數碼勝過光學？智能手機變焦新思路已經出現
試問，智能手機的 " 光學變焦 " 和 " 數碼變焦 "，哪一種效果更好？
相信絕大多數朋友在看到這個問題後，可能都會與曾經的我們一樣感到有些可笑，甚至嗤之以鼻。畢竟誰不知道數碼變焦是台手機都有，而光學變焦卻多半是高端機型才有的配置，孰高孰低這不是一目瞭然嗎？
不錯，如果這個問題是放到 2019 年或者更早些的時候，答案顯然是毋庸置疑的。但在 2020 年 5 月 11 日之後，即便是一貫質疑智能手機高像素設計方向的我們三易生活，也不得不感嘆一聲 " 時代變了 "。因為一款完全沒有光學變焦設計的機型，日前卻在權威測試中擊敗了其具備獨立光變鏡頭的前代產品，也顛覆了幾乎所有人的認知。
一款 " 偽光學變焦 " 手機，在測試中大放異彩
2020 年 5 月 11 日，DXOMARK 放出了三星 Galaxy S20 的相機評測結果。在這份報告中，身為三星當今二號旗艦產品的 Galaxy S20 取得了 118 分的總分，其中拍照部分得分 127 分，攝像部分得分 100 分。大體來看，這款機型的靜態拍照性能打平了 iPhone 11 Pro Max，攝像效果則與 iPhone 11 Pro Max、華為 Mate 30 Pro，以及自家大哥 S20 Ultra 不分上下，算是一個表現比預期還要稍微好一點點的結果。
但是如果大家之前有關注過我們三易生活的相關內容，可能會記得 Galaxy S20 這款機型的相機部分，其實是存在着一個相當大的槽點、或者説相當特別的設計，那就是它有一枚 6400 萬像素的 " 假長焦鏡頭。
具體來説，根據官方此前公佈的信息顯示，Galaxy S20 與 Galaxy S20 的主攝視場角為 79 度，長焦鏡頭視場角為 76 度。而我們知道，Galaxy S20 和 S20 此次主攝採用了一顆定製的 1/1.76 英寸大底 1200 萬像素 CMOS，與其長焦鏡頭所使用的 1/1.7 英寸 6400 萬像素 S5KGW2 傳感器面積基本相同。於是乎，根據相機畫幅、視場角和焦距三者之間存在的公式，我們就可以計算出 Galaxy S20 和 S20 的 1200 萬主攝焦距為 26mm，而 6400 萬 " 長焦 " 副攝焦距則是 28mm，因此也就意味着副攝和主攝之間幾乎不存在焦距差。
這意味着什麼？簡單來説，就是 Galaxy S20 的 " 變焦 " 完全是基於主副攝融合、AI 計算，以及靠副攝的大底高像素進行裁切而來的 " 數碼變焦 "。那麼這樣的變焦效果如何呢？在 DXOMARK 的評測中可以看到，Galaxy S20 的變焦單項得分為 81 分，這是一個非常高的分數，高到遠遠超過了公認具備真正兩倍焦距（52mm）光學鏡頭遠攝配置的 iPhone 11 Pro Max（變焦 74 分）和前代的 Galaxy S10 （變焦 68 分）。也就是説，Galaxy S20 使用 " 數碼變焦 "，卻擊敗了多款擁有真正 " 光學變焦 " 設計的競爭對手。
為什麼會這樣？首先大家要明白手機的 " 變焦 " 的本質
數碼變焦擊敗了光學變焦！乍看這個結論，相信很多人都會覺得 " 震撼 "。但是當我們進一步仔細研究其中的道理時，就會意識到對於如今的智能手機而言，這其實是個非常自然而然的結果。
首先大家需要理解，什麼叫做變焦？在傳統的相機上，因為鏡頭本身可以調節焦點的遠近，所以我們可以通過調整鏡頭，讓或近或遠的物體投射到機身內的底片（或者數字傳感器）上。這時候傳感器本身的受光面積（也就是像素值）不會改變，改變的只有射入鏡頭的光線（被攝物）本身，這就是所謂的 " 光學變焦 "。
諾基亞 808Pureview 的 " 無損變焦 " 本質上就是裁切放大
那麼，何謂數碼變焦呢？在傳統的數碼相機裏，當光學變焦的倍率被用盡（鏡頭達到最大焦距）之後，為了滿足部分消費者 " 希望看得更遠 " 的需求，相機此時會將傳感器拍攝到的圖像進行中心放大。很顯然，放大後的圖片本質上只是 CMOS 捕捉到圖像的一部分了，表現在最終的成像上，就是雖然的確看起來 " 更大更遠 " 了，但是圖片的分辨率也會發生等比例降低，畫質急劇下跌，這就是最傳統的 " 數碼變焦 "。
意識到什麼了嗎？沒錯，如果我們只看過程，那麼 " 光學變焦 " 和 " 數碼變焦 " 的區別主要在於變焦是基於鏡頭還是基於畫面（數字信號）裁切。但是如果我們只看結果，那麼 " 光學變焦 " 和 " 數碼變焦 " 的區別，就會變成完全不同的另一個定義。也就是説，是看變焦之後的畫面的實際有效像素，相比變焦之前有無降低。請記住這一點，這種基於主攝的像素值來判斷是否 " 無損 " 變焦的方式，正是智能手機數字變焦可能擊敗光學變焦的大前提所在。
