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全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测
出处:快科技 2020-11-18 09:54:48     作者:岛叔 编辑:岛叔[爆料]点击可以复制本篇文章的标题和链接 收藏文章

一、前言:华为Mate系列与超广角镜头纠缠到底

早在上一代超大杯影像旗舰P40 Pro+的身上,华为想要打造的手机影像体系走向就已经十分明确——紧紧在围绕时间、空间这两个准绳尺度上。

对空间的追求使华为不断在变焦、超广角这些领域探索,让手机能看得更远、拍得更广。而时间维度要求华为影像旗舰必须全天候都能产出没有可指摘之处的照片,在这个维度当中夜间影像是决胜环节,所以得到了其较大的倾注。

与很多跟随主流风向、嗅着产业链上游百变不停的厂商有所不同,华为P系列与Mate系列的影像系统,从一开始就知道自己要做什么,并一以贯之地继续下去,而且各有分工。

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测

P系列承担起时间维度与纵向空间维度的突破:

如P9加入黑白传感器提升暗光拍摄;P10系列的空间概念觉醒,纳入两倍混合变焦;P20 Pro三倍光学变焦联合IMX600相机,纵向空间、时间的跃进同步进行;而后P30系列到P40系列都是在这两个维度上继续前行,让自己成为了领风者。

而Mate系列则是踩在P系列的肩膀上于横向空间维度进行探索:

Mate20系列则是第一次加入超广角镜头的国产机型;Mate30 Pro为了提升超广角影像画质豪置双主摄,让用户意识到原来超广角镜头的画质也可以接近主摄。自那时起,华为影像旗舰的主摄与超广角白平衡及色彩一致性也实现了相当大的统一。

到了Mate40系列这一代,同期的新生旗舰数量创史,除了三款Mate 40中杯、大杯、超大杯之外,华为还推出了豪华杯的Mate40 RS保时捷设计版。不过这次Mate40 RS保时捷设计的影像能力介于Mate40 Pro与Mate40 Pro+之间,探索影像无人区的任务还是按照老传统交给了超大杯旗舰Mate40 Pro+。

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该机后置徕卡五摄,主摄5000万像素、超广角镜头2000万像素不变,长焦镜头变为两个,均为800万像素(F2.4+F4.4),其一为多反射潜望式结构,分别支持3x、10x光学变焦,并支持20x混合变焦、100x双目数码变焦,另有一颗3D ToF镜头(渐进式景深)。

值得一提的是,Mate40 Pro+继续与超广角影像纠缠在一起,其2000万像素超广角相机使用了业界首款自由曲面镜头,配合华为的防畸变算法大幅改善画面边缘畸变和人脸矫正。

快科技已经在近日得此手机,以下是我们的详细评测解析。

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测

二、外观速览:陶瓷机身 后背与Mate40 Pro不太一样

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测

华为Mate40 Pro+的正面外观与Mate40 Pro完全一致,没有任何区别。88°曲面环幕屏加曲面玻璃机身符合华为Mate系列稳重高端的产品定位,又具艺术品味。

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得益于超曲面屏幕带来的高屏占比,上手使用Mate40 Pro+能够体验到都能展现出色的沉浸感,显示内容从屏幕的中间一直延续到屏幕边缘。

具体到屏幕参数上,华为Mate40 Pro+这块6.76英寸的屏幕与Mate40 Pro在纸面参数上完全一致,分辨率为2772x1344,仍然是OLED材质,最大的变化在于最高支持90Hz刷新率。

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屏幕左上角椭圆形的黑色区域,开孔位置、大小与Mate40 Pro完全一致,这里同样也有1300万像素自拍镜头加3D深感摄像头,手机横向自拍和合影时可自动切换三档广角拍摄,支持畸变矫正、自拍慢动作、前后双景录像、4K视频录制、3D人脸识别、AI隔空操作。

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顶部和底部各有一个扬声器,同样采用双立体声扬声器设计。

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物理音量按键(同时保留虚拟音量键)

