计算VS光学　镜头虚化的科技与奥秘

杨杨　李硕

为什么玩手机摄影的人也要了解相机镜头的虚化？这个问题的答案，有点像为什么学打篮球要多看职业运动员比赛——只有以专业选手为榜样才能进步，才会减少和避免低级错误。何况对多数手机用户来说，并没有深入研究过背景虚化，对于手机出现的瑕疵往往不能及时察觉并做出调整。见识、了解、掌握背景虚化，这正是我们编写本文的目的。

使用全画幅相机接装徕卡50mm F1.4镜头全开光圈拍摄的照片，与手机使用等效约50mm F1.4的人像模式拍摄的照片，只看背景虚化的趋势，二者已经相当接近。

以“假”乱真不容易 手机上计算虚化的原理

谷歌Pixel 2人像模式的原理示意图，手机先通过HDR+算法和全像素双核传感器采集足够的画面细节与距离信息后，再使用经过数百万张照片训练的神经网络将主体与背景分离出来，对背景进行渐进式模糊。图片来自：i-cdn.phonearena.com

模拟大光圈镜头的浅景深效果，是计算摄影在手机上应用的主要方向之一。从早些年的htc手机开始，手机厂商就开始利用多摄像头系统进行这一工作。在如今的一些手机上，你依然能看到这样的大约200万像素摄像头，它们不参与成像，只负责采集画面的深度信息，以便让手机区分主体与背景。

随着技术的进步，以谷歌Pixel系列为代表的一些手机还能依靠基于人工智能技术的神经网络算法，只用一个摄像头就识别出物体边缘并得到背景虚化的照片。而以苹果为代表的变焦多摄手机，则是同时利用不同摄像头与人工智能技术结合进行虚化模拟。

此外，还有利用结构光或ToF技术采集物体距离信息来辅助模拟虚化的技术。这一技术最早用于前置摄像头，但近来也开始用于旗舰手机背面的主摄。

尽管模拟虚化的方法很多，但它们对于摄影人的好处基本一致，那就是让手机实现更多更具创意的拍摄效果，接近甚至媲美专业相机。

镜头虚化不简单 影响相机镜头虚化的要素与特点

当我们使用相机镜头拍摄时，焦点处的光线会被镜头收集汇聚到焦平面的传感器上，而在焦点前后的物体，由于没法形成清晰的成像，就会变成我们所说的“虚化”效果。如果说手机虚化是一道数学物理综合题，那么相机虚化则是单一的物理题。

比原理更复杂的，是影响虚化的几个重要因素——镜头光圈、焦距、传感器尺寸和主体到背景的距离。光圈越大、焦距越长、传感器尺寸越大、主体到背景距离越远，虚化程度就越强。理论上，相机上得到理想虚化效果的方法比手机上容易得多——买你能买得起的最大光圈的镜头。

当然，虚化程度只是一方面，虚化是否优美则是另一个问题。在相机镜头的设计制造中，镜头口径、光学结构、镜片材质和加工精密度都会影响虚化效果。比如使用表面精度不够的非球面镜片，就会导致虚化光斑出现“洋葱圈”现象。

TIPS：景深计算App

由于相机上的虚化效果遵从简单的物理法则，所以即使你手中没有镜头，也可以在确定拍摄信息的前提下，计算出照片中的景深范围，进而了解到一张照片在采用该拍摄参数的时候，是虚化强烈还是虚化不足。这样的App有不少，下面列出的只是其中一部分：巧摄专业版、现场工具、F-Stop和SetMyCamera等。

广角镜头的虚化误区 背景不是越虚越好

手机的模拟虚化有很多好处，比如可以让你模拟不同的灯光效果，或是在编辑照片时再决定是模拟F1.4光圈时的虚化效果，还是模拟F2.8光圈时的拍摄效果。在一些App和安卓手机内置模式中，你甚至还能选择虚化光斑的形状。

但是，这并不意味着背景越模糊越好，也不是虚化光斑越大越好。计算得到的虚化需要接近光学镜头本身的虚化特征，才能让人看着最舒适。

如果你的手机只有主摄可以进行背景虚化的模拟计算，那就要特别注意了。因为多数手机主摄等效焦距在26-28mm左右，即使在全画幅相机系统中，此焦段镜头的背景虚化程度也属于较弱的。所以，如果你可以让手机以28mm焦距去模拟出一个如50mm F0.95镜头那样的浅景深效果，那么不但会被行家一眼识破，普通人看起来也会觉得怪异。

近年随着光学技术进步，出现了14mm F1.8、20mm F1.4这样的大光圈超广角镜头。但由于它们多用于风光和星野拍摄，鲜少用于追求背景虚化的题材，因此广角镜头的视觉习惯依然没有被改变。

我们找来的对比对象是最大光圈為F2的佳能RF28-70mm F2L USM，手机则是vivo X30 Pro，使用其大光圈模式并将模拟虚化的程度设定为F2。

我们找来的对比对象是最大光圈为F2的佳能RF28-70mm F2L USM，手机则是vivo X30 Pro，使用其大光圈模式并将模拟虚化的程度设定为F2。

注意视角与层次

相机上的广角大光圈镜头，与手机上的广角大光圈模式，究竟有什么差别？我们将从下面的对比中看出答案。

对比看点：岩石由近及远的变化，柔和程度，虚化光斑。

注意对比相机与手机在树林处的虚化，相机的光斑要更多，而手机因为对点光源的识别还不是100%准确，所以有些光斑并没有模拟出来。此外，虚化的程度也更低。

尽管光圈均为F2（手机光圈指模拟虚化的程度，并非实际物理光圈值），但是相比相机上的岩石部分，手机上近处岩石的景深过大。

仔细观察会发现，相机拍摄的照片长颈鹿的头部也有点虚化，因为F2光圈时景深很浅。而手机则是整个长颈鹿都位于景深范围内，但是尾部却出现了识别错误的虚化。

对比结论：广角镜头虚化程度不如中长焦，如果模拟得虚化很强烈，就会产生不自然的感觉。此外，这类镜头视角比较广，会容纳很多物体，通常也会有明显的由清晰过渡到模糊的渐变区域。如果缺少过渡或过渡生硬，就会违反背景虚化的视觉规律。当然，手机出现的模拟错误并非完全不能解决，后期对近景石头做适当模糊，就几乎能够“以假乱真”了。