比前代主攝還大的 " 變焦副攝 "，這才是關鍵所在
舉例而言，在三星前代的旗艦機型 Galaxy S10 上，它具備一顆 26mm 焦距的 1200 萬像素主攝，和一顆 52mm 焦距的 1200 萬像素 " 長焦副攝 "。那麼，當我們在拍照時進行兩倍 " 變焦 " 操作時，得到的會是一張由副攝直接拍下的 1200 萬像素照片。此時，它當然可以按照我們此前的理論，被稱之為合格的 " 智能手機真光學變焦 "，不是嗎？
iPhone 和三星過去的光學變焦，都是採用的帶有兩倍焦距光學鏡頭的副攝
但其實，並非完全如此。因為在 Galaxy S10 的相機模組裏，主攝使用的是一顆 1/2.6 英寸，具備全像素雙核結構的高端傳感器。它的單像素尺寸高達 1.4 微米，幾乎相當於現在最新的超高像素方案 " 四合一 " 之後的水準，因此畫質很好。但是與此同時，三星 S10 的 52mm 長焦副攝所使用的傳感器規格卻要差上很多，它的面積更小、沒有高速的對焦設計、單像素尺寸也僅為 1 微米，因此當我們使用這樣的 " 光學變焦 " 手機進行拍攝時，雖然它們的遠攝鏡頭的確具備數倍的真正光學望遠特性，但是由於遠攝鏡頭所對應的傳感器畫質縮水，最終得到的 " 變焦 " 照片，和真正的相機光學變焦相比，實際上還是有很大差距的。
可以清楚看到，S20 的主攝和長焦副攝體積一樣大，鏡頭焦距也很近似
那麼在 Galaxy S20 裏，情況又是怎樣的呢？首先，Galaxy S20 的主攝是 26mm、1/1.7 大底的 1200 萬像素新方案。然後，它的 " 長焦 " 副攝是一顆 28mm 鏡頭配合 1/1.7 大底，6400 萬像素的設計。當我們使用這顆副攝進行 " 兩倍變焦 " 時，由於它不具備兩倍於主攝焦距的物理光學鏡頭，因此它的變焦必然是基於副攝 " 數字算法 " 來實現的。但是這個時候問題的關鍵就出現了，首先，Galaxy S20 的副攝尺寸比 Galaxy S10 的副攝、甚至比 Galaxy S10 的主攝尺寸都還要大得多得多；其次，當它處於 "2 倍變焦 " 模式的時候，此時我們假設它純粹只是基於副攝進行畫面裁切，那麼它得到的 "2 倍變焦畫面 " 應該是多大的呢？
答案很簡單，應該是比 3200 萬像素還要大一點點（因為 S20 的副攝焦距還是比主攝遠了那麼 2mm 的）。然後，再以這 3200 萬像素的畫面進行超採樣到 1200 萬像素，從而達成 " 光學變焦 " 的效果。此時，首先 Galaxy S20 因為 " 長焦副攝 " 的底夠大，因此即便是隻取一半的有效感光面積，其等效感光效果還是會比前代型號中的小底副攝更強。同時由於具備更高的總像素，即便因為 " 光 shu 學 zi 變焦 " 而只剩下一半有效像素，" 剩下 " 的 3200 萬像素畫面在超採樣到 1200 萬像素之後，畫質吊打超小底的原生 1200 萬像素自然也就變得毫無壓力。
而這也正是 Galaxy S20 能夠在 DXOMARK 的變焦測試中，用數碼變焦戰勝前代真光學變焦設計的秘密所在。
數碼變焦並未全面逆襲，但它確實揭示了一條新道路
簡而言之，Galaxy S20 之所以會打敗自家前輩、以及 iPhone 11Pro Max 這種 " 真光學變焦 " 機型，其前提其實有兩個。一是因為以往的那些 " 真光學變焦 " 手機，在變焦副攝的鏡頭內所安置的傳感器規格普遍並不高，1200 萬像素的小底都算是相對好一點的了，還有很多至今還在用着 800 萬像素的方案；其次就是因為三星這一次給副攝塞了一顆超大的 CMOS，甚至在數字變焦、在畫面裁切之後都還比過去的主攝有效面積還大。
這就好像兩台單反，一台 800 萬像素的接上 " 大炮鏡頭 " 拍遠景，一台 1 億像素的直接拍近景然後放大，結果 1 億像素的效果反而更清晰。我們當然不能説這是光學變焦的大炮筒鏡頭方向不對，只能説只要底夠大，在當前的 AI 技術、多攝合成加持下，數碼變焦也確實可以做到比光學的效果更好了。
當然我們並不是説，所有的智能手機數字變焦都能表現得比基於真正鏡頭設計的 " 光學變焦 " 更好。比如説對於像小米 10 Pro、像華為 P40 Pro、像三星 S20 Ultra 這種本身主攝規格就已經非常高，還堆了一大票光學鏡頭的旗艦機型來説，它們的 " 光學變焦 " 效果當然還是勝過 S20 這種超大底副攝 " 數碼變焦 " 的。
但是當大底、超高像素的 CMOS 在副攝上證明了自己作為變焦用途的價值之後，這也的確為將來的智能手機相機揭示了一條有意義的新思維。比如説，如果未來有廠商能將潛望式光學變焦和 1 億甚至更高像素的大底 CMOS 結合起來，那麼我們是否將有望迎來真正堪稱 " 天文望遠鏡 " 的智能手機拍照設計呢？