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小米13 Ultra:携光前行,追求每一束光的精确还原

 Pierresn62vczl 2023-05-07 发布于中国澳门

“光,是影像的原点”,一切色彩、影调都在于光。我们目之所及的大千世界,皆被光与影一笔一划细细勾勒,为“视”界晕染上或鲜明、或复古、或反差、或梦幻的色调。我们用“光”去描绘、定义“影像”,让一切平凡的事物,在光影的加持下去成为一个极富意蕴的视觉艺术作品。



去年7月,小米携手徕卡开启全球影像战略合作。今年,又迈出了至关重要的一步,我们以徕卡光学为标准,一同打造移动影像光学系统。推出小米影像战略升级的「第二章」——小米13 Ultra,开启移动影像的光学时代!



让我们一起追光逐影,以光为妙笔,勾勒一副全新的「人文丹青」,探索移动影像的更多可能!




 



01


追光逐影,一套 “紧凑型高性能镜头”



没有足够的光学素质支撑、一味依赖计算成像,往往与人们真实的视觉感知相去甚远,导致大家越发厌倦手机成片的“塑料味”。



这次,为攻克移动影像的“光学问题”,我们用光学技术解决光学问题,告别“数码味”,回归“光学味”。小米与徕卡共同研发,将徕卡的专业光学能力系统性带到移动影像领域。经过反复打磨,我们带着移动影像领域迄今最完美的徕卡Summicron镜头与大家见面!





     新一代Summicron镜头:精湛设计,匹配纳米级工艺





引述徕卡光学设计总监 Peter Karbe 的原话:“设计一颗完美镜头并不难,只要愿意让它又大又重。但想要在小巧的体积内,实现相同的性能,却要费尽心思。” 



在小米13 Ultra诞生之初,我们便希望打造一套“紧凑型高性能镜头”。但由于手机的摄像头设计受到体积和重量的限制,很难达到像相机一样的高质量成像效果。于是,小米携手徕卡打造了新一代 Summicron 镜头,共同完成了光学镜头小型化的重大突破,带来了移动影像光学系统方案的升级。



新一代Summicron镜头,是一款重新设计镜片架构的紧凑型高性能光学镜头,有优异的光学性能和高质量的成像效果。拥有8P非球面高透镜片,将其融合到手机摄像头中,可以在小体积的前提下有更自由的光路设计空间,提升摄像头的光学性能,增强拍摄的画质和色彩还原度。并且有效减少光学畸变、色散等影响成像的因素,使拍摄结果更加清晰、锐利和自然,提供更高品质的移动影像体验。





小米13 Ultra还提供四摄六焦段的强大影像系统,拥有四颗高素质徕卡光学镜头,分别是12mm超广,23mm广角,75mm长焦,120mm超长焦。同时,还有两个隐藏的焦段:46mm的2X变焦,240mm的10X变焦,这两个焦段,都是硬件直出。整体搭配非常合理,效果特别优秀。此外,还支持全焦段大光圈,尤其在双长焦上,感光量提升非常明显,75mm提升47%,120mm提升43%,超广角也提升了14%。





科普



Summicron镜头:


  • Summicron,一个Leica绕不过去的单词,可以说是Leica皇冠上的明珠。

  • Summicron具有非常突出的光学素质,该系列的镜头无一例外的具备良好的反差、非常高的解像力、表现令人满意的色差控制甚至是APO设计、优秀的耀斑控制、优秀的变形控制、并能够展现良好的细节,甚至很轻松的达到同期感光元件所能记录细节的极限。



  2    起底结构原理:顺滑衔接,逐根平衡视场光线



光线之于成像,关乎于色,关乎于形。视觉艺术作品的呈现离不开光对画面的“塑造”,在这之前,需要拥有一个决定性的硬向条件:一套专业光学材质的高透光率镜组“镜片”。每一个镜片上都具有“不同的面形”,去“控制”光线,作用是将光线聚焦与成像芯片上,结出清晰的影像。



