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爆iPhone 11系列相机现严重“鬼影”门!揭秘海市蜃楼是如何形成的

CINNO 2020-11-10


来源 :小C君综合整理


近日数码博主米奇沃克斯发布视频称iPhone 11和iPhone 11 Pro Max在夜间拍照会出现“鬼影”。在视频中,米奇沃克斯使用iPhone 11在夜间拍摄沿街的店铺,发现店铺屋顶LED招牌的灯光反射到了夜空中,整个画面中出现了两个LED招牌。


iPhone 11夜间拍摄画面 视频截图


米奇沃克斯以为是iPhone 11的摄像技术不够先进,紧接着用iPhone 11 Pro Max又做了一组对照试验,也发现了同样的问题。


iPhone 11夜间拍摄画面 视频截图


夜间拍摄除了出现“鬼影”,米奇沃克斯发现iPhone 11系列手机拍摄其他强光物体时还会出现亮点、光斑等现象。在拍摄霓虹灯时,iPhone 11 Pro Max和三星Galaxy Note 10+都出现了明显的灯光重影和亮点问题。


iPhone 11夜间拍摄画面 视频截图


随后,网友Bragi在水木社区发帖表示:“刚刚按米奇沃克斯视频上所说的,用21号刚购买的苹果11做了测试,结果完全一样,在镜头对着强光源时(如灯泡),无论是视频还是照片都可以清楚地看到那些影子,而用苹果6P在拍同一组物体时却没有这些影子的问题。显而易见,苹果11系列手机的镜头未能如实反映在强光下物体的真实影像,而是产生了明显的影子。让我们拭目以待,看苹果将如何面对和解决这个问题。”


为什么会出现“鬼影”,高阶摄像头镜头商Quantum表示可能有以下几种原因,其中最有可能产生的原因是手机镜头前方的保护玻璃(CG)造成,在视角偏大时还会出现,第二个是镜片镀膜问题,某部分镜片镀膜不佳,第三个是镜头内部反射,因为主摄镜头与广角镜头皆有杂光。


同时,iPhone XS Max也会出现“鬼影”情况。在威锋网论坛上,用户dwy8816表示,他在官网购入的XS Max出现了拍照“鬼影”,特别是对着强光物体拍摄时,“鬼影”十分清晰。他还表示,已就此事致电苹果高级顾问,得到回应称这是MAX“独有”技能--炫光现象,是正常的。


iPhone XS Max拍照效果及回复 来源:威锋网论坛


这种应该是光线在摄像头玻璃和镀膜之间反射形成的特效。


观察者网认为,硬件问题不可能通过软件升级解决,苹果也不可能为消费者更换摄像头组件,对于已经售出或在售的手机,苹果方面应该不会做出更改了。他假设,如果苹果打算修复此问题,大概率会有两种情况,一种是iPhone 11的工艺一直无法解决,遗留到iPhone 12;另一种情况是iPhone 11在品控上做出调整,例如镀膜的厚度不均匀,通过制造工艺的改进解决这个问题。他表示,“鬼影”的拍照情况只有在夜晚高亮情况下才会出现,翻车频率不是太高。


那么鬼影成像是怎么形成?


图像本身的质量对整个视觉系统极为关键,特别是像面附近的鬼像会对成像造成严重影响。因此,预防鬼像是机器视觉光路设计中必须重点考虑的因素


(摄像头模组结构图)


光学系统投射面无论怎样处理,总会有部分光被反射,其中一些经过多次反射后,就会在像面上形成鬼像。出光线在光学界面上存在两次反射(而非透射),那么就能抵达像面形成鬼影。



但如果要中心对称的话,光路走向必然受到严格的限定!很难想象透镜上的鬼像光路是如何做到和原像中心对称。


那怎么样才能达到中心对称呢?最有可能的光路是:光线原路返回,且被平面镜反射。

镜头镜片表面既不可能造成原路返回也不能造成平面镜反射。那是什么元件造成的呢?


经过长期思考和多方询证,最有可能的答案是:CMOS传感器造成了光线原路返回,镜头前的保护平板玻璃造成了镜面反射。



平板玻璃造成平面镜反射好理解,但是为什么CMOS会令光路原路返回呢?


这是由于CMOS并不是一个简单的平面,而是有其复杂结构的,包含了微透镜、滤光片、金属电路、光电二极管等。


其中滤光片会筛选透过光线的波长,那么被拒绝未能透过的光线会多数发生散射,并有部分光刚好在散射后沿原路返回。(color filter大体分两类,coating filter被拒绝的光线大体会反射走,dye filter被拒绝的光线大体会散射走。CMOS使用的filter应该是dye filter。由于微透镜的作用,斜入射的光线也会以较为接近准直的方向打到滤光片上,那么散射的多数能量分布会在法线方向附近,故而原路返回的能量不会十分小。此处猜测较多还未全部验证,如有错误请指正。)


到这里这个故事就大体上讲完了。手机镜头最严重的鬼像光路来自于CMOS上散射后原路返回的光线被镜头前保护盖板平面镜反射,并到达像面形成鬼像。


但依旧有一些小坑没填满。譬如说如果镜头前玻璃盖板离开镜头位置较远的话,那么会使得鬼像光路根本进不了镜头从而达不到像面。如此的话,只有很小入射角的视场才能有部分鬼像光线到达像面,大视场根本看不到鬼像。然而如我第一张图所示,手机鬼像在很大的视场角下依旧成立。



刚巧的是,手机镜头的光学设计中孔径光阑往往在第一片镜片之前,且由于体积严格限制盖板离开第一片镜片距离几乎为0,所以刚好大视场角的鬼像光路也能通过。


另外还有个小问题,为什么鬼像光点都是偏绿的?


这是因为镜片表面都有镀增透膜,增透膜是有中心的工作波长的,一般都是对可见光中间段也就是绿色效果最好,所以鬼像光路重复多走了两遍光学系统之后颜色就偏绿了。


还有,单反相机镜头由于默认没有保护盖板的,所以即便拍到鬼像也不太会与原像呈中心对称。如果用户加装了保护平板保护片,倒是容易引起鬼像了。


综合以上几点,这也就是为什么逆光时候绿色中心对称鬼像光点在手机摄影中格外常见的原因了。

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