導語：
光圈值非常有用，例如這次的華為Pura70 Ultra就把一英寸超大底傳感器的鏡頭光圈最大值做到了F/1.6，這比之前号稱最大一英寸光圈（F/1.63）的小米14 Ultra大了4%。
單說光圈方面的差異其實很小，但華為這邊還為一英寸傳感器定制了RYYB陣列——進而繼續帶來了40%的進光量增益！也就是說華為這邊的總進光量優勢達到了44%！
這種進光量的遙遙領先優勢，結合華為這次引入之 XD Motion 運動引擎，就帶來了無與倫比的抓拍體驗！而這期要講的，就是光圈、等效全畫幅光圈、可變光圈等全套幹貨。
1，什麼是光圈
關于光圈，大家所熟悉的索尼給出了如上圖所示之定義，而這就是對于光圈最簡單的文字定義，至于手機端最常見之光圈值則是通過以下計算關系得出的。
- 手機鏡頭光圈定義為——鏡頭焦距除以通光孔徑：光圈值的分子項 F 代表焦距，而分母項數字則代表被約除後的通光孔徑值。但由于手機用的是等效焦距，故還得考慮等效系數。
等效系數求法：通過将全畫幅傳感器的對角線數值43.3，除以手機傳感器之對角線數值得到。那麼手機傳感器的對角線該怎麼算呢？這個由于曆史原因，得分兩種情況。
首先大于或等于1/2英寸的傳感器，對角線長度通過16mm乘以傳感器尺寸算；至于那些小于1/2英寸的傳感器，其對角線長度則通過18mm乘以傳感器尺寸計算。
例如，努比亞Z50S Pro的主攝傳感器為IMX800，拍照時的裁切畫幅為1/1.56英寸，故其拍照畫幅對角線長度為16/1.56=10.26mm，等效全畫幅的系數則為43.3/10.26=4.22。
通過上圖資料可知，努比亞Z50S Pro的主攝通光孔徑為5.21mm，結合其35mm主攝等效焦距，那麼其主攝光圈值便為35÷5.21÷4.22=F/1.59，這個便是使用者所看到的光圈值。
綜上所述，鏡頭傳感器的底越大則等效系數越小，這就可以完美解釋，随着傳感器變大光圈值會相應變小的現象了。但是别忘了影響光圈值的，還有鏡頭焦距和通光孔徑這兩個因素。
因為随着鏡頭焦距的變小光圈值就會随之變大，這就可以完美解釋，為啥手機主攝等效焦距從以往的27mm一直降到了現在的23mm。
但是，傳感器不斷變大是沒法阻止的趨勢，而主攝焦距不斷縮短也有個頭——畢竟再縮下去就變成超廣角了，于是增大通光孔徑這個方案便成了最有效的“大力出奇迹”大光圈路線。
2，大光圈有啥用
光圈最直接的用處就是控制進光量，于是為了更好地比較同鏡頭焦距下各種光圈值所代表的進光量大小，将光圈值乘以等效系數所得到的等效全畫幅光圈值便被引入。
例如藍廠 X100 Pro 的官方主攝光圈值為F/1.75，由于其IMX989傳感器的底為1/0.98英寸大小，故等效系數為43.3÷16×0.98=2.65，是以其等效光圈值為 F /（1.75×2.65）=F/4.64。
而同為23mm主攝焦距的小米14 Pro，其對應的官方最大光圈值為F/1.42，結合底為1/1.3英寸的傳感器其等效系數為43.3÷16×1.3=3.52，等效光圈值則為 F /（1.42×3.52）=F/5。
也就是說，小米14 Pro這邊看起來好像主攝的光圈值更大，實際上若考慮傳感器因素而轉換為等效光圈值的話，其進光量卻比藍廠 X100 Pro 要小一些。
具體小多少呢？由于進光量是二維名額而光圈值是一維名額，是以光圈值對比進光量差異的時候要求平方，這樣 X100 Pro 的主攝進光量較小米14 Pro，要大 (5/4.64)² ×100%=16%。
最後問題就變成了，進光量大有啥用呢？這方面最直接的影響，就是可以縮短快門時間——即以更短時間完成同樣的曝光，進而解決拍攝高速運動物體容易糊的問題。
此外在暗光環境下，更大進光量還可以用更低的ISO完成同樣時間之曝光，進而獲得更為純淨的高信噪比成像。這就是光圈、快門、感光度之間的聯系，三者共稱為“曝光三要素”。
- 最後，就是光圈與景深的關系了，一般而言光圈越大景深就越淺——即背景虛化的效果更好（凸顯主體适合特寫）。
具體原理如下圖所示，拍攝物體的景深與鏡頭後面的焦平面焦深成正關聯。也正是是以，影響景深的名額不單止光圈，鏡頭的焦距越長或者拍攝的距離越近，那麼景深就越淺。
3，小光圈有啥用
看起來大光圈好像優點很明顯，這是不是說明，手機主攝光圈可以無腦做大呢？很遺憾，世事到頭來還是逃不開一個“魚與熊掌”的取舍關系，因為小光圈這玩意也有好處！
最簡單的，既然大光圈的景深淺，那麼反過來就是小光圈的景深深，換言之就是其擁有背景清晰的優勢。例如拍文檔、合影的時候，要求全景都拍清楚，這時候就是小光圈更好用了。