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华为Mate40 Pro+

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华为Mate40 Pro

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华为Mate40 Pro+

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华为Mate40 Pro

在后背方面,除了摄像头区域以及机身材质,两者造型一致。

华为Mate40 Pro提供有亮黑色、釉白色、秘银色,以及夏日胡杨和秋日胡杨两个素皮版本配色。华为Mate40 Pro+只有陶瓷黑与陶瓷白这两种配色可选。值得一提的是,华为Mate40 Pro+的后置镜头模组的“星环”比Mate40 Pro略微大了一圈,亲测Mate40 Pro的环闪保护壳不能套在Mate40 Pro+的身上。

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华为Mate40 Pro+与Mate40 Pro等长、等宽,约8.8mm的厚度甚至比后者(9.1mm-9.5mm)还要更薄一些。不过考虑到陶瓷材质的机身以及内部堆叠元器件更为复杂,Mate40 Pro+要比Mate40 Pro的任何一个版本都要重,达到了230克,比较扎实。

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66W充电器与Mate40 Pro一致

三、自由曲面镜头详析:要画质还是保视场?看看华为的两全方案

——先说说畸变这件事

在摄影当中,遭遇最终成像发生明显或者不明显的畸变算得上是一件寻常的事,这是镜头端的问题,普遍存在,它代表光学系统对物体所成的像相对于物体本身的失真程度。

出现这种现象的原因非常复杂。

简单点来说,相机镜头是由多组透镜共同组成,然而这些透镜还要更进一步更细分为凸透镜和凹透镜,彼此之间的中心和边缘厚度,以及折射光线的方式(具备中学物理常识的话会知道凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)都存在区别。

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多组透镜组成相机镜头

这意味着最终得到的图像是经过了不同中心/边缘厚度/放大率(成像大小与实际大小的比值)/折射方式的透镜折射而成,当放大率随光束的入射角度增加而增大时为正畸变,画面向中间收缩,被称为枕形畸变;当放大率随入射角度增加而减小则形成负畸变,会形成膨胀起来的桶状失真。

还有一种解决起来比较棘手的透视畸变,也被称为线性畸变,在近距离拍摄直线结构物体的时候容易出现的失真,源于透视变换,任何镜头在特定条件下都会产生这种畸变,需要软件层面的矫正。

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正常图像

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典型的桶状失真

由此,广角镜头拍摄的照片通常都存在一定程度的畸变,而且往往视场角越大,畸变越大,变形越大,严重影响最终成像观感。这也是华为彻底解决大视场角摄影畸变问题之前,着重强调画质,并一直为旗舰机型选择小视场角镜头的原因之一。

比如iPhone11的超广角镜头为13mm等效焦距,同期的Mate30 Pro超广角镜头为18mm等效焦距,视场差异比较大,以至于后者主要靠画质取胜而广度处于劣势。

——自由曲面镜头是畸变终结者

人类战胜失真事物的欲望与动力总是相当充沛的。

为了干掉图像畸变失真,业界诞生了介于传统球面与非球面之间的自由曲面光学设计,这是一种难以名状的非轴对称、不规则的曲面,由于所涉及的光学知识极为复杂,我们在此对其不做深入探讨。

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光学设备公司DynaOptics的自由曲面折射光线示例

与传统镜头相比,自由曲面镜头有更大的设计自由,帮助实现对不同视场区域光线的单独控制以抑制畸变。一般来说,在光学系统当中,自由曲面可以自由分配光强,能够人为控制每根光线的角度甚至方向。

按照相关产业人士的说法,结合上图所示,在实际应用当中使用两个及两个以上的自由曲面镜片,各个镜片之间的所有面点对点的对准目前来看几乎是不可能的,目前推断华为Mate40 Pro+使用的估计只有一片自由曲面镜片,另外几组如无意外应该还是传统镜片。

——华为吃下“自由曲面”在手机领域的第一个螃蟹

自由曲面镜头在其它领域当中早有应用,比如照明、印刷扫描、显示器、眼科、投影、数据存储等。尤其是低精度的自由曲面已经在光学照明系统中广泛使用,使照明系统的照明均匀性和能量有效利用率率大大提高。

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低失真视场狭窄、鱼眼广角高失真、视野宽阔的自由曲面应用效果(图源DynaOptics示例)

在手机领域,根据现有报道,此前并没有自由曲面镜头在手机上成功应用的先例,这与智能手机体积小、技术集成度高、内部元器件堆叠极为复杂有关。

因而在手机影像当中引入光学自由曲面一方面需要理论论证,一方面对其加工设计工艺设提出非常高的要求。

但是,现有资料显示华为在2018年才开始自由曲面在超广角手机镜头中的应用研究,一年的理论设计和仿真之后,通过引入一片自由曲面镜片,便设计出了无畸变的超广角镜头。然后就将上述成果应用在Mate40 Pro+这款手机上,并将之量产出来。

