從過(guò)去的數(shù)字變焦、混合變焦，再到今天的光學(xué)變焦，手機(jī)的遠(yuǎn)攝能力正如它們的性能一樣在不停變化。

　　在過(guò)去，我們的手機(jī)只能記錄下眼前的東西，如今隨著兩倍、五倍、十倍、五十倍、一百倍變焦倍率的出現(xiàn)，手機(jī)的遠(yuǎn)攝能力正如單反相機(jī)換上了長(zhǎng)焦攝像頭，就連數(shù)百米外的景物也能納入取景框內(nèi)。

　　當(dāng)然，為了能讓相機(jī)拍得更遠(yuǎn)，手機(jī)的傳感器性能、攝像頭數(shù)量、變焦能力、算法也在不斷進(jìn)步，尤其是變焦技術(shù)，自手機(jī)具備變焦功能開(kāi)始，變焦技術(shù)就已經(jīng)發(fā)生過(guò)三次變革。

　　與此同時(shí)，變焦技術(shù)的升級(jí)也在不斷影響著手機(jī)的形態(tài)。

　　數(shù)字、混合、光學(xué)變焦，它們都是什么東西？

　　光學(xué)變焦指的是攝像頭內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)鏡片組，通過(guò)改變鏡片的相對(duì)位置從而確定攝像頭焦距長(zhǎng)度。

　　隨著光學(xué)變焦的倍數(shù)增大，其焦距越長(zhǎng)，攝像頭畫(huà)面就能拍攝到更遠(yuǎn)處的景物，而且其畫(huà)質(zhì)依舊保持無(wú)損，屏幕上呈現(xiàn)出的就是傳感器 100% 接收到的實(shí)像畫(huà)面。

　　這一技術(shù)更多地被應(yīng)用到傳統(tǒng)的相機(jī)設(shè)備上，通過(guò)光學(xué)結(jié)構(gòu)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)焦距的變化，則需要為鏡片組留下足夠長(zhǎng)度的移動(dòng)空間。

　　但高集成的智能手機(jī)，受限于體積和內(nèi)部空間排布，要想在手機(jī)內(nèi)放入一個(gè)碩大無(wú)比的光學(xué)變焦攝像頭模組，是一件無(wú)比困難的事情。

　　▲ 諾基亞 808 純景. 圖片來(lái)自：DPReview

　　「芬蘭巨人」諾基亞曾經(jīng)將光學(xué)結(jié)構(gòu)引入到手機(jī)當(dāng)中，試圖引領(lǐng)移動(dòng)攝影的高質(zhì)量潮流，讓手機(jī)也能獲得如傳統(tǒng)相機(jī)那樣的拍照能力，但最終效果卻不盡人意。備受消費(fèi)者詬病的，還是因?yàn)榇T大的光學(xué)結(jié)構(gòu)模組并不美觀，更重要的是這與手機(jī)越做越纖薄的道路相違背。

　　曾擔(dān)任諾基亞成像技術(shù)部門(mén)主管 Juha Alakarhu 在接受采訪時(shí)也表示：

　　「在 N93 之后，我們也曾打算將光學(xué)變焦功能放入 Nokia 808 Pureview 當(dāng)中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力研制出的光學(xué)變焦模組在圖紙上看起來(lái)很美麗，但實(shí)際的制造工差卻會(huì)眼中降低實(shí)際使用時(shí)的性能?！?/p>

　　▲ Juha Alakarhu. 圖片來(lái)自：Windows Central

　　相較于光學(xué)攝像頭的物理結(jié)構(gòu)，數(shù)字變焦則存在于軟件算法層面，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加簡(jiǎn)單，因而被廣泛應(yīng)用到手機(jī)上。

　　數(shù)字變焦是在相機(jī)傳感器所拍攝到的全像素畫(huà)面基礎(chǔ)上，將局部區(qū)域的像素點(diǎn)面積增大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域的圖像顯示進(jìn)行電子放大到整個(gè)畫(huà)面。