比拼光斑与边缘 标准镜头虚化的特征

所谓标准镜头，通常是指50mm左右的镜头。这类镜头拥有容易做大的光圈、相对较小的体积和相对低廉的售价。备受入门影友追捧的50mm F1.8镜头就是其中的代表。在手机上，多数具备多摄像头配置的手机，也通常都会配置一颗等效焦距在50-52mm左右的标准镜头。

但什么才是50mm镜头虚化的特征，使用手机进行拍摄时要注意哪些问题才不会“翻车”，是我们应该在拍摄和修片前了解的。

对多数50mm镜头来说，由于视角变窄，画面中的背景信息通畅较少。而由于焦距延长，即使在1-2米范围拍摄时，只要开大光圈也能获得明显的背景模糊效果。50mm镜头还比广角镜头更容易虛化出人见人爱的虚化大光斑，当然，这只有在拍摄点光源时才会出现。

对手机来说，在使用等效50mm镜头进行模拟虚化时，最容易犯的错误不是过度模糊，而是边缘的识别。因为对于这类镜头，从景深内到景深外往往只有极小的过渡范围，一旦识别不准，可能就会出现糟糕的瑕疵。

在50mm焦段，我们用来作对比的是徕卡的Summilux-M 50mm f/1.4ASPH.，这只镜头拥同类中名列前茅的背景虚化能力和焦内锐度，手机则是iPhone 11 Pro Max。

一窥大光斑的魅力

终于轮到F1.4镜头出场了，手机上人像模式也火力全开，二者的差别究竟何多大？下面的对比可能会出乎你的意料。

对比看点：虚化光斑的形状和边缘，光斑亮度。

粗看上去，徕卡镜头虚化的光斑要比下左图中手机模拟的更亮、更清晰锐利，但是仔细观察也会发现由于使用了非球面镜片，这些光斑都出现了“洋葱圈”现象。

如果将手机的照片进行修片处理，提亮光斑，那么冀画面效果会更加接近相机。只不过由于传感器较小，在画面的细腻度上仍然比相机要逊色不少。

对比结论：第一眼看去似乎相机镜头的效果取得了完胜，但由于非球面镜片导致的洋葱圈让相机的得分有所降低。这一现象也是现代镜头过于追求锐度的代价。相比之下，手机的效果令人惊讶，尽管在亮度和饱和度上有点保守，但完美再现了相机镜头光斑的旋转和变形，在后期处理后还有进一步提升的空间。当然，手机弱光成像不如相机的短板也突显出来。

让虚化更完美 手机上的特殊模式与App

对比完广角和标准视角，你可能会问为何不对比经典的85mm镜头和70-200mm镜头虚化效果？原因很简单，目前只有少数手机拥有等效约80mm或135mm的摄像头，且通常都不能进行背景虚化模拟。需要强调的是，之所以本文要对比手机与相机在同场景下的虚化效果，目的并不是要分出孰优孰劣，而是让大家明白真实的光学镜头虚化是什么样的。以镜头虚化作为标准和评判依据，才能让我们在使用手机或是使用Photoshop等电脑软件进行模拟虚化时，不出纰漏。

从另一个角度来看，广角和标准视角镜头的保有量更高，虚化模拟也最容易出问题，在有限的篇幅里解决这两个问题才是最实际的。而解决方法在前文已有提到，那就是使用安卓手机上特殊的虚化模式，或是使用苹果上特定功能的App。

Focos是目前苹果的iOS平台上控制背景虚化最出色的App。在它的核心功能中，有3个步骤能让照片看起来更接近相机镜头的效果，分别是增大光斑尺寸、适度增加二线性和适度增加焦外螺旋感。

使用iPhone+Focos实现的“亂真”虚化

使用Focos来增强iPhone人像模式拍摄的照片虚化程度后，再增加光学镜头的一些瑕疵——口径蚀、二线性和螺旋焦外，就能让照片更像是相机镜头拍摄的。但进行这一操作的前提是，你最好有丰富的相机镜头使用经验，或是看过很多大光圈镜头拍摄的照片，知道调整的最佳幅度。

TIPS：瑕疵带来的“味道”

老镜头的光学设计和用料都不如现代镜头，虚化会有瑕疵，但正是这些瑕疵造就了它们的“味道”。比如光斑会有比较明显的二线性（边缘比中间亮）、像场弯曲（边角虚化更强）和螺旋感（光斑围绕中心旋转）。当然，老镜头的特点还有很多，Focos里有很多预设的镜头模式，可以让你探索更多老镜头的“味道”。

使用安卓手机特殊模式实现的“乱真”虚化

虽然目前安卓平台上并没有一个如Focos那样的专攻背景虚化的App，但是在多数安卓手机的人像模式里，你都可以控制虚化的程度——通常以F0.95-F11或F16来表示虚化强度。不过，通常虚化程度大于F1.4时容易出现边缘识别瑕疵，我们不建议使用。此外，像华为、小米等品牌的手机还具备模拟螺旋焦外等特殊的虚化效果，也能让手机拍摄的人像照片更接近相机镜头的效果。