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刮花的智能手机摄像头保护玻璃如何影响图像质量

当前大多数高端智能手机都配备了多摄像头阵列,除了主广角模块,还配备了一个超广角和一个远摄摄像头。某些设备还具有微距或专门的视频摄像头。此外,大多数摄像头阵列都包括各种传感器,例如,用于深度和距离测量的飞行时间传感器、色彩传感器以及LED闪光灯。为了保护所有这些相当脆弱的光学和电子组件免受尘土、撞击或天气的影响,通常会用人造蓝宝石或玻璃制成的保护玻璃密封整个摄像头阵列。

此玻璃必须保护其后面的摄像头模块不受撞击,因此必须坚固、耐用且易于清洁。另一方面,它还必须非常薄,以使设备尽可能纤薄,并优化向镜头的光线传输。这块玻璃看似微不足道,但如果未优化或损坏,可能会对图像质量产生重要影响。

即使是最坚固的玻璃防护罩也可能在日常使用中被刮花。为了确切了解受损的摄像头保护玻璃对图像质量的影响,我们进行了一项实验,在两部相同型号的智能手机上以DXOMARK摄像头基准进行测试,一部手机的摄像头保护玻璃完好无损,另一部的摄像头保护盖则由专业人员为了此次测试故意划伤。您可以在本文顶部的图中看到后者摄像头保护盖的损坏程度。

在这次比较中,我们进行了与评测任何智能手机摄像头时相同的图像质量测试。

我们自然地预计刮擦会引起镜头眩光,耀斑和类似效果。耀斑是由杂散光和相机模块中的内部反射引起的镜头伪像。各种因素都会加剧这种情况,包括镜头上的划痕、灰尘或污垢,缺少抗反射涂层和/或镜头对准不良。在广角镜头中也更常见,因为与长镜头相比,它们更容易在室外摄影时把太阳囊括在视角之内或附近。

耀斑通常以雾霾效果的形式出现(重影耀斑),又或是呈放射性和环状在整个场景中散布。在DXOMARK摄像头测试基准中,我们分析图像的耀斑,将其作为伪像测试类别的一部分,而耀斑的存在会减少摄像头的伪像子得分。

继续阅读来看看刮花磨损的摄像头保护盖对图像质量的影响。

主摄像头

我们比较具有相同硬件(光学模块和传感器)及软件的设备,因此在有划痕的摄像头保护盖上,许多图像质量属性(例如自动对焦,纹理,噪点和白平衡)自然也就保持不变。

但是,肤色呈现、对比度和曝光都会受到影响,尤其是在困难的照明情况下,例如低光或背光场景。

在这张光线均匀的肖像照中,您可以看到两台设备之间在纹理和噪点方面没有很大的不同。

摄像头保护玻璃损坏
摄像头保护玻璃损坏,剪切图:细节好
摄像头保护玻璃完好
摄像头保护玻璃完好,剪切图:细节好

同样,在摄像头后面有光源的风景拍摄中(如以下场景),白平衡和色彩大致相同。 曝光也是如此。

摄像头保护玻璃损坏
摄像头保护玻璃完好

但是,在较困难的光线情况下(例如高对比度和/或背光场景),摄像头保护玻璃损坏的影响会更加明显。 在这两个人像中都可以看到一些耀斑。 使用刮花的设备拍摄的左侧图像中,主体脸部对比度低,肤色饱和度下降,尤其是左侧的人。

摄像头保护玻璃损坏
摄像头保护玻璃损坏,剪切图:脸部曝光不足,不饱和
摄像头保护玻璃完好
摄像头保护玻璃完好,剪切图:脸部曝光良好, 肤色佳

耀斑是最严重的问题,在多个场景可见,比如左下图窗口上方暗色天花板。

摄像头保护玻璃损坏
摄像头保护玻璃完好

在室内拍摄中,通常会在光源(例如下面场景中的LED灯)周围发现强烈的耀斑。 如上例所示,在光源周围可以看到一些眩光,但值得注意的是这里有杂散光,尤其是它们的方向和形状。 正如我们在介绍本文的防护玻璃图片中所看到的那样,最严重的划痕是朝一个方向的。 下面示例中的杂散光遵循手机上刮擦的垂直方向,其实这些杂散光的根本原因是这些刮痕产生的光衍射。

摄像头保护盖损坏
摄像头保护盖损坏,剪切图:聚光灯有耀斑,灯泡呈雾感
摄像头保护盖完好
摄像头保护盖完好,剪切图:无耀斑无雾感

在夜间拍摄中,效果甚至更为明显,例如以下的例子。 此外,受损的玻璃盖会让光源的眩光更严重。 我们还可以看到,该风景照中的杂散光遵循与上面的人像相同的轴。 左侧图像场景的黑暗部分缺乏细节和阴影剪切。 同样,由于耀斑影响局部对比度,天空也明显更暗。

 

摄像头保护盖损坏
摄像头保护盖损坏,剪切图:眩光和光源附近的杂散光
摄像头保护盖完好
摄像头保护盖完好,剪切图:较少的光学伪像

现在,让我们看看这些现实效果如何在我们的耀斑测试中体现出来。使用我们的DXOMARK Analyzer 眩光设置,外部光源可以沿水平,垂直和对角线这三个轴扫描摄像头。我们的实验室结果显示在下面,不出所料,划痕会导致局部对比度下降。

