从优点到缺陷便携型大底运动相机设计解构

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放大字体  缩小字体 2019-09-15 16:49:25  阅读:2769+ 作者:责任编辑NO。卢泓钢0469

在VLOG盛行的大布景下,器件小型化是必然趋势之一,但不管从电子仍是光学的视点动身,小型化都意味着在赚取便携性优势的前提下进...

在VLOG盛行的大布景下,器件小型化是必然趋势之一,但不管从电子仍是光学的视点动身,小型化都意味着在赚取便携性优势的前提下进行许多的规划权衡乃至退让,而在此基础上假如还要加上严厉的三防规范,以及1英寸级大底(现在便携性VLOG相机多为1/2.3英寸)及对应尺度的镜头来确保画质,运动相机的规划难度无疑又会显着进步好些层次,在本钱约束下简直必定会呈现比较显着的运用倾向性(也便是优缺陷显着,专机专用),那么详细来说会有怎样的规划?这便是今日计划聊的论题。

从光学说起吧,大多运动相机首要亮点都是功用,并不会给出详细的光学规划,但关于像高相对较高的大底体系来说,光学规划是很重要的,而利于小型化规划的结构里,Tessar应该是最有名的那一个了,先看结构图:

1-1-2型结构,前两组正负别离,所发生的像差由后组负正胶合组进行校对,能够看到传统Tessar是对称型结构,这意味着倍率像差在玻璃选型合适的情况下比较简略校对(原始规划的第1/4是相同的高折射率玻璃,第2/3为不同商标的低折射率玻璃),但轴向像差会相对扩大。关于Tessar小尺度规划的传言多少不太精确,需求细化解读:首要Tessar的4片型结构的确是十分简略,但有2个问题,首要是选用一般玻璃的情况下镜后距很长,随意跑一个光线追迹,不难发现全画幅像场45mm F2.8的Tessar结构镜后距可长达36mm:

即使缩放到1英寸级也会有适当的长度,这关于传统相机来说没什么问题,但显着与需求镜尾紧贴传感器的小型化规划存在对立,从光学规划来说,假定2块透镜焦距F1和F2,轴上间隔为D,那么这个体系的镜后距BFL能够这么核算:

所以简略来说,在不改结构的前提下处理镜后距办法便是选用面型曲率和光焦度更大的镜组,但这会引发比较显着的像差问题,因而还需求在结构中引进额定的镜片,并参加非球面工艺进行改善,不过小型化规划导致的边际照度下降仍然会比较显着,所以RX0 M2的RAW文件不难看出有必定起伏暗角。

因而这类规划往往倾向于选用小光圈,比方F4,但即使如此,也很依靠机内对边际进行增益,这就会导致噪声。而提到光圈,小型化的另一个规划特色便是将固定形状的光阑放在镜组最前端(手机镜头也是如此规划),这样既能下降结构复杂度,一起也让镜组规划更自在,但价值便是光圈不可调:

其实从结构来说Sonnar乃至双高斯都有短后截距的规划计划,但这些结构需求更厚的镜组,这会对接下来的这个问题形成比较显着的影响:最短对焦间隔。不管Tessar仍是其他结构,约束的小尺度空间决议了它只能做整组移动对焦,并且只能在适当小的空间内进行移动,依据高斯成像公式:

及垂轴扩大倍率m为:

不难看出,全组对焦时焦距f为稳定值,扩大倍率与像距v为正比联系:像距越大,物距u越短,对焦间隔就越近,扩大倍率越大。但受限的整组对焦移动空间意味着v的变量规模也很约束(所以镜片不宜过多),扩大倍率难以做大,最近对焦间隔受限。改善的办法只能是添加镜头位移量来完结,而好就好在1英寸像场满足小,这个改动不需求特别大就能完结,比方索尼RX0 M2就从十分不有用的50cm缩短到了相对合理的20cm。不过作为比照,广角端同为等效24mm的RX100 M7能够做到更有用的8cm,这便是结构约束的差异地点。

除此之外,整组对焦意味着在对焦进程中彻底没有补偿焦距的办法(能够回忆上一个公式,对焦进程也便是改动v值,想要m不变,就需求动态补偿f),所以比方RX0 M2对焦20cm和无限远的像高就有显着的不同:

还有一点,RX0系列的镜头像场其实也没有彻底掩盖整个13.2x8.8的1英寸底,只掩盖了11.57x7.7(1/1.14英寸)左右,有用像素总数1530万,所以它等效全画幅24mm的镜头物理焦距为7.9mm,而非规范1英寸像场的9mm,这也为全体体型的退让。

当然,在小型化机身上做大底的优点清楚明了:显着更高的单帧信噪比和动态规模,在运用相同的补偿算法时也能坚持优势(比方多帧),事实上RX0 M2不管静态相片本质挺不错,传感器动态规模属IMX383的应有水准(尽管有裁切):

上图为基准ISO 125的欠曝暗部,下图为后期补偿2.5档,并不会显着添加噪声:

简略来说RX0 M2用于交际媒体或拍个电脑壁纸问题不大,成像本质与索尼自家1英寸机不同不大,有多帧降噪和多帧HDR这两个很有用的功用,但没有触控和声控,操作方法相对传统了点。

上为3EV HDR封闭,下为敞开,留意看亮部暗部的不同仍是挺显着的:

并且HDR能够设定从1-6EV围住等级,但只限于JPEG输出,会一起输出单帧和HDR两个图画,取景规模内有运动物体时没有任何补偿办法,这方面仍是显着不如华为P30 Pro等手机ISP,拍照时需求留意。