一般来说,从科技研发到产业应用总是有比较遥远的距离,从自由曲面方案在Mate40 Pro+上落地的速度来看,华为对科技前沿领域的高度敏感和转化效率着实令人咋舌。

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接下来我们拿Mate40 Pro+,与iPhone11、Mate40 Pro(搭载传统超广角镜头但是带有畸变矫正算法)进行一番简单对比。

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超广角成像对比 室内开灯

这里简单介绍一下,华为Mate40 Pro的超广角镜头为18mm焦段,Mate40 Pro+的超广角镜头为14mm焦段,iPhone11的超广角镜头为等效13mm焦段。

所以如上图所示,在视场方面,iPhone11明显还是会更具优势,但是Mate40 Pro+在视场方面已经极为接近一直强调广视场的iPhone11,并且它还和视场狭窄的Mate40 Pro保持了同等水平的画质,特别是画面细腻程度、纯净度等明显要优于iPhone11(可点击大图查看)。

我们接下来放大细节。

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图像右侧边缘区域裁切对比

可以很明显的看到,iPhone11似乎没有做畸变矫正算法处理,图像边缘的门框已经显现了桶状失真的特征,“向外膨胀”,而Mate40 Pro+的门框依旧直线一条,而且从细节来看,后者的画质细腻程度以及画面亮度、纯净度都要优于前者。Mate40 Pro的视场较小,没有可比性。

由于引入了自由曲面,Mate40 Pro+镜头的成像质量确实非常高,光学畸变相当小,意味着不需要经过软件畸变校正就可以得到无畸变的高清晰图像。这样一来,在摄影的时候,省去了畸变矫正的处理过程,可以更快产出无畸变图像、无畸变视频。

当然,大多数人对于寻常景物的微小畸变失真可能并不敏感,因此我们引入了图像边缘带有人像的一组照片进行对比。

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画面边缘带有人像的图像对比

接着,我们将局部人像裁切出来放大,来看进一步的对比。

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通过以上对比可以看到,自由曲面以物理的方式,通过镜头设计中更高的自由度,来避免畸变,在纠正人在边缘的透视畸变这方面效果尤为明显,既不损失视场广度,又把人脸拉长的问题矫正,目前其它机型甚至包括其它华为品牌旗舰在内没有一款能打的。

值得一提的是,华为Mate40 Pro+在前置方面也搭载了超广角相机模组,虽然不是自由曲面镜头,但是有畸变矫正算法参与人像畸变纠正,从拍摄到打开相册,看到XD Fusion把畸变到严重失真的自拍废片救回来,那种感觉相当畅爽。

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超广角自拍畸形矫正过程

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四、影像系统综合体验:对比Mate40 Pro 光学防抖感知强不强?

在前言末尾处的参数表对比部分,大家应该已经留意到Mate40 Pro+相比较Mate40 Pro,它们的主摄部分都采用5000万像素,1/1.28英寸的超大传感器,只是超大杯旗舰多出了一个OIS光学防抖。

OIS光学防抖在Mate40系列的主摄上感知到底强不强?

笔者在该系列发布之初就有了这个疑问,但一直没有得到答案,正好借着这个机会进行了一番检验。在实际体验当中我们发现,OIS对最终成像的影响确实有,但主要不在1X默认模式上。

毕竟XD Fusion可以堆栈更多的采样样本,Mate40 Pro的主摄没有OIS,对于日常甚至夜间的拍摄影响都微乎其微,在默认模式下XD Fusion会提升ISO并追加采样、堆叠抵消位移,以弥补OIS光学防抖的缺失,保证画面清晰度。

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没有OIS的Mate40 Pro夜间1X暗光拍摄不逊Mate40 Pro+

主要的影响一种是在专业模式下手持拍摄,失去了XD Fusion的协助,保持清晰的概率不如Mate40 Pro+,前者需要手动提升ISO来缩减快门速度,不太容易出片。

