兩顆眼睛 vs. 三顆鏡頭,誰厲害?

 

今年9月iPhone新機發表,雙鏡頭變成新的三鏡頭,

究竟會帶來哪些改變跟影響呢?眼睛比較多,就會看的比較清楚嗎?

抱持著疑問,開始一步一步的抽絲剝繭。

 

這次iPhone發表之前,網路上已經有許多的洩漏或諜照流出,新手機的樣式其實八九不離十。結果直播還沒結束,手機訊息忽然跳出,友人傳了一張圖片如下:

 

 

 

小編在官方的部落格上還是要保持著形象,不能口出穢言,

但看到這張圖的當下真的是秋嘎每丁每噹破口大罵,到底哪個天才想到要這樣改圖?

雖然三個鏡頭的位置不一樣,但結合了時事與國粹,佩服佩服!

 

平時我們在看東西時,就是用眼睛在看(在講廢話?!),然而如果想要將看到的影像紀錄下來,就得用拍照的方式做紀錄,日後如果要看,再打開手機,把檔案叫出來。

今天我們針對其中的鏡頭、螢幕跟眼睛來一步一步抽絲剝繭。

鏡頭的三要素:畫素、焦距與光圈

真實影像=能夠被看到的高解析度影像

最精密的相機:眼睛


 

鏡頭的三要素:畫素、焦距與光圈

 

 

首先,我們先看一下 Apple 的官網介紹,看看新的iPhone 11  Pro這三個眼睛到底有什麼區別跟特色:

  • 1,200 萬畫素廣角鏡頭 (26mm焦距 f1.8光圈)
  • 1,200 萬畫素望遠鏡頭 (52mm焦距 f2.0光圈)
  • 1,200 萬畫素 120° 超廣角鏡頭 (13mm焦距 f2.4光圈)

三顆鏡頭感覺好像沒有太大的差別,都是1200萬畫素,那到底…?

其實,我們可以抓重點來看:畫素焦距光圈


 

1、畫素 

 

畫素這一個詞來自於英文「pixel」,pix是英語單詞picture的常用簡寫,加上英語單詞「元素」element,就得到pixel。

每一個畫素就代表著一個「點」,一個點,同時只能出現一種顏色。是科技、印刷、電視…等相關產業,在定義畫面解析度時的一個用法。

所以新iPhone的三顆鏡頭都有1200萬畫素,代表的是什麼意思呢?就是透過這個鏡頭所能拍攝到的,是1200萬點的照片。點越多時,可以呈現的畫面就越精細,能夠擷取到的影像就越真實、清晰。

 

2、焦距

 

焦距,也稱為焦長,是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式,指從透鏡中心到光聚集之焦點的距離。

用最簡單的文字去解釋:焦距(mm)數字愈小,視角愈廣,能拍攝的視角範圍越大;數字愈大,能拍攝的視角愈窄。

焦距也不是越長越好,因為太長的焦距,會導致視角過窄、能夠看見的東西不多,但視角過大,就會像魚眼鏡頭一般,幾乎可以看到全景,但缺點就是周邊扭曲的狀況會更加明顯。

 

 

3、光圈

 

光圈(Aperture),是照相機上用來控制鏡頭孔徑大小的部件,以控制景深、鏡頭成像素質、以及和快門協同控制進光量。

實際拍攝時,大光圈增加進光量,即可以用更快快門拍攝相同亮度照片,有助提升低光拍攝成功率,同感光元件(底片)片幅下,越大光圈的鏡頭,越容易營造淺景深。   

因此,「光圈值」越小,光圈就越大、進光量也越大,景深則較淺。

 


 

綜合以上三點因素,我們可以知道,當我想要拍攝近方物體,甚至將重點對焦在物體上(例如下方花的範例),理論上需要用到「高畫素」、「大光圈」、「短焦距」,三個要素缺一不可,因為如果缺了一個要素,就無法拍出我們要的感覺。

但魚與熊掌不可兼得,至少現階段,不會有一顆鏡頭是可以想拍遠就拍遠、想拍近就拍近,然後效果又都非常非常好。

 

 

所以,蘋果在新的iPhone上加入三顆不同功能的鏡頭,其實就是為了在每一個狀況與環境下,都能得到最完美的影像品質。

如果只有一顆鏡頭,能做到的事情就非常的有限,無法隨心所欲的拍攝出想要的照片了。

這有點像廚師在料理一樣,根據不同的狀況,選用不同的刀具、廚具,來完成各式各樣不同的料理,畢竟要剁豬大骨的時候、如果拿著小小的水果刀,可能都氣飽了卻還沒切完。  

 

話說回來,從雙鏡頭變成三鏡頭,是否代表更多的鏡頭能拍攝出更優秀的照片?

