度超乎想象,现在已经达到了1亿像素。

一般来说,手机摄像头主要由印制线路板(PCB)数字信号处理芯片(DSP)传感器(SENSOR)固定器、镜头等组成。其中镜头、DSP和传感器是最重要的三个部分。

那么手机摄像头是如何成像的呢?

人眼能看见物体,是因为物体能反射灯光。不同部分反射灯光的能力不一样,因此就能呈现不同的形状;又因为其反射的波长不同,因此能呈现不同的颜色。

我们打开摄像头时,物体所反射的光线就会通过镜头进入其中。

镜头是光线到达的第一站,通常由透明的圆形材料,例如玻璃或塑料组成。为了提高相机对物体形状和颜色的感知,镜头材料的透光度必须得到很好的保证。

此外,为了提高成像画质,通常会用到好几片镜头,而且往往这些镜头都不是平面的。

苹果此次在影像系统的提升较大,不止拍照更好,苹果改变思维(图2)

上图中的镜头共有5个镜片,每个镜片的大小和形状都不相同。一般手机摄像头中的镜头的镜片都是光学树脂,其批量生产成本低、重量轻、抗冲击性强。最重要的是,其面型自由度高,可加工成非球面(如上图所示)

光线透过镜头后,光子(光线中携带能量的粒子)就会达到图像传感器并产生可移动电荷,这就是内光电效应。可移动电荷汇集就会形成电信号,由于DSP处理器无法识别电荷信号,因此需要把电信号为数字信号。图像传感器的作用和胶片类似。

电信号为数字信号的过程就需要电荷转移器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)的参与。市面上常见的数码产品感光元件就是这两种。二者相比,前者的成像质量好、耗能大且生产难度大,后者质量成像差、耗能小且生产难度小。

信号转换完成后,就会通过电路进入到DSP。DSP是摄像头的“大脑”相当于电脑中的CPU,会对传输过来的信号进行计算排列,输出目标图像的画面。

苹果此次在影像系统的提升较大,不止拍照更好,苹果改变思维(图3)

软+硬=稳

即便有了优秀的硬件配置,也不一定能拍出好的作品。近几年兴起的Vlog风潮对手机的成像,特别是拍摄提出了更高的要求。

为了解决拍摄过程中不可避免的抖动问题(抖动影响进入镜头的光线数量和线路,光子的位置发生漂移,会最终效果)有的厂家,例如大疆、智云、飞宇等推出了手持稳定设备。但是,这些设备在外出携带时却很不方便。

苹果此次在影像系统的提升较大,不止拍照更好,苹果改变思维(图4)

DJI OM 4手机云台(图源:DJI大疆创新)

可不可以在手机内部实现这一效果呢?一些手机厂家也推出了防抖功能,采用画面裁切的方式,只保留中部较稳定的画面。这种方式虽然能解决一些问题,但是却牺牲了画面展示效果。

为了解决这种问题,厂家一般会采用光学防抖技术(OIS)OIS又被称为镜头防抖,通过在镜片组中增加一个使用磁力悬浮的镜片,当机身发生震动时,相机能检测到轻微的抖动,并将抖动数据发送给安装在镜头上的马达。马达会控制镜片对抖动进行位移补偿,即向相反方向作样距离、大小的位移,从而减少抖动造成的画面模糊问题。

当然,这一功能的实现还需要陀螺仪的配合。陀螺仪又称角运动检测装置,在航天、军事以及电子产品中的运用十分广泛。

根据苹果官网的数据,此次iPhone12系列共采取了两种防抖技术。12、12mini和12Pro三款机型采用光学防抖;12Pro Max采用传感器位移(sensor-shift)防抖技术。

在历代的升级中,镜头的数量和重量都在增加,因此就需要更大的马达驱动。这对于集成度很高、“寸土寸金”的手机来说是很奢侈的。

苹果改变思维,既然厚重的镜头不好移动,那就移动图像传感器,也就是传感器位移防抖。必须说明,这不是苹果独创独用的技术,在单反和微单相机上早已应用。

苹果此次在影像系统的提升较大,不止拍照更好,苹果改变思维(图5)

