• 导语：

没想到浓眉大眼的苹果也开始测试可变光圈技术了，但基于苹果多年来一直专注录像之风格偏好来看，其看中的应该是小米阵营主导之无极可变光圈技术。

因为只有无极可变光圈技术，才可以在同一快门速度情况下精准匹配录像过程中的曝光需求，从而避免录像画面亮度的跳动或闪烁。

此外，假如没有可变光圈的话就需要改变ISO值来匹配曝光，这就非常容易出现暗光噪点。所以这期就来讲透关于镜头光圈的知识，以助理解苹果的选择。

  • 1，什么是光圈

光圈最简单的定义就是代表镜头之通光孔径，并通过此定义得以衡量进光量的大小。但由于所搭载传感器和镜头焦距之差异，对于光圈值的计算定义实际上会比较复杂。

  • 而手机镜头光圈的定义则为——镜头之物理焦距除以通光孔径，但由于手机用的是等效焦距，所以为了知道物理焦距还得求出等效系数。

等效系数求法：通过将全画幅传感器的对角线数值43.3，除以手机传感器之对角线数值得到。那么手机传感器的对角线该怎么算呢？这个由于历史原因，得分两种情况。

首先大于或等于1/2英寸的传感器，对角线长度通过16mm乘以传感器尺寸算；至于那些小于1/2英寸的传感器，其对角线长度则通过18mm乘以传感器尺寸计算。

例如，上图努比亚Z50S Pro的主摄传感器为IMX800，拍照时的裁切画幅为1/1.56英寸，故其拍照画幅对角线长度为16/1.56≈10.26mm，等效全画幅的系数则为43.3/10.26≈4.22。

通过上图可知努比亚Z50S Pro的主摄通光孔径为5.21mm，结合其35mm主摄等效焦距，那么其主摄光圈值便为 f /（35÷4.22÷5.21）≈ f/1.59，这便是用户所看到的光圈值。

综上所述，镜头传感器的底越大则等效系数越小，这就可以完美解释，随着传感器变大光圈值会相应变小的现象了。但是别忘了影响光圈值的，还有镜头焦距和通光孔径这两个因素。

  • 因为随着镜头焦距的变短光圈值会随之变大，这就可完美解释为啥华为Pura70 Ultra的一英寸主摄光圈能比小米14 Ultra的大一点了——因为其原生焦距22.5mm比小米的23mm短一点，同时还解释了为啥手机主摄焦距从以往的27mm一直降到了现在的23mm。

但是，在卷大底传感器方面国产厂商皆是不遗余力，而主摄焦距不断缩短也有个头——毕竟再缩下去就变成超广角了，于是增大通光孔径这个高难度设计，便成了“大力出奇迹”的有效方案。

光圈最直接的用处就是控制进光量，但要比较进光量的话还得考虑传感器默认输出的像素尺寸。

例如 Pura70 Ultra 主摄默认四合一输出3.2微米大像素，而 iPhone15 Pro Max 的则为2.44微米，结合两者光圈值f/1.6和f/1.78，以及RYYB阵列的1.4倍加成，便可得出以下计算式：

（3.2²/1.6²）÷（2.44²/1.78²）× 1.4－1 ≈ 1.98，乘以100%后便可得出和下图一样的结果。

最后问题就变成了，进光量大有啥用呢？这方面最直接的影响，就是可以缩短快门时间——即以更短时间完成同样的曝光，从而解决拍摄高速运动物体容易糊的问题。

  • 此外在暗光环境下，更大进光量还可以用更低的ISO完成同样时间之曝光，从而获得更为纯净的高信噪比成像。这就是光圈、快门、感光度之间的联系，三者共称为“曝光三要素”。

