手機配件：Apple沒說清楚的iPhone 7 Plus（2X）望遠鏡頭

冼鏡光

January 12, 2018上線

            手上有iPhone 7 Plus的朋友都知道它有兩個鏡頭，左邊是廣角、右邊是望遠。廣角鏡頭的焦距是4mm、最大光圈是f/1.8，對應的相機使用1/3英吋感光晶片、尺寸是4.8x3.6mm，於是感光晶片的對角線長爲6mm。Apple說iPhone 7 Plus廣角鏡頭相當於135底片相機（下同此）的28mm f/1.8，也就是等效焦距為28mm；又因為135底片的尺寸是36x24mm，對角線長是43.27mm，所以裁切因子（crop factor）是7.21 = 43.27/6。裁切因子也可以用焦距計算，因為Apple宣稱iPhone 7 Plus的135底片等效焦距是28mm，用鏡頭焦距4mm來看，裁切因子是7 = 28/4，這有些差異。不論如何，裁切因子大於等於7應該是對的。有關裁切因子的詳細說明，請參看 基礎知識：什麼是片幅、視角、與裁切因子？ 這篇文章或拙著 《DSLR：觀念、技巧與原理》 的第M.4章。

            但是，找遍Apple iPhone 7 Plus的規格都沒看到望遠鏡頭的實際焦距和對應相機的感光晶片尺寸，我們只看到望遠鏡頭是2X，等效焦距是56mm（也就是56mm = 28*2）、相當於一個56mm f/2.8的標準鏡頭，此外就沒有進一步資料了。傳統上焦距從40mm到60mm的鏡頭都算是標準鏡頭，然而Apple卻說成是望遠，理由是什麼不十分清楚，但卻為普羅大眾做了一個壞的、不尊重傳統攝影定義的示範。

            要找出鏡頭的焦距很簡單，用兩者各拍一張照片，再用可以顯示照片拍攝資料（也就是EXIF）的軟體看就行了。不過有些iPhone讀EXIF的App未必可靠，輸出結果可能是廣角鏡頭焦距是3mm、望遠鏡頭的是6mm，這當然不準確。所以，此地採用廣角是4mm（有些EXIF軟體會說是3.99mm，但這個差異小到可以忽略），望遠是6.6mm的說法。

            囉哩囉嗦解釋一大堆的道理何在？原因就是：

在iPhone 7 Plus用2X（也就是望遠鏡頭）拍攝時，如果現場亮度不足，iPhone 7 Plus可能會用廣角鏡頭拍攝、再擷取中央部位透過數位放大成2X的影像，而不是真正用2X的望遠鏡頭拍攝。

實際測試

            我們不妨看個例子。下面第一張照片是用廣角（也就是1X）拍攝，第二張則是在同一地點用望遠（2X）拍攝，因為是手持，所以構圖上會有點偏差，但這不影響此地的說明。

            如果用讀EXIF的軟體看拍攝資訊，我們會有下表的結果。這些值來自ExifWizard，手機的軟體版本是10.3.3，其中第二和第三行分別是用Apple iOS的Camera的1X和2X拍攝，第四行是用ProCamera這個App的Tele望遠（即2X）鏡頭拍攝，我們稍後再說明。表中的EXIF資訊很清楚地顯示了在這個較暗場景拍攝時，Apple Camera在望遠時仍然使用3.99mm的廣角鏡頭，但是135底片相機的等效焦距卻變成63mm，所以這間接地說明了Camera用數位變焦拍攝。另外，因為等效焦距是63mm，於是數位變焦的倍率變成2.25X = 63/28，而不是2X。

            下面這張照片是用ProCamera這個App在同一位置拍攝的結果，用ProCamera的原因是它可以由使用人指定用廣角或是用望遠拍攝。第四行是拍攝資訊，它指出鏡頭焦距和等效焦距分別是6.6mm和57mm，這個57mm差不多就是28mm的兩倍。另外，光圈是2.8，比廣角的小了一級多。