由于目前iPhone12 Pro Max还未出现在官网,所以具体的技术细节还未可知。理论上讲,这一技术相比光学防抖来说并没有太大的优势,后者存在的问题在前者上也存在。

但是,根据评测机构的来看,即便是在采用光学防抖的iPhone12 Pro上,防抖的效果也相当不错,因此不排除苹果在软件方面也下了功夫。

影像升级背后的产业布局

与防抖带来的个人体验相比,iPhone12 Pro Max上的激光雷达扫描仪(LiDAR Scanner)或许会对AR产业产生推动作用。

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达,使用紫外光、可见光或红外光对物体成像,可以扫描多种材料,包括非金属物体、岩石、雨水、化合物、气溶胶、云甚至单分子。

激光雷达的工作原理与蝙蝠声呐定位相似。发射器首先向目标发射探测信号(激光束)光束达到目标后随即被反射回去,反射信号再被接收器接受。由于目标物体的表面形状差异,因此返回的信号在时间上存在差异。

这些信号最终都会被发送给处理器,后者对时间差异进行分析,获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数信息。

这一技术的应用很广,在航天、军事等方面都具有重要作用。在前瞻网此前发布的一篇关于自动驾驶的文章中,就提到了激光雷达在自动驾驶技术中的重要作用。

当然,苹果在消费电子产品上使用的技术程度自然无法与专业领域相比,但将这一技术应用到消费领域的意义还是很重大的。

上面提到的激光雷达测量方法被称作飞行时间测量法(Time-of-Flight, ToF)ToF主要分为间接飞行时间测量法(indirect ToF)和直接飞行时间测量法(direct ToF)苹果采用的是后者。

两者相比,dToF比iToF的测量精度更高,而且不会随着距离下降。dToF是实现这种精度的核心就在于单光子雪崩二极管(SPAD)

单光子是苹果的激光雷达扫描仪在工作时发出的用于检测的信号。单光子信号的强度不高,粒子性显著,因此检测难度较大,而SPAD则具有放大信号的功能。

其次,在扫描方式上,苹果选择的是flash方案。扫描仪工作时会快速发射一大片光线,能在同一时间内获得多个的距离数据。这些数据返回后可以处理成一幅3D景深信息地图。

这一方案的扫描范围较小,最大只能测量5米范围的物体距离,不过这一距离对消费电子产品来说应该是够用的。

此次iPhone12 Pro Max并非第一个搭载这一技术的苹果设备,在今年发布的iPad Pro 2020中,这一技术已经率先登场。

苹果的意图也很明显,那就是发展AR应用。早在2017年,苹果就推出了ARkit的套件,让者们利用设备后置摄像头来做AR应用。不过,由于当时没有应用激光雷达技术,只能使用3D结构光,这在精度上有一定缺陷。

考虑到平板市场的规模、平板应用的以及自家低价平板产品的竞争,早先发布的iPad Pro 2020并没有掀起AR应用的波澜。不过,随着激光雷达技术在iPhone上的应用,凭借苹果的强大影响力,AR产业或许会迎来增长。

当然,激光雷达技术对于提升iPhone的拍照体验也很大作用。凭借扫描仪的快速扫描能力,可以提高拍摄中对焦的精度实现更加精准的对焦和提高对焦速度,甚至手机在黑暗的地方也可以快速精准的完成对焦。

本文相关词条概念解析:

苹果

苹果公司(AppleInc.)是美国的一家高科技公司。由史蒂夫·乔布斯、斯蒂夫·沃兹尼亚克和罗·韦恩(RonWayne)等三人于1976年4月1日创立,并命名为美国苹果电脑公司(AppleComputerInc.),2007年1月9日更名为苹果公司,总部位于加利福尼亚州的库比蒂诺。苹果公司1980年12月12日公开招股上市,2012年创下6235亿美元的市值记录,截至2014年6月,苹果公司已经连续三年成为全球市值最大公司。苹果公司在2014年世界500强排行榜中排名第15名。2013年9月30日,在宏盟集团的“全球最佳品牌”报告中,苹果公司超过可口可乐成为世界最有价值品牌。2014年,苹果品牌超越谷歌(Google),成为世界最具价值品牌。2016年4月22日,苹果公司证实苹果两大互联网服务——iTunesMovies和iBooksStore在中国区关闭

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