這個答案現在還無法知道,只能靜待科學家持續的研究與開發,等到未來的某天告訴我們解答了。

但「鏡頭越做越多」的這個想法,的確有廠商已經朝著這個方向研究與開發。

Nokia 就在2019年初時推出了 Pure View,就同時擁有五個鏡頭以及兩個光學模組(今天這篇確定不是3C部落格的文章?),分別取得不一樣的影像(例如專門拍灰階、重視彩度、捕捉光線…等),然後透過軟體運算結合成單一一張照片,取得最好的影像品質。

 

運用了五鏡頭的PureView,但有密集恐懼症的捧油…應該會頭皮發麻? 

 

這裡有顆小彩蛋,有沒有注意到 Nokia 用的是誰家的鏡頭呢?這邊要工商一下,是的!就是我們常常推薦給消費者的「德國蔡司Zeiss」~

身為全球鏡片權威與龍頭,專注在任何和光學有關的領域之中,不只著重在消費型的醫療鏡片,更囊括了軍事、天文、醫療…等各方面領域,相互配合之下,持續研發出引領世界潮流的光學技術,讓人在選用蔡司產品時,除了安心、更是品質保證。 

 

 

話說回來,科技持續發展,無論是鏡頭數目變多、畫素變得越來越高…等,做了如此多的變化與進步,追求的目的都只有一個:更真實的影像


 

真實影像=能夠被看到的高解析度影像

 

所以究竟何謂真實的影像?

答案相當簡單:就是高解析度,以專業用法來說,就是高ppi的影像。但何謂ppi?

PPI,英文Pixels Per Inch,每英吋像素,也可以叫做像素密度。PPI是一種解析度的指標,常用來作為圖像的解析度指標。也因此,從字面上意思就非常好理解,「單位面積下有多少像素」。當ppi越高時,就代表螢幕的畫面越精細。

 

 

同樣的一個顯示晶格,單位面積內的像素就有所差異。

然而,擁有高ppi其實還不夠,因為光學成像投射在眼睛的視網膜時,清晰與否和「艾里斑」有密切的關聯。

艾理斑是什麼?

 

 

艾里斑是點光源通過理想透鏡成像時,由於繞射而在焦點處形成的光斑。中央是明亮的圓斑,周圍有一組較弱的明暗相間的同心環狀條紋,把其中以第一暗環為界限的中央亮斑稱作艾里斑。這個光斑的大小可以用下面的公式來估計:

x ≈ 1.22λf / d

此圖案的直徑與照明光線的波長(λ)以及圓形孔徑的大小相關,這一點非常重要,因為艾里斑是光束可以對焦到的最小點。隨著從物體上不同細節對焦所產生之艾里斑圖案聚集,它們開始重疊。當重疊圖案對降低對比度產生足夠大的影響時,它們最終將無法相互區分。

簡單的說,人眼的辨識力終究有所極限,兩個艾理斑的中心最高峰如果靠的太近時,人眼就無法分辨出這其實是兩個點,就像下面的圖C一樣。 

 

(a)可以明顯分辨 (b)快要不能分辨 (c)兩波無法分辨、看起來像一個

 

除此之外,1984年德國醫生Arthur Konig在論文中提到,人眼能分辨的平行線段夾角為 0.59 arcminute(角分,1度=60角分=3600角秒)。

因此結合上述幾種原則,就可以推算出人的眼睛所能分辨的最大ppi為何。

舉例來說:

當視力值為1.0、距離為12英吋(約30公分)、分辨的視角為 1 時,人眼能夠分辨的最大ppi為286ppi。

當視力值為1.2、距離同樣為12英吋時、分辨的視角為 0.79 時,人眼能夠分辨的最大ppi為362ppi。

今天的文章有提到:「鏡頭拍攝景色、拍攝物體,透過電腦運算之後,再將照片透過螢幕投射而出,然後被眼睛所接收。」

也因為如此,蘋果在2010年推出iPhone4,將螢幕所能呈現的ppi推升至326ppi,在手機正常使用距離(30-35cm)下,已經超過人眼視網膜所能觀察的極限,這種螢幕能將手機的畫面呈現的非常細緻,因此,這塊螢幕被稱作 Retina display。 

 

iPhone 3GS 與 iPhone 4 的差別

 

之後所推出的產品,不論是桌機、手機、平板、手錶,都依循類似的方式,去製作出相對應的尺寸的螢幕。

當然,現在的手機螢幕越做越大,畫面的精細度就不能只停留在326ppi,而必須繼續提供更高的解析度,才有辦法維持相同、甚至是更高等級的視覺體驗,所以最新款的iPhone,螢幕的解析度就高達458ppi ,然後取了個非常厲害的名字: Super Retina Display。

而這一切,都是為了在「畫面上」呈現出更加精密、清晰的影像品質。


 

最精密的相機:眼睛

 

 

或許有些人會問,廠商將「拍」的鏡頭做的這麼精密、將「看」的螢幕做的細緻,真的有必要嗎?