小米的镜头设计理念是:平衡镜片与光线之间衔接的合理性。让光线不论从哪个方位传到感光元件,打到每一枚镜片时,光的路径都能够顺滑的承接上一个镜片折射过来的光线,以实现在整个焦段范围内的高成像性能。



“不仅要拥有进光能力,还得具备聚光能力”是小米工程师对于光学系统的理解,在进光中,让光线能够更多的进入,进入后让光线汇聚的更好。



那么如何才能最大程度的汇聚光呢?这就要看我们的镜片设计和制造到底有多强!




  • 在设计阶段,我们充分利用“非球面镜结构”,释放光路设计的灵活度,使得四颗镜头都具备惊人的小体积。每一个非球镜面的形状都由“超高阶偶次多项式”来计算,镜片的拟合精度达到了纳米级别,让镜片曲线逼近光学极限,达到最小像差效果(光学成像结果的偏差)。以此逐根梳理光线和视场,调整镜片和镜片之间的位置关系,做到成像更清晰。材料上,突破传统材料限制,选用了“新型环烯烃镜片”来更好的控制色差,经过几十版的优化,将性能调至到最佳。



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      • 在制造上,为了严苛地控制生产精度,加工模具的刀头精度达到了恐怖的 20 纳米,对镜片的每一丝细节精雕细琢,以至于出现镜头生产良率甚至不足 10%的情况。以此,精益求精达到光学系统上的创新和颠覆。



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               工艺创新:专业光学镜组,带来卓越光学表现



          全新高稳定态镀膜:无损透光





          我们在使用摄影镜头时,通常希望光线尽可能多地穿过镜头元件,减少光线反射,避免多余的光线形成“鬼影”去影响最终高质量成像。但同时,也会因为玻璃元件反射掉的光线无法到达成像装置(数字传感器),导致进光量损失。这对光学设计师而言,会降低镜头的整体性能。能够解决该问题的方式之一就是——镀膜



          通过镀膜来控制光线的透光率,可以大幅度削弱眩光和鬼影。低透镀膜会导致镜片之间光线来回反射形成鬼影,降低成片效果。高透镀膜则是在镜片表面形成微结构,使空气与镜片之间形成渐变折射率,有效降低反射率。



          本次小米13 Ultra是在此基础之上,采用全新的高稳定态镀膜,它可以有效避免镀膜因环境造成不可逆损伤,还能在极热或极寒环境下,仍然有稳定卓越的光学表现,进入镜头的光的属性不会发生变化。











          边缘涂墨:屏蔽无效杂光





          你知道吗?在镜片上,分为有效径和非有效径两部分。





          • 有效径用于光学成像,控制光线方向,将光汇聚到“像面”形成一张照片;




          • 非有效径则是用于镜片之间组装,不参与成像。



          当光线进入时,由于非有效径区域不参与成像,投射到非有效径区域的光,经过反射被汇聚到“像面”上,变成了影响最终成像的“无用光”,也就是我们常说的“杂光”。这也是影响成片质量的一个因素。



          小米13 Ultra采用“边缘涂墨技术”,将超低反射率的油墨均匀涂在镜片的非有效径区域,去实现对非有效径区域光线屏蔽的效果,让无用的光线经过非有效径后消失,达到更好的成片质量。



          旋涂工艺IR滤光片:有效解决“花瓣鬼影”



          花瓣鬼影,是手机摄影的常见问题,那么要想减少或解决该现象的出现,方法之一是从滤光片上着手。那么什么是滤光片?