还有一种情况是在10X变焦的情况下,Mate40 Pro会调用主摄与带有OIS光学防抖的潜望长焦共同成像,通过下面两组样张可以明显看到Mate40 Pro的10X夜景模式下的采样压力陡升,细节稍有些抖动模糊,最终成像甚至不如10X下单纯靠OIS长焦端工作、弱光环境下相应传感器进光量稍小的Mate40 Pro+。

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10X手持夜景模式对比

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10X手持夜景模式 局部对比

华为Mate40 Pro+的影像系统当中,除了后置的自由曲面超广角镜头,其它与华为Mate40 RS保时捷设计基本一致,具体包括:

5000万像素超感知摄像头(广角, f/1.9光圈,支持OIS光学防抖)+ 2000万像素电影摄像头(自由曲面超广角,f/2.4光圈)+ 1200万像素长焦摄像头(f/2.4光圈,支持OIS光学防抖)+ 800万像素超级变焦摄像头(10倍光学变焦,f/4.4光圈,支持OIS光学防抖)+ 3D深感摄像头,支持自动对焦。

另外还有麒麟9000芯片的ISP、NPU结合XD Fusion,对Mate40 Pro+的全焦段优化十分显著。特别是针对暗处细节的优化、复杂光线下的色彩纠正以及必要的HDR优化都相当出色。

接下来我们直接看看样张。

——户外摄影样张展示

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1X夜间拍摄

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超广角夜间拍摄

在夜间,华为Mate40 Pro+的主摄、超广角仍能保持高度的色彩一致性。

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1X夜间拍摄

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1.9X夜间拍摄

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测
5X夜间拍摄(添加滤镜)

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10X夜间微距(添加滤镜)

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测
10X夜间拍摄

——室内场景样张

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五、总结:层层重压之下 十分难得的影像新皇

以RYYB超感光主摄征服暗夜、以潜望式超远距长焦镜头征服纵向空间之后,Mate系列征服超广角影像的战斗算是进入了白热化阶段。

虽然没等来目前仅存在于传说当中的液态镜头,但是自由曲面镜头在Mate40 Pro+身上的加入也足以令人瞠目。它主要解决的是广角拍摄的光学畸变,主要表现为桶形畸变,当然通过我们之前对Mate40 Pro的体验可以发现算法也可以矫正部分畸变,但会损失边缘解析力。

而自由曲面则是以物理的方式,通过镜头设计中更高的自由度,来避免畸变。通过实际拍摄体验可以看到,自由曲面镜头真正强势之处在于纠正人在边缘的透视畸变,既不损失fov,又把包括人脸拉长等失真问题矫正,目前在华为旗舰机型内部都没有对手。

而且华为Mate40 Pro+还实现了前后双广角,算法纠正人像畸变在前置、后置超广角影像当中均能发挥作用,那种从拍摄到打开相册,看到XD Fusion算法把畸变失真的废片救回来的感觉相当畅爽。

当然,如果说华为这套在手机当中引入的自由曲面方案目前还存在什么难点的话,也就是制造这一环节了。

全球首款自由曲面镜头手机告别畸变!华为Mate40 Pro+超大杯评测

我们在前面说过,在华为Mate40 Pro+之前,完全没有自由曲面镜头在手机上成功应用的先例,这与智能手机体积小、技术集成度高、内部元器件堆叠极为复杂有所关联,对设计技术和设备性能都要求极高,必定带来生产速度和良率的下降。

而且因为众所周知的缘故,华为还处于产业技术要素不可持续获得、消费者业务受到巨大压力的艰难时刻,这些很可能都是华为Mate40 Pro+目前难以现货销售的因素所在。

售价方面,Mate40 Pro+仅有12G+256G这一款可选,达到了8999元。其定价目前仅次于Mate40 RS保时捷设计,算得上是一款非常昂贵的手机,并不适合所有人。这就是为什么还有华为Mate40 Pro和华为Mate40为何存在的原因,能够带来旗舰体验而又不花太多钱的原因。

换言之,Mate40 Pro+还是Mate系列立影像标杆的存在,适合那些对价格不敏感、追求最前沿影像技术体验的用户,而Mate40、Mate40 Pro更适合绝大多数用户。同时,由于华为Mate40 Pro+包括性能、电池、充电等规格与此前评测过的Mate40 Pro完全一致,这里便不再重复测试,可翻阅过去文章了解。

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