为什么新手机照片边缘模糊?

【Written By SoTWild】

 

不知大家在使用(大概)2020 年后的手机拍照时,是否注意到(特别是近距离拍摄文字时)边缘模糊拖影的现象?那这究竟是怎样造成的?

(本篇科普的写成尤为艰难,资料来源有待考证,还请以权威论文为准,如果你有更好的资料,欢迎分享)

相对明显的边缘拖影

何为拖影?

专业的说,这是慧差现象。

慧差:

慧差是一种光学现象,本质上是光学系统的成像误差

  • 原因:在理想平面处不能结成清晰点
  • 现象:结成拖着明亮尾巴的彗星形光斑

由位于主轴外的某一轴外物点,向光学系统发出的单色圆锥形光束,经该光学系统折射后,若在理想平面处不能结成清晰点,而是结成拖着明亮尾巴的彗星形光斑,则此光学系统的成像误差称为彗差。

简而言之,彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后,并不会聚一点相对于主光线而是呈彗星状图形的一种失对称的像差。

慧差对成像的影响:

(1)像的清晰度,使成像的质量降低;

(2)彗差对于大孔径系统和望远系统影响较大;

(3)彗差的大小与光束宽度、物体的大小、光阑位置、光组内部结构(折射率、曲率、孔径)有关;

(4)对于某些小视场大孔径的系统(如显微镜),常用“正弦差”来描述小视场的彗差特性;

(5)正弦差等于彗差与像高的比值,用符号 SC 表示。

公式:

img

具体符号含义可见百度百科我比较懒

一般来说正弦差与慧差没有本质区别,二者均表示轴外点光束成像的不对称性。区别在于正弦差仅适用于小视场光学系统,慧差适用于任意光学系统

 

示意图

造成原因:

根据分析,主体原因在于手机本身空间大小对光学系统的限制。由于手机厚度不够,大尺寸的传感器进一步压缩了模组的内部空间,再加上对CMOS一些没什么必要的研究,使得镜头模组解析力跟不上CMOS等硬件的发展。因此在一些特定场合,即使像素能高达1亿,有效像素可能只有几千万。所以镜头相对来说更重要的参数。

进一步阅读:

视频:爱说:厂商不愿告诉你的参数-慧差 s20系列对比华为苹果小米哔哩哔哩bilibili

文章:夏昆冈作品 - 为什么现在的某些手机摄像头彗差现象这么明显? Soomal

至于为什么时间节点为2020,大概是CMOS升级的缘故。

CMOS

解决方案:

厂商优化镜头模组(但是成本相对于开发CMOS高得多,而且受厚度限制几乎不会有的突破)

厂商优化算法结构(一些手机在拍摄或查看图片时会自动优化慧差现象)

你试试不同拍摄功能,调整拍摄参数(比如换用广角,拍照时换个姿势或角度)

你用单反相机、微单之类的(直接上更专业设备)


参考资料:

彗差_百度百科 (baidu.com)

爱说:厂商不愿告诉你的参数-慧差 s20系列对比华为苹果小米哔哩哔哩bilibili

夏昆冈作品 - 为什么现在的某些手机摄像头彗差现象这么明显? Soomal

正弦差与慧差 - 光学理论--基础概念--书籍资料 - 光学社区 - Powered by Discuz! (optzmx.com)

补充:广角问什么会畸变?----慧差 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)