[Man講座]解構 Nokia 9 Pureview 五鏡頭攝影原理 (下)

上文深入淺出地介紹 Nokia 9 Pureview 五鏡頭攝影方案的原理及優點,本文就集中分析 Nokia 9 Pureview 實際攝影質素未如理想之原因。就算五鏡頭擁有一定優勢,若廠商未能掌握技術,實際成像與理想有落差,五鏡頭得物無所用。

由是觀之,Light 方案透過增加鏡頭數量改善成像質素,效果卻未必如此。部分單鏡頭手機攝影質素優秀,例如 Google 的 Pixel 系列,原來單鏡頭未必比多鏡頭遜色。Man 嘗試找出 Nokia 9 Pureview 多鏡頭魔法失靈的原因,看看 HMD Global 從中得到甚麼教訓。

 

首先,我們要了解手機攝影的過程,按下螢幕的快門按鍵後,到底發生甚麼事呢?

Step 1: 鏡頭收集影像資訊

Step 2: 攝影程式計算、處理、調整

Step 3: 輸出相片,用戶可在相片程式見到最終成品

 

應用上文提及有關報館的比喻,Step 1 代表記者,Step 2 為編輯,Step 3 等於讀者最終讀到的新聞報導。再來一個例子,好味的牛扒 (Step 3) 不但需要優質牛扒 (Step 1),廚師的烹調技術 (Step 2) 同樣重要。

簡單來說,輸出成像之質素取決於 Step 1 及 Step 2,即鏡頭、演算法,前者硬件,後者軟件,缺一不可。只要其中一關失手,另一關做得也是徒然,前功盡廢。Man 心目中兩者兼顧且攝影水準優異的例子有 Microsoft Lumia 950,整體表現達歷代 Pureview 之巔峰。

Man 認為,Nokia 9 Pureview 失敗的原因可歸咎到 (一)鏡頭、感光元件 及 (二)演算法,軟硬俱欠佳,導致五鏡頭只成招牌,金玉其外而已。

 

鏡頭、感光元件

工欲善其事,必先利其器。

論攝影,鏡頭及感應器直接影響質素,感應器的感光能力、技術決定畫面細節,以及低光拍攝質素,同時鏡片組合之用料、塗層和構造同樣重要。

不少人愛用像素多寡判斷鏡頭的好壞,無奈此乃片面看法,事實上我們要考慮感光元件尺寸、像素大小。像素大小 (量度單位為µm) 反映每個像素所佔的感光元件面積,越大越好,代表每個像素可吸入更多光線,記錄更多細節,當中邏輯如下:

像素大小 = 感光元件尺寸 / 像素數量

要提高像素大小,有兩大方法。第一是增加感光元件尺寸,第二是減低像素數量。Nokia 808 Pureview 使用方法一,採用 Toshiba 製造的超大感光元件,缺點為鏡頭體積龐大,不符合現今設計美學;HTC M7 選擇方法二,把像素數量減至400萬左右,像素大小達2µm。

Nokia 9 Pureview 突破上述傳統思維,增加鏡頭數量以接收更多光線、細節,正當沉醉於鏡頭數量之際,我們再次怱視感光元件的重要性。任何情況下,質、量必須並重,即使以量取勝,絕不可輕視鏡頭、感光元件之品質,否則弄巧反拙。

Nokia 9 Pureview 作為2019年的攝影旗艦,卻使用 Sony 的 IMX 386 感光元件。IMX 386 是2016年的產物,乃 Sony 為 Meizu 設計的感應器,獲數家中國廠商採用作中階機鏡頭,重申一次,是中階機鏡頭。Sony IMX 386 提供1200萬像素 (4032 x 3016),感應器尺寸為1/2.9″,像素大小達1.25 μm。

在2016年、2017年,IMX 386 無疑屬理想之選,無奈 HMD 於2019年仍採用此過時產品,給攝影旗艦使用毫不合理,未知是否與成本考慮有關。事實上,HMD 並非第一次犯此毛病,第一代旗艦機 Nokia 8 於2017年推出,雖有蔡司認證之美名,竟然採用2015年的 Sony IMX 258。讓大家參考,2016年的 Sony 中低階機 Sony Xperia XA 採用此感光元件,建議售價低於港幣2000元,可想而知高階機 Nokia 8 攝影質素當然不符高階級數,飽受批評。

Man 認為 HMD 可選用型號較新的 Sony IMX 363,同樣有1200萬像素,但感應器尺寸較大,有1/2.55″,提供1.40μm的像素大小。Google 的 Pixel 3、Pixel 4 亦採用此感光元件,Nokia 8.1 如是。故此,五鏡頭可以收集更豐富的資訊,做到質量並重,進一步發揮五鏡頭優勢。

此外,Nokia 9 Pureview 的鏡頭並不支援流行的 OIS (光學防手震) 技術,乃一大敗筆,大大降低夜拍質素。雖然多鏡頭拍攝容許吸納更多光線,但難以避免低光影像鬆散的問題。OIS 以物理的多軸設計減少震動,與 EIS 不同,後者屬單純的軟件改善,未及 OIS。日後有機會會另外撰文講解 OIS 及 EIS 之原理。