          要知道人的眼睛不是所有光都能接收得到的,但是相机的传感器可以。在光学中,一般会根据光的“波长”去分为可见光和不可见光(红外、紫外)。不可见光的波长有一部分会被相机传感器捕捉到,但是这部分的光对实际成像并无帮助,反而有时会带来副作用,与实际成像的照片场景存在偏差。



          综上,滤光片就是将人“看不见”的光进行拦截,将“看得见”的光纳入到传感器中,协助画面成像,这样拍摄出的图片就会更加接近人眼真实看到的景物了。为了更好的拦截红外不可见光,小米的工程师对传感器与IR滤光片之间反射的花瓣鬼影,提出了旋涂工艺方案。其优势是:





          • 吸收红色和红外光,减少花瓣鬼影;


          • 减小大小角度透过率偏移,减少色彩偏差。



          因此只需在IR滤光片上旋涂一层色素有机材料,增加对红色及红外光的吸收,有效解决“花瓣鬼影”,真实成像。




          02


          一英寸大底+可变光圈,探索手机影像天花板



          一英寸大底的全部实力,该如何释放?小米工程师从光学硬件出发,重新思考、部署镜头设计的排列方式。在小米13 Ultra的一英寸主摄上,实现了可变光圈的突破。





              可变光圈,虚实景深由你掌握!



          小米同徕卡一样,致力于给用户带来更加便捷舒适的专业影像体验。因此,我们打造了——可变光圈,更精准地匹配亮光与暗光场景,为用户带去更多可变的使用场景。



          可变光圈技术,能够在不同场景、复杂的光线条件下,自动调整光圈去适应拍摄环境,从而实现最佳的画质表现。我们不再单纯依靠计算摄影的方式实现光圈可变的效果,这使得纯硬件的调配方式难度大大增加,需要去“平衡”不同场景下大小光圈之间的切换,实现背景清晰或者虚化的景深效果。



          虚化和街拍,是小米13 Ultra为可变光圈功能规划的两个方向,分别对应 f/1.9 和 f/4.0 两档光圈的使用。此外,还搭载了“小米影像大脑”,只需0.8s的超灵敏的响应速度,即可快速抓拍,即使遇见预想不到的创作灵感与故事画面,也能在一念之间留存。






          科普



          光圈:


          是决定摄影时进入机身内感光元件进光量多少的装置,通过调节光圈叶片的开合,达到控制进光量,纵享“虚实随心”的效果。也能够直接决定影响画面的曝光和景深,通常用 f 来表示光圈的大小值。




          • 光圈越大(f 值越小):进光量越多,景深越浅,背景虚化;

          • 光圈越小(f 值越大):进光量越少,景深越大,背景清晰;

          • 白天光线充足,需要用小光圈减少光线进入,因此白天选用小光圈(单从进光量维度简单区分);

          • 夜晚环境较暗,需要用大光圈增大光线进入,保证暗光成像,因此晚上选用大光圈。



          「f/1.9 大光圈」背景梦幻虚化



          光圈越大,景深范围越小(浅),背景的虚化效果越明显,这是大光圈拍摄的成像效果口诀。大底大光圈,能拥有极好的画质呈现和抓拍能力。



          因此,我们通常使用大光圈来拍摄近景与特写,这样能够最大程度的虚化画面的背景,专注主体表达,有着非常优秀的光学景深虚化。毕竟,景深变浅,景物就会开始出现视觉上的差异。光圈开大时,我们可以屏蔽掉杂乱的部分,只抽取其中精华,这样就能获得一副“更纯净的影像”



          那么小米13 Ultra会在什么时候适合启动f/1.9这个大光圈的呢?让我们一起欣赏一下拍摄成片吧!





          「f/4.0 小光圈」远近细节皆清晰



          流水、星轨、班级大合照...... 这些大场景的拍摄,很是考验拍摄性能,既要远近细节皆清晰,又不能遗漏细枝末节。



          要想拍出大片,当然少不了“小光圈”啦!它的拍摄口诀是光圈越小,景深清晰范围越大(深),前后对焦皆清晰。特点是可以把景物拍实,画面中保留较为完整、全面的内容和亲眼所见一样,环境信息更加清楚,能看到更多人与背景的关系。



          拍摄辽阔无际的浩瀚江河、重峦叠嶂的奇山异峰......都不在话下,且保证成像质量。让我们通过小米13 Ultra去“看见、看清”世界的故事吧!