　　這個(gè)過(guò)程就像是我們拍攝了一張圖片之后，進(jìn)入到相冊(cè)查看這張圖片，然后雙指縮放將局部位置放大，緊接著按下截圖按鈕生成放大后的圖像。

　　由于數(shù)字變焦只是將單個(gè)像素在屏幕上顯示的面積增大，畫(huà)面清晰度會(huì)隨之直線(xiàn)下降。所以，數(shù)字變焦的成像效果和真正的光學(xué)變焦效果并不可同日而語(yǔ)。

　　在模組體積和成像素質(zhì)之間要尋找一個(gè)絕佳的平衡點(diǎn)，這也就催生了「混合光學(xué)變焦」技術(shù)的出現(xiàn)。

　　如今，智能手機(jī)往往會(huì)采用多個(gè)不同等效焦距的攝像頭，例如超廣角、廣角、長(zhǎng)焦攝像頭的組合，來(lái)實(shí)現(xiàn)由廣角到長(zhǎng)焦的覆蓋。

　　▲ 混合變焦工作原理

　　至于混合光學(xué)變焦中「混合」的含義，則是選擇用機(jī)內(nèi)算法將手機(jī)光學(xué)變焦和數(shù)字變焦技術(shù)糅合起來(lái)，在多枚不同等效焦距攝像頭之間，通過(guò)「接力」的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)全焦段的覆蓋。

　　▲ 在手機(jī)廠商優(yōu)化下，混合變焦的過(guò)程幾乎能做到?jīng)]有卡頓感

　　若將這一套手機(jī)混合光學(xué)變焦模組類(lèi)比到單反相機(jī)上的話(huà)，則相當(dāng)于是將多枚定焦攝像頭放到了手機(jī)之中。但在其進(jìn)行變焦的過(guò)程中，相機(jī)的混合變焦算法會(huì)介入，促使整個(gè)變焦過(guò)程保持順滑流暢。

　　廣角端范圍的拍攝一直都是智能手機(jī)的長(zhǎng)項(xiàng)，反而焦距更長(zhǎng)的廣角攝像頭意味著要占據(jù)手機(jī)內(nèi)部更多的空間，這一技術(shù)難點(diǎn)一直都讓手機(jī)廠商們感到頭疼不已。

　　對(duì)此，「潛望式攝像頭」的出現(xiàn)，讓手機(jī)的多倍光變有了新的可能。

　　華為 P40 Pro+ 的十倍光變是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

　　在前文中，我們提到了三種變焦方式的區(qū)別，成像畫(huà)質(zhì)最好的莫過(guò)于是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、占據(jù)面積最大的光學(xué)變焦。盡管這種變焦方式會(huì)給相機(jī)模組增加一定的厚度，但換來(lái)的高畫(huà)質(zhì)遠(yuǎn)攝也是其余兩種變焦模式不可比的質(zhì)量。

　　所以，當(dāng)前使用光學(xué)變焦的手機(jī)廠商所面臨的問(wèn)題，是在使用光學(xué)變焦的基礎(chǔ)上最大限度地削減、平衡相機(jī)模組的厚度，在有限的內(nèi)部空間里，提升手機(jī)遠(yuǎn)距離拍攝的畫(huà)面質(zhì)量。

　　▲ 拆解華為 P30 Pro 潛望式結(jié)構(gòu)部件（視頻第 6 分鐘開(kāi)始），圖片來(lái)自：JerryRigEverything 「潛望」是鏡片和 CMOS 的搭載形式，實(shí)際是光學(xué)變焦方案

　　因此，最省內(nèi)部空間的「潛望式結(jié)構(gòu)」便成了當(dāng)下最為常見(jiàn)的手機(jī)光變方案。通過(guò)潛望鏡光線(xiàn)折疊的原理，手機(jī)能夠在有限的厚度內(nèi)，拍出比數(shù)字、混合變焦更清晰的遠(yuǎn)攝畫(huà)面。