我们在黑暗中使用DXOMARK 的眩光设置,唯一的光来自外部光源。理论上完美的摄像头设计,只要光源在镜头视场之外,传感器就不会感知到任何光。在下面的耀斑衰减图中,光源在左下角附近,并且仍然不在视场范围内。但是,与完好的手机不同,在损坏的手机上能看到一些强烈的光帷眩光(以蓝色表示)。

注意:DXOMARK耀斑测试计算出所谓的“耀斑衰减”,即位于图片中央的光源照度与耀斑照度之间的比率(以dB为单位)。耀斑衰减越高,耀斑越少。

摄像头保护盖损坏:更多杂散光射入传感器=左下眩光+深蓝弧线
摄像头保护盖完好:经典耀斑=深蓝色弧线

即使在最坏的情况下(如上图所示),完整的摄像头也比损坏的摄像头能更好地控制耀斑衰减。 在下面的自然场景中,经常会出现对比度下降的情况,特别是当面部靠近受影响区域时,这种情况更扰人。 在某些场景下可能很糟,以至于无法进行人脸检测,这意味着无法针对人像进行优化图像处理。

我们可以从之前显示的背光图像中直观地看到这种效果:在损坏的设备上,图片左上角的对比度损失的确更明显,而在两个设备之间,右下角的光帷耀斑非常相似 。

设备损坏:左上方对比度下降
设备完好

在下图中,我们根据外部光源位置计算了耀斑衰减,当光源位于图片中心时,用0°表示。 对于每个位置,我们计算整个图片的平均耀斑衰减值和最严重的耀斑衰减值。 我们主要关注光源不在视野范围内的情况。 我们可以观察到,平均而言,两款手机的耀斑衰减仍然相似,尽管在有损的手机上情况稍差一些。 但是,与完好无损的手机相比,受损的设备上最严重的耀斑衰减明显不同,并且当光源离视野更近时,这种差异变得更加明显。

耀斑衰减 vs 光源角度
Analyzer 耀斑设置

广角和远摄摄像头以及散景模式

我们使用两台P40 Pro的主摄像头拍摄了上述的所有比较照片,但是即使非默认模式下,使用超广角和远摄摄像头,又或者是使用主模块拍摄视频时,也看到了相同的效果。

在散景模式下,划伤的摄像头保护盖不会影响摄像头的深度感应功能或散景效果。 但是,同标准模式下拍摄的人像一样,散景模式照片有相同的眩光和对比度问题。

当使用超广角摄像头拍摄时,结果与主摄像头非常相似:与未损坏的设备相比,在有划痕手机上我们看到的眩光更强,对比度更低。

摄像头保护玻璃损坏,超广角
摄像头保护玻璃完好,超广角

这个90毫米的远摄人像显示出与主摄像头拍摄的背光人像相同的面部肤色饱和度下降以及低对比度的问题。 如主体占取景框面积大,问题则会更加明显。

损坏的摄像头保护玻璃,90毫米远摄摄像头
完好的摄像头保护玻璃,90毫米远摄摄像头

视频

在有划痕的设备上的视频显示出与照片相同的伪像和瑕疵,但是当以其他方式平移或移动摄像头时,光源周围的光斑和杂散光会变得更加严重。 从好的方面来说,自动对焦、纹理和噪点不受保护玻璃刮花的影响。

摄像头保护玻璃有损坏时拍摄的室内视频
剪切图:面部对比度下降
摄像头保护玻璃完好时拍摄的室内视频
剪切图:面部对比度更好

镜头耀斑是主要问题

从上面的结果来看,可以说很多图像质量属性甚至不会受到严重划伤的保护玻璃的影响。例如,在有划痕和没划痕的设备上,风景图像中的目标曝光都是相同的。刮痕不会减少图像细节或增加噪点,并且不会影响自动对焦系统或散景模拟模式下的深度感应和散景渲染。

但是,正如我们的测试结果所示,划痕确实会导致和/或放大镜头眩光和类似效果,并且干扰性很大,尤其是在拍摄背光场景或带有侧光的情况下。正如我们上面的样张所示,摄像头保护玻璃的损坏会严重影响图像质量,这也会反映在我们的分数中。根据本文上述对比测试结果,完好与损坏的镜头保护玻璃会分别在照片、变焦和视频子分数项中,造成大约5到10分差距,具体取决于损坏的严重程度,这主要是因为耀斑对曝光、色彩和伪像的影响。(注: DXOMARK的一切测试均在全新机型上进行)

使用感知测试可以轻松检测到耀斑,但是DXOMARK还开发了一种客观测试耀斑的方法。我们的专家使用定制的机器将被测设备置于受控位置并移动光源,以使光线从所有方向和角度照射到镜头上。观看此视频以获取更多信息:

用DXOMARK Analyzer进行耀斑测试

还值得指出的是,如果您在手机图像上发现相似的局部对比度损失,但同时没有明显的划痕,则可能因为保护盖脏了,这对图像质量的影响与划痕非常相似。 右下方的图像是在保护盖粘上指纹而拍摄的。

保护玻璃干净且未划伤
保护玻璃磨损,面部对比度低
保护玻璃有污渍,面部对比度低

可以看到,脏的玻璃盖的测试结果与刮痕非常相似。 重要的区别在于,因保护盖的材料不同,指纹可轻松去除。 因此,最重要的是,我们强烈建议用户保持摄像头的清洁,在日常使用中最好让保护盖免受刮擦。