事實上,還真的非常有必要。前面一段有提到,照片是為了呈現真實的影像,而真實的影像是讓人透過眼睛來觀看的。而人的眼睛,其實就是最精密的光學儀器。

因為,當照片的解析度不夠好時,呈現出來的照片就會糊糊的,看起來就會…不太爽。所以,為了眼睛的觀看品質與舒適度,照片拍得清晰、拍得精準,是絕對有必要的。

然而,人類的眼睛究竟有多精密呢?若以構造來看,絕對是人體中數一數二的複雜器官之一,今天的網誌單純以畫素來探討的話,普遍來說會有兩種答案:

1、500萬畫素

2、5.76億畫素

兩個答案數據差異非常的大,那到底哪一個是正確的?

第一個說法,500萬畫素:

是依據眼睛中央的感光細胞數目去做推估而得到的數據。

第二個算法,5.76億畫素:

考慮了人眼的最小解析度角度、人眼的可視角度,去求出人眼的最大解析度。

然而熟讀視光學的我們知道,除了視角、視覺細胞數量…等條件以外,還有一個功能必須探討,那就是:「注視」。人類的眼睛不像機器一般是固定不動、而是會隨機式的做掃視的動作,透過掃視、注視,將訊息傳遞至大腦、然後構築出我們所看的世界。

而注視的過程中,只有正前方大約10度範圍的物體是清晰的,越遠離中心點,因為感光細胞的減少,清晰度就越差。也因此,上述的問題的兩個答案,對、也不對。因為如果考慮正中央、眼睛的畫素的確落在五、六百萬之譜;但若考慮整體眼睛的視角,那5.76億也算滿合理的。

 

 

視覺是建構在無止盡的掃視,掃視到的地方是清晰的,最後拼湊成一整張清晰的圖片。

然而人眼真正厲害之處,是在於能夠快速地做整合,而不需像相機、電腦一樣,需要經過許多道程式的運算才能夠看得清楚。更何況複雜的「暗室視物」、「快速對焦」、「眼神殺人(?!)」…等,這些都是機器所執行不來、或是需要非常大的步驟跟努力才有辦法完成的,根據這幾點,若說人的眼睛是最厲害的相機,可真是一點都不為過。    

 

、螢幕與眼睛

 

行文至此,除了認識到最新的iPhone以外(勸敗文?!),生活中許多事物其實與你我息息相關!

從第一張照片誕生以來,直至今日,攝影的技術已經發展到當時的人們無法想像的地步了,而攝影的目的是為了紀錄,無論是喜、怒、哀、樂…等,任何值得關注與留念的時刻,便需要有相機的存在,尤其近年來搭配智慧型手機的發展,除了能夠隨手拍照,甚至能夠錄影(延伸閱讀:盧廣仲全程用iPhone拍mv),讓我們紀念生活中重要的每一刻,而這些,都是科技發展所帶來的優點。

然而科技再怎麼發展,直至今日依舊有所極限,畢竟,如同剛剛所述,小編覺得最厲害的,還是人類的眼睛!

不需要這麼多鏡頭換來換去,就能夠看得寬廣、看得仔細;不需要區分成遠的鏡頭、或是近的鏡頭,看近的時候可以直接對焦。

我們能夠擁有功能這麼強大的眼睛,其實說是奇蹟也不為過。所以,平常滑手機之餘,還是要多多注意,別讓眼睛過度操勞啦。

 

而今天透過幾個光學知識,向各位介紹這些日常的科技發展、運用,其實和我們的人體—眼睛都有相當大的關聯。都說科技始終來自於人性,或許為了呈現更真實的影像,以後真的會出七、八、九個鏡頭在一隻手機上也說不定。

最後…小編要說的是:不要跟我搶夜幕綠!!!

PS.iPhone11 Pro 的夜幕綠跟 YellowsPlus 的最新款好搭,到底該買哪一個?還是兩個都買😏? 

 


 

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