　　去年華為 P30 Pro 就是去年率先用這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)五倍光變的手機(jī)。而在今年的 P40 Pro+ 上，手機(jī)的光變能力達(dá)到了十倍。用最簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，平日我們最常用的焦段基本都能實(shí)現(xiàn)無(wú)損記錄。

　　雖然 P40 Pro+ 十倍光變大體都是用潛望式方案，但華為也是在這套方案的基礎(chǔ)上升級(jí)才會(huì)做到這個(gè)高倍率變焦。

　　▲ 華為官方公布的 P40 Pro+ 潛望式鏡頭工作原理圖

　　宏觀來(lái)看，這次 P40 Pro+ 的潛望式模組采用的是「多反射潛望式光路折疊技術(shù)」，通過(guò) 5 次光路反射的原理延伸傳感器的拍攝焦距，最終使得光路的光程在沒(méi)有太大增加模組厚度的前提下，比上一代的潛望式方案提升 178%。

　　如果我們嘗試將潛望式攝像頭所折疊的光路展開(kāi)，模組高度可能已經(jīng)超出手機(jī)本身可容納相機(jī)的厚度，前面的諾基亞 808 就是在非潛望式方案下采用光學(xué)鏡頭的例子。

　　但是要讓手機(jī)拍得更遠(yuǎn)，光有潛望式結(jié)構(gòu)還不夠，光路需要進(jìn)行多次折疊，這就需要更好的反射鏡面來(lái)對(duì)應(yīng)每次光路的反射，否則每次反射的光線(xiàn)也會(huì)因?yàn)殓R組精度不足而造成損耗。

　　有一個(gè)華為沒(méi)有在發(fā)布會(huì)上公開(kāi)的細(xì)節(jié)是，在設(shè)計(jì) P40 Pro+ 的相機(jī)模組時(shí)，他們?cè)仁窍虢梃b手機(jī)芯片的組裝工藝技術(shù)。

　　但在最后比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，芯片組裝的變形控制并不能達(dá)到相機(jī)團(tuán)隊(duì)的要求，因?yàn)橄鄼C(jī)團(tuán)隊(duì)給出的工藝要求是「頭發(fā)絲的兩千分之一」。

　　所以，要將光線(xiàn)以最高質(zhì)量的程度從攝像頭外傳入傳感器，這便需要納米級(jí)的高精度反射面才能最大程度減少光路在反射時(shí)出現(xiàn)的畸變。

　　雖然目前暫時(shí)還沒(méi)有公開(kāi)文件介紹華為最后是怎樣做到這種組裝工藝，但根據(jù)官網(wǎng)給出的數(shù)據(jù)，這些反射面的最高精度大約是 30 納米（1 微米=1000 納米）。

　　那么在解決了拍照倍率后，攝像頭怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)焦的？

　　其實(shí)潛望式攝像頭的對(duì)焦方式和其他攝像頭對(duì)焦原理大同小異，都是通過(guò)馬達(dá)調(diào)整攝像頭和 CMOS 距離來(lái)完成遠(yuǎn)近景物的對(duì)焦。

　　但難點(diǎn)在于潛望式攝像頭的結(jié)構(gòu)比普通攝像頭更加復(fù)雜，光線(xiàn)在內(nèi)部需要經(jīng)過(guò)多次反射，這就需要重新設(shè)計(jì)對(duì)焦馬達(dá)的位置。

　　首先一點(diǎn)，是別讓馬達(dá)擋到鏡組的反射光路。

　　為此，華為相機(jī)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)對(duì)焦馬達(dá)時(shí)也下了一些功夫。

　　比如這次鏡組的重量主要集中于前端，因此該攝像頭所用的對(duì)焦馬達(dá)所用的是全新設(shè)計(jì)的滑槽式承載，它是通過(guò)磁力和杠桿結(jié)構(gòu)來(lái)平衡前端鏡組的負(fù)載，并通過(guò)特殊的潤(rùn)滑材料，實(shí)現(xiàn)出高速的對(duì)焦效果。