            接著我們看看數位變焦但低ISO敏感度（ISO 80）和用真正2X望遠鏡頭但高ISO敏感度（ISO 1250）之間的差異。下面第一張是數位變焦照片左方玻璃框左緣的600x600裁切，第二張是真正2X鏡頭的裁切，曝光雖然有點差異但不會影響結論。從照片看來，用數位變焦放大的裁切比真正用2X望遠鏡頭的裁切差相當遠，因爲線條都糊了，而且色澤也不很均勻。總之，個人實在不很瞭解Apple的用意何在，硬是用數位變焦放大取代用實際鏡頭拍攝，因為數位變焦放大時也同時放大了雜訊，雖然在小照片時看不出太大差異。一個合理的解釋，或許是Apple想避免在低亮度場合用2X拍攝時慢快門速度引起的抖動，所以就自動改用大光圈的廣角鏡頭拍攝、經裁切後再放大。

其它例子

            最初使用iPhone 7 Plus時並沒有發現上述的問題，因為很少用手機在低亮度場合拍攝、而且坦白說也沒看手冊，所以也不清楚手冊裡頭有沒有交待這一點。這個情況一直到寫介紹Switch 6這個六合一鏡頭組（請看下一篇手機配件的文章）而拍了不少近拍照片，研究照片之後才發現有些怪異。Switch 6這個六合一鏡頭組提供了一個+10和一個+20近拍鏡，前者是配合iPhone 7 Plus的廣角鏡頭，後者是2X望遠鏡頭。如果手機是橫拍，於是廣角鏡頭在上、望遠鏡頭在下，因此視線會有點差異，這個情況拍遠景時不怎麼看得出來，但近拍時就會非常明顯。

下面是在一個亮度不高的地方把手機上腳架拍攝，第一張拍片是用廣角鏡頭，第二張是用2X望遠、但因為亮度不高手機變成用數位裁切再放大，第三張是用ProCamera指定用手機的2X望遠拍攝。很明顯地，放大的2X和實際的2X沒多大差異。

            下面是用前面提過的Switch 6拍攝（橫拍），於是廣角在上、望遠在下，而且+10和+20的鏡頭分別對應著手機上的廣角和望遠鏡頭。相機仍然是固定在腳架上，離被攝體很近，於是廣角和望遠看到的區域就會非常不同。第一張照片是用廣角配上+10近拍鏡拍攝，對焦部位是左邊的眼睛。第二張是用2X望遠鏡頭拍攝，因為手機的望遠鏡頭是在下方，所以應該會拍到大致上嘴角左邊的區域。由於亮度不足，手機是用數位放大成2X，結果是第二張照片。最後，再用ProCamera強迫手機用真正的2X鏡頭拍攝，結果是第三張照片，差異相當大。

            再看一個例子。下面是用Switch 6的+10和+20近拍，第一張是用配廣角鏡頭的+10拍攝；第二張是用2X拍攝，然而因為亮度不高，手機自動切換成數位2X放大，因而可以很明顯地看出第二張是從第一張中央部位裁下來再放大的。第三張是用ProCamera強制用真正的2X鏡頭拍攝，於是拍到的畫面是花心的邊緣而不是中央。

            我們不妨看看拍攝的效果。下面第一張是從+10的畫面對焦部位裁下來的，品質還不錯；第二張是從數位2X裁下來的，效果明顯地差了很遠；第三張是真正2X拍攝的畫面裁切，因為望遠鏡頭拍到的畫面不同，所以裁切部位是對焦區域，您可以看細節比數位2X的好很多。這樣，我們很容易就會發現拍攝時手機是用數位2X還是用真正的2X拍攝。

Apple iPhone 7 Plus的感光晶片尺寸

            前面提過，Apple的iPhone 7 Plus規格中並沒有提到2X望遠鏡頭使用的感光晶片尺寸，這使此地討論近拍鏡頭的放大率有點困難，所以本節用上述已知的資料推估一番。