由於 Nokia 9 Pureview 不支援以五鏡頭作影片攝錄,僅用其中一顆彩色鏡頭,等同單鏡頭手機,加上鏡頭過時,導致影片畫質大打折扣。由此可見,影片攝影是 Nokia 9 Pureview 弱項之一。

大家可能會問,為何 Nokia 9 Pureview 不支援五鏡頭攝錄,由五鏡頭各自攝錄,然後合拼。相信目前科技水平未容許此構思 ,五鏡頭拍攝已經非常繁複,需要一定處理時間。如果五鏡頭各自攝錄,硬件要求恐怕是數倍之多。舉個例子,常見的 30fps 攝影規格等於每秒三十幅影像 (30 frames per second),如果以五鏡頭拍攝,每秒就會產生一百五十幅影像,然後手機要作三十次合拼處理,換言之一分鐘影片背後有一千八百次合拼處理。現在一次合拼處理已經費時數秒,可見現有硬件規格根本無法應付五鏡頭攝錄。

演算法

擁有最新的高階鏡頭只是成功的第一步,演算法同樣舉足輕重,出色的演算法可令成像更上一層樓,反之亦然。真正手機攝影皇者,必須軟硬俱佳,因此廠商需要大量人力、資源研發技術,例如 Nokia 808 Pureview 開發工作耗時數年,才克服超大感應元件、超高像素帶來的挑戰。

鏡頭收集到最原始的影像資訊,鏡頭、感應器影響影像細節之豐富程度,就算使用同一感光元件,最終勝負取決於廠商的演算法,即軟件處理,因此 Man 說硬件、軟件缺一不可。

Google 的 Pixel 3 示範了演算法的重要性,也證明增加鏡頭數量並非改善攝影質素的唯一方法。Pixel 3 配備一顆1220萬像素鏡頭,使用 Sony IMX363 感應器,與 Nokia 8.1 / X7 相同,但兩者攝影效果差別甚大,原因出自演算法的差異。

Pixel 3 憑單鏡頭獲得不少掌聲,攝影實力獲公認為優秀,原因在於 Google 開發的 Google Camera,擁有成熟優秀的演算能力。此外,Apple 研發的演算法也是業界龍頭之一,歷代 iPhone 的攝影表現斐然,背後的工程師功不可沒。

言歸正傳,Nokia 9 Pureview 的演算法有不少問題,尚未成熟。最明顯的弊病為白平衡失準,導致色溫、色調古怪,尤其是陰天及室內攝影。同時,成像色調往往偏冷、偏灰,而且偏暗,有泛紫問題,白費五鏡頭優勢,給兩張英國拍攝的相片作例:

演算法影響相片的色調、白平衡、光暗、對比、飽和度,以及銳利度,影響相片悅目與否。部分廠商選擇推高對比、飽和度,讓相片顯得鮮豔吸引,惟不少人批評為「味精」。Man 認為 HMD 無須跟隨這些廠商的「味精」風格,但必須解決色調失準,以及偏灰偏暗的問題。

順帶一提,另一種近年常見的處理技術叫多像素合一,透過複雜的計算處理,把數個像素合成一個更細緻的超級像素,從而提升畫質,減低雜訊,同時減少檔案大小。例子有 Nokia 808 Pureview 的 Oversampling (超級取樣技術),以及後來的 Nokia Lumia 1520、930 等等。近期的 Nokia 7.2 亦支援,把4800萬像素作四合一處理,輸出成一張1200萬像素的相片,Man 在 Nokia 7.2 評測文提到:

1200萬像素輸出則透過四合一像素技術 (前鏡頭也支援此技術),把4800萬像素的資訊濃縮成一張1200萬像素的相片,佔用較少空間,卻因四合一像素之功效,沒有浪費每一個像素,依舊盡用鏡頭的實力。

 

總結

Nokia 9 Pureview 的五鏡頭方案非常創新,結合 Light 技術,成為世界第一部採用五鏡頭的手機,令科技界眼前一亮,繼承 Pureview 的創新精神,勇氣可嘉。不過,HMD Global 未能掌握與駕馭五鏡頭的演算法,導致實際影像質素未如理想,白白浪費五鏡頭的真正潛力,可謂雷聲大雨點小,難免教人失望。與此同時,HMD 對鏡頭、感應器選材欠講究,2019年的旗艦選用2016年的感應器,未免過時,進一步降低五鏡頭的威力。

用了 Nokia 9 Pureview 接近一年,Man 認為這是一部未研發好的攝影旗艦,即半製成品。誠然創新相當困難,難以一步登天,何況 HMD 只是一間新創公司,能力有限,未能在短時間內克服五鏡頭乃人之常情。最後,Man 深信 Nokia 9 Pureview 屬寶貴的實驗作,為 HMD 提供大量經驗,從中吸取教訓,加以改良,終於有日可以真正發揮五鏡頭的潛力,推出劃時代的攝影旗艦。

 

Man 所識有限,如有錯漏,請不吝指教。

 

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