　　▲ 相機(jī)傳感器對(duì)焦過(guò)程，需要馬達(dá)控制鏡片完成對(duì)焦

　　根據(jù)華為的公開(kāi)資料顯示，這枚滑槽式馬達(dá)通過(guò)了官方實(shí)驗(yàn)室數(shù)百萬(wàn)次的使用和極端環(huán)境測(cè)試，在測(cè)試后依然能正常工作。據(jù)悉，目前華為已經(jīng)為該馬達(dá)設(shè)計(jì)申請(qǐng)了技術(shù)專(zhuān)利。

　　通過(guò)以上對(duì)功能的解讀，筆者發(fā)現(xiàn)想要理解潛望式攝像頭的工作原理，實(shí)際上并不算難，這門(mén)技術(shù)本質(zhì)上是通過(guò)改變鏡片的數(shù)量、鏡組的排列方式，以此實(shí)現(xiàn)出更遠(yuǎn)的變焦距離。

　　但要是將這個(gè)要求下放到廠商的相機(jī)團(tuán)隊(duì)手上，實(shí)際所需要攻克的困難遠(yuǎn)比想象中要多，單從上面介紹的內(nèi)容看，其實(shí)就已經(jīng)涉及到了鏡組設(shè)計(jì)、材料、組裝工藝、馬達(dá)設(shè)計(jì)幾個(gè)大方面，而這些我們也只能通過(guò)文字來(lái)進(jìn)行輕描淡寫(xiě)，他們真正面臨的各種難題，或許是我們所了解的數(shù)倍之多。

　　不單只有看像素，遠(yuǎn)攝也要看變焦方式

　　相比起一味地追求超高像素?cái)z像頭，而后直接使用數(shù)字裁剪來(lái)實(shí)現(xiàn)的變焦成像，高倍率的無(wú)損光學(xué)長(zhǎng)焦攝像頭，才是獲得遠(yuǎn)攝高清畫(huà)質(zhì)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。

　　這也就意味著，當(dāng)你在尋找一個(gè)能拍遠(yuǎn)攝的手機(jī)時(shí)，不要簡(jiǎn)單地去關(guān)注手機(jī)廠商宣傳的是幾倍變焦，而是要更多地考慮光學(xué)變焦的倍數(shù)。

　　甚至在有條件的情況下，直接去查看手機(jī)攝像頭真正覆蓋的等效焦距，這才是一個(gè)可以被標(biāo)準(zhǔn)量化的數(shù)據(jù)指標(biāo)。

　　在華為 P30 Pro 發(fā)布的時(shí)候，華為就表示高倍數(shù)光學(xué)長(zhǎng)焦攝像頭，是手機(jī)上實(shí)現(xiàn)變焦的最佳方法。為了進(jìn)一步在長(zhǎng)焦遠(yuǎn)攝上進(jìn)行畫(huà)質(zhì)突破，華為 P40 Pro+ 在上一代 P30 Pro 的 5 倍光學(xué)變焦?jié)撏綌z像頭模組和感光器件的基礎(chǔ)上，將光學(xué)變焦倍率提升至 10 倍光學(xué)變焦，得益于此，P40 Pro+ 的雙目變焦也到達(dá)了 100 倍的水平。

　　雖然受限于手機(jī)內(nèi)部體積，相機(jī)傳感器的能力暫時(shí)還未能達(dá)到超越專(zhuān)業(yè)單反相機(jī)的水準(zhǔn)，但隨著手機(jī)廠商在不斷尋求技術(shù)突破，手機(jī)拍照的像素、對(duì)焦、變焦、功能都一直在拔高向?qū)I(yè)相機(jī)靠攏。

　　手機(jī)廠商「一機(jī)走天下」的愿望最終會(huì)在這些突破下實(shí)現(xiàn)，但它并不是想取代專(zhuān)業(yè)相機(jī)，而是希望我們每次從衣兜里拿出手機(jī)，就能將眼前美景以最接近人眼的方式保存下來(lái)，甚至記錄下在我們視線(xiàn)之外的畫(huà)面。

　　注：題圖為華為 P40 Pro