從過去的數(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。這一技術(shù)更多地被應(yīng)用到傳統(tǒng)的相機(jī)設(shè)備上，通過光學(xué)結(jié)構(gòu)的方式來實現(xiàn)焦距的變化，則需要為鏡片組留下足夠長度的移動空間。在模組體積和成像素質(zhì)之間要尋找一個絕佳的平衡點，這也就催生了「混合光學(xué)變焦」技術(shù)的出現(xiàn)。下，混合變焦的過程幾乎能做到?jīng)]有卡頓感「潛望」是鏡片和 CMOS 的搭載形式，實際是光學(xué)變焦方案有一個華為沒有在發(fā)布會上公開的細(xì)節(jié)是，在設(shè)計 P40 Pro+ 的相機(jī)模組時，他們原先是想借鑒手機(jī)芯片的組裝工藝技術(shù)。

　　在過去，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)具備變焦功能開始，變焦技術(shù)就已經(jīng)發(fā)生過三次變革。

　　與此同時，變焦技術(shù)的升級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，通過改變鏡片的相對位置從而確定攝像頭焦距長度。

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

▲ 相機(jī)傳感器對焦過程，需要馬達(dá)控制鏡片完成對焦　　

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)放入一個碩大無比的光學(xué)變焦攝像頭模組，是一件無比困難的事情。

　　「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。備受消費者詬病的，還是因為碩大的光學(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)部門主管 Juha Alakarhu 在接受采訪時也表示：

　　「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)過長時間的努力研制出的光學(xué)變焦模組在圖紙上看起來很美麗，但實際的制造工差卻會眼中降低實際使用時的性能。」

　　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，實現(xiàn)起來更加簡單，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面基礎(chǔ)上，將局部區(qū)域的像素點面積增大，從而實現(xiàn)對該區(qū)域的圖像顯示進(jìn)行電子放大到整個畫面。

　　這個過程就像是我們拍攝了一張圖片之后，進(jìn)入到相冊查看這張圖片，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)字變焦只是將單個像素在屏幕上顯示的面積增大，畫面清晰度會隨之直線下降。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。

　　如今，智能手機(jī)往往會采用多個不同等效焦距的攝像頭，例如超廣角、廣角、長焦攝像頭的組合，來實現(xiàn)由廣角到長焦的覆蓋。

　　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，在多枚不同等效焦距攝像頭之間，通過「接力」的方式來實現(xiàn)全焦段的覆蓋。

　　若將這一套手機(jī)混合光學(xué)變焦模組類比到單反相機(jī)上的話，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)行變焦的過程中，相機(jī)的混合變焦算法會介入，促使整個變焦過程保持順滑流暢。

　　廣角端范圍的拍攝一直都是智能手機(jī)的長項，反而焦距更長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)難點一直都讓手機(jī)廠商們感到頭疼不已。

　　對此，「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，成像畫質(zhì)最好的莫過于是結(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給相機(jī)模組增加一定的厚度，但換來的高畫質(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)距離拍攝的畫面質(zhì)量。

　　因此，最省內(nèi)部空間的「潛望式結(jié)構(gòu)」便成了當(dāng)下最為常見的手機(jī)光變方案。通過潛望鏡光線折疊的原理，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)攝畫面。

　　去年華為 P30 Pro 就是去年率先用這種結(jié)構(gòu)實現(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。用最簡單的語言來說，平日我們最常用的焦段基本都能實現(xiàn)無損記錄。

　　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)上升級才會做到這個高倍率變焦。

　　宏觀來看，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 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，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對應(yīng)每次光路的反射，否則每次反射的光線也會因為鏡組精度不足而造成損耗。

　　但在最后比較時發(fā)現(xiàn)，芯片組裝的變形控制并不能達(dá)到相機(jī)團(tuán)隊的要求，因為相機(jī)團(tuán)隊給出的工藝要求是「頭發(fā)絲的兩千分之一」。

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

　　雖然目前暫時還沒有公開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，攝像頭怎樣實現(xiàn)對焦的?

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

　　但難點在于潛望式攝像頭的結(jié)構(gòu)比普通攝像頭更加復(fù)雜，光線在內(nèi)部需要經(jīng)過多次反射，這就需要重新設(shè)計對焦馬達(dá)的位置。

　　首先一點，是別讓馬達(dá)擋到鏡組的反射光路。

　　為此，華為相機(jī)團(tuán)隊在設(shè)計對焦馬達(dá)時也下了一些功夫。

　　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焦馬達(dá)所用的是全新設(shè)計的滑槽式承載，它是通過磁力和杠桿結(jié)構(gòu)來平衡前端鏡組的負(fù)載，并通過特殊的潤滑材料，實現(xiàn)出高速的對焦效果。

　　根據(jù)華為的公開資料顯示，這枚滑槽式馬達(dá)通過了官方實驗室數(shù)百萬次的使用和極端環(huán)境測試，在測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)計申請了技術(shù)專利。

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

　　但要是將這個要求下放到廠商的相機(jī)團(tuán)隊手上，實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，其實就已經(jīng)涉及到了鏡組設(shè)計、材料、組裝工藝、馬達(dá)設(shè)計幾個大方面，而這些我們也只能通過文字來進(jìn)行輕描淡寫，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攝像頭，而后直接使用數(shù)字裁剪來實現(xiàn)的變焦成像，高倍率的無損光學(xué)長焦攝像頭，才是獲得遠(yuǎn)攝高清畫質(zhì)的基礎(chǔ)和重點。

　　這也就意味著，當(dāng)你在尋找一個能拍遠(yuǎn)攝的手機(jī)時，不要簡單地去關(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)布的時候，華為就表示高倍數(shù)光學(xué)長焦攝像頭，是手機(jī)上實現(xiàn)變焦的最佳方法。為了進(jìn)一步在長焦遠(yuǎn)攝上進(jìn)行畫質(zhì)破，華為 P40 Pro+ 在上一代 P30 Pro 的 5 倍光學(xué)變焦?jié)撏�式攝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)傳感器的能力暫時還未能達(dá)到超越專業(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、對焦、變焦、功能都一直在拔高向?qū)�業(yè)相機(jī)靠攏。

　　手機(jī)廠商「一機(jī)走天下」的愿望最終會在這些突破下實現(xiàn)，但它并不是想取代專業(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，甚至記錄下在我們視線之外的畫面。

　　注：題圖為華為 P40 Pro