            首先，2X鏡頭的等效焦距為57mm而實際焦距是6.6mm，於是裁切因子為8.64 = 57/6.6。因為裁切因子也是兩個片幅對角線的比值，而135片幅為36x24mm，於是對角線長為43.267mm = SQRT(36*36 + 24*24)；因為2X望遠鏡頭對135片幅的裁切因子是8.64，於是2X望遠鏡頭使用的片幅的對角線長是5.01mm = 43.267/8.64。

            因為iPhone相機的長寛比是4:3，我們不妨假設長和寛分別是4x和3x，由畢氏定理得到

解出x得到x = 1.004，因此2X望遠鏡頭使用的感光晶片長和寛分別是4.016mm = 4*1.004和3.012mm = 3*1.004，所以我們大致上可以用4mm、3mm和5mm代表2X望遠鏡頭的感光晶片的長、寛和高；換句話說，2X望遠鏡頭使用的感光晶片尺寸是4x3mm，它比廣角鏡頭的4.8x3.6mm來得小。

為什麼EXIF會說數位變焦2X是63mm？

            坦白說，我到現在還沒弄清楚為什麼數位2X裁切中會把等效焦距定成63mm。先看下面三張照片，第一張是用手機上的廣角鏡頭拍攝，第二張是透過ProCamera強制用2X鏡頭拍攝，第三張是從第一張用廣角拍攝的照片中裁成和2X位置一樣的畫面。請注意的是，固然第二張和第三張幾乎是同一個景，但曝光卻有相當差異，不過這和此地的論題無關。

            Apple iPhone 7 Plus拍的第一張照片解析度是4032x3024，把這張照片裁成真正2X拍攝的結果的解析度是2020x1515，換算成對角線解析度（使用直角三角形的畢氏定理）分別是5040和2525，所以未裁切影像的對角線長度是裁切影像的1.996 = 5040/2525倍。換句話說，裁切後影像對原影像的裁切因子（經過四捨五入後）是2。

            因為數位2X裁切的裁切因子是2，而且廣角鏡頭的焦距是4mm如前所述，於是2X裁切影像對應著原廣角的焦距是8mm = 4*2。那麼對應著135（或35mm）底片的焦距又是多少？因為數位裁切相當於焦距8mm、影像對角線長6mm（或是焦距8mm、影像對角線3mm，也就原影像的一半），而且（或35mm）底片對角線長43.27mm，相似三角形（見下圖）告訴我們對應著底邊長43.27的三角形的髙（也就是焦距）為57.69mm = (8/6)*43.27，這和Apple宣稱的56mm相差不遠。因為用近似值推估計算，差2mm其實沒多大分別，但是為什麼若干EXIT軟體都顯示63mm呢？這實在令人費解。

結論

            其實沒有結論，本文只是提出一個iPhone 7 Plus很令人困擾但又似乎沒有任何說明的「功能」：在亮度不足的場合用2X拍攝時，手機很有可能會用2X的數位放大，而不是使用真正的2X望遠鏡頭。一般使用情況下很難發現這一項改變，除非使用讀EXIF的軟體顯示135（或35mm）底片格式的等效焦距時發現是63mm才會感覺奇怪（為什麼不是Apple宣稱的56mm = 28*2）。但是，用加在2X望遠鏡頭前的近拍鏡拍攝時，一旦亮度不足，就會發現視線不對，前文已經解釋過了。另外，為什麼等效焦距EXIF中是63mm而不是56mm？這也是個謎團。

            因為iPhone 8 Plus已經上市，有些廠家生産的機殻說是7 Plus和8 Plus通用（譬如說，Moment的網頁 提到裝Moment鏡頭的機殼時就是相同的）。不知道手上有iPhone 8 Plus的朋友能否在低亮度的場合下用2X鏡頭拍攝後，再看看EXIF的等效焦距是否是63mm、或是數位放大攔記錄了2X？有答案的話請留幾句話。

            先在此謝過了。

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引用方式：冼鏡光，手機配件：Apple沒說清楚的iPhone 7 Plus（2X）望遠鏡頭，DCView.com達人部落格（http://blog.dcview.com/article.php?a=AT0HYgFhBDJXMQ%3D%3D）