最后，就是光圈与景深的关系了，一般而言光圈越大景深就越浅——即背景虚化的效果更好（凸显主体适合特写）。

具体原理如下图所示，拍摄物体的景深与镜头后面的焦平面焦深成正关联。也正是因此，影响景深的指标不单止光圈，镜头的焦距越长或者拍摄的距离越近，那么景深就越浅。

  • 3，小光圈有啥用

看起来大光圈好像优点很明显，这是不是说明，手机主摄光圈可以无脑做大呢？很遗憾，世事到头来还是逃不开一个“鱼与熊掌”的取舍关系，因为小光圈这玩意也有好处！

最简单的，既然大光圈的景深浅，那么反过来就是小光圈的景深深，换言之就是其拥有背景清晰的优势。例如拍文档、合影的时候，要求全景都拍清楚，这时候就是小光圈更好用了。

到了快门时间这块，小光圈反过来又可以获得“慢速快门”的玩法，例如拍摄车流、星轨等需要超长曝光的题材时，小光圈就可以避免过曝，同时小光圈还附带有“星芒”玩法。

此外，在镜头光学设计这块小光圈也有其独特的优势，因为其可以让光线尽量从成像素质更好的镜组中心通过，所以就能够减轻离轴光线对成像的负面影响。

这里小光圈所减轻的成像负面影响，主要包括球差和慧差这两种常见的像差现象。

如下图所示，球差说的是直透镜组的光线不能汇聚于一个焦点上而产生的像差，而慧差说的则是斜射光线通过镜组后不能汇聚于同一焦点而产生的像差。

当然光圈也不能太小，不然衍射现象就会很棘手；一般来说当明显的衍射条纹超过一个像素的尺寸时，输出画质就会明显下降，而这对于像素尺寸偏小的手机传感器来说就很敏感了。

不过，由于手机镜头光圈设计相较于相机镜头来说完全不是一个维度的，所以其对于像差之影响实际上可忽略不计，手机端小光圈的用处主要还是集中在拍合影、拍文档和拍星芒等方面。

那么对于不能调节镜头光圈值的大多数手机来说，又该如何确定对应的光圈值呢？结合手机的主摄光圈演进情况来看，确实是没有做到上限值，而是在取甜点值的道路上将光圈做大。

  • 4，可变光圈双全法

上图所示的小米14主摄光圈值f/1.6就是所谓的“甜点值”，之所以说其没有做到上限，是因为小米14 Pro在同样镜头焦距和同款传感器的情况下，将可变光圈最大值做到了f/1.42。

这样重点就来到了，华为所开创的十档可变光圈技术。熟悉相机摄影的朋友，可能会觉得华为把“挡”打成了“档”，实际上华为的所谓“十档”可以理解为“十段”，而并非整挡的光圈值。

像f/1.4到f/2.0这种进光量减少一半的，就是所谓之一整挡光圈递进；而华为的一档如下图所示却并非整挡的递进关系，而是将覆盖f/1.4到f/4.0的四个整数挡位分为了十段。

实际上早在诺基亚N86时代，就有了f/2.4、f/3.2、f/4.8三档可变光圈技术，但那是为了搭配其1/1000s机械快门而引入的，这种小光圈组合可以保证其在强光下成像不会过曝。

至于后来三星的f/1.5、f/2.4两档可变光圈，实际应用其实很不错，因为f/1.5光圈值可以保证暗光画质，而f/2.4光圈值则可以保证逆光画质。

但后面随着大底传感器的引入、HDR技术的突飞猛进、镜头光学素质的进步、机身内部空间的压挤，两档可变光圈设计就被舍弃了。所以，上述两种可变光圈设计皆为过渡方案。

但是，华为首创的这种十档可变光圈技术，却将光圈值变化范围最大程度地拓展了，具体原因如下。

  • 有了可变光圈之后，主摄就不用再费尽心思选取尽量大的甜点光圈值，而是直接一步到位堆满最大光圈值即可！至于剩下的大光圈不适合应对之拍摄场景就交给那些小光圈组合即可。

后面华为又将镜头通光孔径做成类圆形（第二代技术），这样就能获得好看柔和的圆形散景光斑。

  • 总结：

手机传感器越大、镜头焦距越长则光圈越难做大，所以在手机主摄传感器不断变大的趋势中为了做大光圈便开始缩短焦距，但最直接有效的大光圈方案还是增大通光孔径。

由于手机镜头光圈是通过等效焦距和通光孔径比值算出来的，所以通过结合默认输出的传感器像素尺寸因素，便可求得对应的进光量。

大光圈优点——充沛进光量可以带来更高的快门速度，有利于抓拍；也可以用更低的ISO曝光，有利于暗光画质；还可获得浅景深的自然光线背景虚化，有利于人像特写。

小光圈优点——由于其没有进光量优势，故有利于拍摄慢门作品；又由于其能获得深景深的全景清晰成像，所以就有利于文档和合影拍照；顺带的，还能获得星芒玩法。

可变光圈优点——可以一步到位直接将最大光圈值做到镜头所支持的上限，同时还可兼具大光圈和小光圈的全部优点。

可变光圈档位少的设计由于应对场景有限，故三星已经不玩了，现在只有荣耀还在玩这种两档方案。而多档设计现在只有华为一家，通过多款机型的应用完成了技术迭代。