到了快門時間這塊，小光圈反過來又可以獲得“慢速快門”的玩法，例如拍攝車流、星軌等需要超長曝光的題材時，小光圈就可以避免過曝。附帶的，小光圈還能帶來拍“星芒”的玩法。
此外，在鏡頭光學設計這塊小光圈也有其獨特的優勢，因為其可以讓光線盡量從成像素質更好的鏡組中心通過，是以就能夠減輕離軸光線對成像的負面影響。
這裡小光圈所減輕的成像負面影響，主要包括球差和慧差這兩種常見的像差現象。
如下圖所示，球差說的是直透鏡組的光線不能彙聚于一個焦點上而産生的像差，而慧差說的則是斜射光線通過鏡組後不能彙聚于同一焦點而産生的像差。
當然光圈也不能太小，不然衍射現象就會很棘手；一般來說當明顯的衍射條紋超過一個像素的尺寸時，輸出畫質就會明顯下降，而這對于像素尺寸偏小的手機傳感器來說就很敏感了。
綜合大光圈和小光圈的優缺點，就可以根據不同拍攝場景調整可變光圈相機鏡頭的擋位，進而更好地完成各種成像輸出。
那麼對于不能調節鏡頭光圈值的手機來說，又該如何确定對應的光圈值呢？結合手機廠商們的主攝光圈演進情況來看，确實是沒有做到上限值，而是在取甜點值的道路上将光圈做大。
4，可變光圈雙全法
上圖所示的小米14主攝光圈值F/1.6就是所謂的“甜點值”，之是以說其沒有做到上限，是因為小米14 Pro在同樣鏡頭焦距和同款傳感器的情況下，将可變光圈最大值做到了F/1.42。
這樣重點就來到了，華為所開創的十檔可變光圈技術。熟悉相機攝影的朋友，可能會覺得華為把“擋”打成了“檔”，實際上華為的所謂“十檔”可以了解為“十段”，而并非整擋的光圈值。
像F/1.4到F/2.0這種進光量減少一半的，就是所謂之一整擋光圈遞進；而華為的一檔如下圖所示卻并非整擋的遞進關系，而是将覆寫F/1.4到F/4.0的四個整數擋位分為了十段。
實際上早在諾基亞N86時代，就有了F/2.4、F/3.2、F/4.8三檔可變光圈技術，但那是為了搭配其1/1000s機械快門而引入的，這種小光圈組合可以保證其在強光下成像不會過曝。
至于後來三星的F/1.5、F/2.4兩檔可變光圈，實際應用其實很不錯，因為F/1.5光圈值可以保證暗光畫質，而F/2.4光圈值則可以保證逆光畫質。
但後面随着大底傳感器的引入、HDR技術的突飛猛進、鏡頭光學素質的進步、機身内部空間的壓擠，可變光圈設計就被舍棄了。也就是說，之前的可變光圈技術，隻是一種過渡方案。
三星S9的可變光圈方案
但是，華為首創的這種十檔可變光圈技術，卻将光圈值變化範圍最大程度地拓展了。
- 有了可變光圈之後，主攝就不用再費盡心思選取盡量大的甜點光圈值了，直接一步到位滿上最大光圈值即可！剩下的場景就交給那些小光圈組合。
後面華為又将孔徑做成類圓形（第二代技術），這樣就能獲得好看柔和的圓形散景光斑了。
總結：
手機傳感器越大、鏡頭焦距越長則光圈越難做大，是以在手機主攝傳感器不斷變大的趨勢中為了做大光圈焦距開始縮短，但最有效的大光圈方案還是通過增大通光孔徑實作。
由于手機鏡頭光圈是通過等效焦距和通光孔徑比值算出來的，是以通過乘以等效全畫幅系數，便可得到能夠比較實際進光量之等效光圈值，以此為基礎便可分辨大小光圈的優缺點。
大等效光圈優點——充沛進光量可以帶來更高的快門速度，有利于抓拍；也可以用更低的ISO曝光，有利于暗光畫質；還可獲得淺景深的自然光線背景虛化，有利于人像特寫。
小等效光圈優點——由于其沒有進光量優勢，故有利于拍攝慢門作品；又由于其能獲得深景深的全景清晰成像，是以就有利于文檔和合影拍照；順帶，還能獲得星芒玩法。
最後，因為其有收束光線的作用，是以對于大光圈所頭疼的慧差光學現象，就可以得到明顯改善；至于球差光學現象，随着非球面鏡片的普及，小光圈的改善作用已不再明顯。
可變光圈優點——可以一步到位直接将最大光圈值做到鏡頭所支援的上限，搭配一系列實用的常用光圈值組合，便可兼顧适合大、中、小光圈的各種對應場景。
小知識：
1，全畫幅傳感器的對角線——可以通過其長寬“36×24”以及“勾股定理”來求，最終數值便是約為43.2666，進一步則約為43.3mm。
2，等效系數可以用來求鏡頭的實體焦距——将如今手機廠商給出的鏡頭等效焦距除以等效系數，便可得到對應的鏡頭實體焦距。
拓展閱讀：
索尼和三星的CIS技術總結——手機CMOS傳感器知識（完結篇）
END
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