               王炸组合,带来极致效果



          “底”(影像传感器)作为相机的核心,面积越大,能够采集到的数字信息也就越多,画质也会更好。能够获得更纯净的照片,更好的暗光性能,以及更好的景深效果。一英寸作为当下手机影像界的最大底,搭载的可变光圈,极大增加用户对光控制的自由度。小米此次推出的“一英寸大底+可变光圈”的组合,令我们欣喜的产生了1+1>2的效果。



          那么如何展示“一英寸大底+可变光圈”组合强劲的实力呢?



          给大家介绍一个光学能力的终极考场——街头摄影。它是人文摄影永恒的舞台,考验着每一位摄影师的拍摄功底,它充满随机与未知,有不协调、不真实、不合理以及不可言喻的感觉。在这里,在街头摄影中,创作者们正源源不断地输出无数伟大的作品。小米13 Ultra这次为街头摄影特别推出了——徕卡街拍模式





          白天,若是要想在大街小巷中,随时捕捉一幅一幅行人肖像或街景,只需双击音量下键,0.8s即可启动,让显示器里的街景“被定格成永恒”。在保证最佳画质的同时,也可以让你全心专注于创作本身。而这得益于一英寸的绝对画质能力,再应用f/4.0的光圈,能获得最大的景深范围,让你拍摄时无需考虑对焦,就能够清晰记录人与环境当下的所有故事。同时,特殊的模式页面,可以提前设定对焦点,甚至可以根据偏好设定自己喜欢的曝光值,每次启动,无需调整、无需思考,抬手就拍。






          03


          精准调校,保障光圈切换效果一致性



          可变光圈虽然满足了我们对于不同拍摄场景的需求,但由于光线透过不同光圈对传感器的进光量影响不同,容易导致拍摄画面在亮度、色彩、清晰度等方面存在差异。为保证大小光圈拍摄风格的一致性,给用户带来更加舒适的影像体验,研发团队利用软件技术针对大小光圈的切换进行了严格调校。





          从模组端出发,每颗模组都有基于不同光圈的硬件特性烧录的数据,以此用来保证模组的一致性。色彩方面,得益于模组端的awb补偿,每颗模组不同光圈下的awb表现基本一致。在暗光条件下,工程师针对性地优化了小光圈下色彩的表现,使得两个光圈下的色彩更加接近和真实。



          对于两种光圈带来的边缘亮度衰减度不一致问题,工程师给不同光圈配备了单独的校准参数,并使大小光圈在切换过程中进行智能曝光转换,以保证光圈切换前后亮度的一致性。同时,针对两种光圈硬件特性的不同表现,团队通过优化对焦算法改善光圈的对焦体验,使得成片率得到了有效提升。此外,在清晰度和噪声上,针对不同的光圈和模式,均搭配了两套调试策略来保证画质的一致性。



          通过以上技术调校,小米13 Ultra呈现的视觉表现极为优秀,大小光圈切换过程中几乎感觉不到亮度和色彩的变化。





          04


          生活自有光,与“转瞬”不期而遇



          生活自有光,每个被“光”照耀的瞬间,都篆刻在我们的心头。这些光或浓墨重彩、或刻骨铭心、或沁人心脾、或暖如旭日。当光开始聚焦,画面中心的景色逐渐明晰,映入眼帘的,原来就是我们的生活呀!



          这次,我们想在光学的源头把影像做好,为用户创造更多“不设限”的创作空间,为移动影像的升级和发展而赋能,共同探索手机影像软硬件协同升级的边界,让专业影像赋能普通用户,让随手一拍记录下更多“忘情一刻”。



          现在,让我们拿起手机,以光做画笔,影为宣纸,去刻画那“未知”的故事与瞬间吧!

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