近1英寸底的信噪比优势首要体现在全宽超采的4K视频上,即使主动ISO飙到3200的弱光环境下噪声控制也很妥当,作用显着比同为常用于家庭VLOG的手机(哪怕最强的P30 Pro或Note10+)更超卓,并且它支撑S-LOG2,合作S-Gamut LUT能够进步一点视频动态规模,视频标准比自家RX100系列仍是要简略一些。

USB功用比较彻底,支撑外挂电源和控制器,并有3.5mm麦克风接口,由于首要是拍家庭录像,运用我选了VLOG套装版,野外运用朝向可调的二位麦克风拾音和防风作用比内录有用许多,室内却是都不差。

这儿能够插一个视频快门速度的小论题,之前看到有网友在这方面发生了一些争议,事实上视频快门速度的挑选早有前人探索的成功经历,在光源可控或可动态调整F值的前提下,一般直接按帧率倒数的2倍设置即可,比方拍照4K 30p,快门就可设置为1/60秒,也便是180度快门角,此设置下动态含糊的作用较为实在。相同情况下,1/30秒合适弱光环境以更低ISO拍照较为静态的场合(非有必要),而在强光环境下运用1/120秒乃至更快的速度来拍照高速移动的物体(比方电影里的武戏),能够看清更多的动作细节而不是一味动态含糊(日常不主张这样设置,动态物领会显得很不实在)。所以在详细环境下详细拍什么,视频快门速度的挑选是不太相同的。

以RX0 M2为例,手动挑选1/60秒并设置主动ISO,绝大多数家庭VLOG都能搞定。它的主动方式快门速度会不断改动并默许打开了主动低速快门,有时候会影响拍照作用,主张能手动就手动,但最低ISO 125和固定F4光圈会比较约束它在强光环境下的拍照,假如不想动快门就有必要上外挂ND才干处理这个问题。

那么做大底尽管画质上相较1/2.3英寸来说有优势,但体型相同细巧的话,也意味着更大的空间占比、耗电和发热,有必要献身部分功用标准,比方电子快门最慢只能1/4秒,这显着是为了下降热量累计,而为省电也拿掉了RX100和RX10系列上适当强悍的片上相位差对焦功用(对焦像素仍然保存,但前端总线和处理器不供给对应接口和功用),只保存了反差对焦,方式乃至只能挑选单次、预设和手动,可手动敞开图画识别定点追寻,但对焦点很简略飘移。

不过1英寸底等效24mm F4镜头的景深比较大,手持VLOG拍照对焦约30cm,这时候从远景25cm到布景37.8cm都在景深内。当对焦为1米时,景深规模为从58.8cm到332.7cm,而对焦到1.42米左右就进入从73cm开端的超焦距,所以对RX0 M2这种定位较为特别的产品来说,挑选性下降对焦标准也无可厚非。

需求留意的是,小型化规划的另一个底子无法改动的坏处是机身取景器都十分小,比方RX0 M2只要1.5寸,一旦对焦失利(比方计划拍风景,对焦却对到了1.42米以内的近处),在这么小的屏幕上底子看不出来,只要导出到大一点的屏幕才干发现问题。因而拍照前必定要重复承认是否上焦,毕竟在拍照进程中它的主动对焦作业机制也不是那么智能,很简略呈现整个拍照均处于离焦状况,当然它能够外接监视器,但这好像有点舍本求末的意思……

除此之外,RX0 M2最高只要4K 30p/1080 120p,采样位深码率自然是YUV420/8bit/100Mbps,而GoPro Hero7 Black则能够4K 60p/1080 240p,相对更有用一些。但事实上这块1英寸传感器全像素输出最大可到52.37fps且是12bit位深,裁切方式下还能更高,当然,这可能是挤牙膏,也可能是带宽分配所造成的,更可能是为了省电保续航,总归整个1英寸仓库处理器RX0/10/100系列都是如此,所以也不能把帽子彻底扣RX0 M2头上。

RX0 M2还有一个比较显着的缺陷是机内防抖功受限。从规划来说,不管光学仍是传感器防抖,都需求做反应结构位移缓冲,所以对机内空间有较高需求,1英寸级底还要小型化,的确很难做到,所以绝大多数防抖计划都根据电子方式,也便是裁切传感器中心部分做有用输出,边际则作为补偿位,作用类似于用眼睛盯住某个东西之后再摇头摆尾:

电子防抖的与视频处理做后期追寻是相同原理,所以像大疆手机稳定器结合云台防抖和后期处理乃至能够完结乒乓球追寻作用。关于RX0 M2来说,电子防抖仅能用于全高清拍照时,与4K之间有很显着的画面裁切差异,但抽行全高清的成像本质显着不如超采4K。

所以,RX0 M2的电子防抖对全宽采样4K简直没有用果(作为比照,RX100 M7的4K拍照就能够运用增强型电子防抖),需求经过后期导入手机APP去框选取景规模来模仿电子防抖输出,无线传输的速度慢不说(400MB左右的内容需求近2分钟),从相机处处视频和修改视频仍是两个不同的APP,并且这些APP也并不太好用,主动盯梢总是飘到别处去,防抖作用也不尽善尽美。除此之外延时也只能设定主动拍照相片而不能机内生成视频,且官方APP也并不支撑手机端处理,所以只能靠第三方软件来完结……总的来说假如是游览VLOG,仍是为它配一个稳定器上4K,然后遗忘后期APP吧。

三防反却是相对简略规划的部分了,这儿的简略指的不是技能上,而是优先级上,由于运动相机三防简直是标配,一切都要以它为中心来打造,再加上相对简略的小型化规划自身也易于做防护,在这方面整个职业都有比较丰富的经历。整体来说运动相机即使是在搭载较强传感器的情况下,以现在的技能来看仍然有适当多的掣肘之处,RX0 M2便是比较典型的代表,但在配件组合妥当的情况下,大底的成像优势仍是存在的,特别是关于仍然要针对PC渠道的VLOG而言……