趁着华为P40系列的热乎劲 聊一聊变焦手机的发展史

CFan 电脑爱好者 2020-03-27 10:53产品 标签:光变 华为 发展史 手机

昨晚华为正式发布了P40、P40 Pro及P40 Pro+三款5G旗舰手机,它们分别配备了徕卡三摄、徕卡四摄及徕卡五摄,将手机拍照及摄像功能推向更高境界。

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除了喜闻乐见的麒麟990 5G移动平台外,华为P40系列都武装了5000万像素的超感知主摄(传感器尺寸为1/1.28英寸,RYYB结构,单像素面积1.2um,四合一等效2.4um),P40 Pro还加入了一颗支持5X光学变焦的潜望式镜头,而P40 Pro+更是首发全球第一款支持10X光学变焦的潜望式镜头。

P40 Pro

P40 Pro的镜头矩阵参数

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P40 Pro配备支持5X光学变焦的潜望式长焦镜头

P40 Pro+1

P40 Pro+的镜头矩阵参数

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P40 Pro+配备支持10X光学变焦的潜望式长焦镜头

如果不出意外,P40 Pro+将成为Android手机史上拍的最远,看的最清晰的手机。

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借此机会,咱们不妨就来回顾一下手机领域变焦镜头的发展史,看看它们是否越拍越清晰的。

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数码 光学 混合 了解变焦中的技术流派

所谓“变焦”,用最通俗的理解就是使光学设备(相机、望远镜等)能够捕捉更远处的画面,在数码相机领域的变焦通常是依靠光学镜头的物理结构实现的。

而在智能手机领域,变焦则可被细分为数码变焦、混合变焦和光学变焦三大技术流派。

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数码变焦

打开相机APP,当我们用两指点触屏幕并逐渐向两边移动,就能看到取景画面不断变大,这个过程就是数码变焦。数码变焦的背后原理是将图片内的每个像素面积增大,相当于在后台进行了一次局部剪裁,并对剪裁下来的画面进行放大显示。

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因此,数码变焦会因分辨率的降低而出现较为明显的颗粒感,数码变焦的倍数越大,马赛克问题就越严重。为了弥补这一问题,很多手机会在相机APP中引入软件插值算法,尽量弥补细节的缺失。但是,这种软件层面的优化通常只对3X以内的数码变焦有效,变焦倍数再高就没有意义了。

光学变焦

理论上,光学变焦是通过镜头内镜片的物理位移来放大或缩小需要拍摄的景物,变焦倍数由镜头、物体和焦点三方的位置而定。但对智能手机而言,所谓的“光学变焦”大都是由一款固定焦距的长焦镜头实现的(以2X和3X的长焦镜头最为常见),从1X到2X之间是由主摄进行数码变焦,只有2X模式下才会切换到长焦镜头进行“光学变焦”拍摄,而超过2X的变焦则又会转为数码变焦模式。

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因此,一款手机要想实现更大的光学变焦拍摄能力,就需要不断优化长焦镜头的内部结构,让它在保持轻薄设计的前提下支持更长的焦段。需要注意的是,如果手机没有给长焦镜头添加OIS光学防抖能力,在光线不足的情况下进行变焦拍摄时,有可能是用主摄的数码变焦模式代替,只有光线足够好时才能切换到长焦镜头工作。

混合变焦

混合变焦是智能手机专属的变焦技术,它通常适用于采用超高像素摄像头,或是配备两颗或更多摄像头阵列模组的产品。混合变焦的基本原理是在一颗镜头进行数码变焦的基础上,再由其他镜头拍摄取景,用来补充变焦后所丢失掉的细节,其最终成像的效果介于数码变焦和光学变焦之间。

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为了便于宣传,混合变焦在业内还有一个别称,即“无损变焦”。随着越来越多手机标配专用的长焦镜头,当它与主摄或其他辅摄联合成像时,又出现了所谓的“混合光学变焦”技术。

温故而知新 回顾变焦手机的发展

自从手机和摄像头联姻之后,其就一直试图可以拍摄更清晰的远方风景,而提供光学变焦能力就是实现上述目标的捷径。下面,我们就来回顾一下配备变焦镜头手机的发展脉络。

2004年5月:夏普V602SH

第一款支持光学变焦的手机

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夏普V602SH采用了独特的翻盖旋屏式设计,通过旋转可以把2.4英寸主屏作为取景器。其内置的202万像素CCD镜头支持2X光学变焦,可以拍摄最大分辨率为1600×1200像素的照片。2005年,夏普还推出了这款手机的升级版,拥有320万像素且支持2X光学变焦的V903SH。三星也于同年推出了型号为M339的手机,后者采用了滑盖键盘的设计,配备320万像素且支持3X光学变焦的镜头。

2006年7月:诺基亚N93

第一款支持3X光学变焦的准智能手机

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诺基亚N93/N93i采用了类似DC的旋转屏幕设计,并在转轴内部嵌入了一颗由卡尔蔡司认证,可实现3X光学变焦的320万像素摄像头,同时还支持20倍数码变焦和30帧每秒的480P视频录制。由于N93预装的是塞班系统,所以我们可将其视为“准智能手机”,可玩性较早前的变焦手机好上不少。

2013年6月:三星Galaxy S4 Zoom

第一款支持10X光学变焦的手机

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我们可以将Galaxy S4 Zoom视为一款可以打电话的数码相机,该产品配备了一个1600万像素长焦镜头,支持10X光学变焦、OIS光学防抖和氙气闪光灯,拍照性能直追入门级的卡片式DC。可惜,S4 Zoom厚度达到了27mm,而且拍照时耗电量极高,经过Galaxy S5 Zoom和Galaxy K Zoom两次迭代更新后就退出了历史舞台。

在手机发展的历史上,采用和Galaxy S4 Zoom类似变焦镜头的手机还包含功能机时代的代表有三星SCH-M339、SCH-V770、天语C700等;而智能机时代则以三星M8920、LG L-03C和Altek A14 Leo为主。

2013年9月:索尼QX10/QX100

适用于手机的外挂式变焦镜头

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为了让智能手机实现光学变焦拍摄的能力,索尼在这一年推出了QX系列外挂镜头,它能通过Wi-Fi和智能手机连接,并利用伸缩式支架固定在手机背后,带来类似专业数码相机的使用体验。其中QX100采用了2020万像素背照式CMOS传感器,拥有等效28mm~100mm卡尔蔡司大光圈镜头,其理论素质和同期的RX100 M2相同。2015年,OPPO也推出了类似的外挂镜头O-lens1,可惜此类设备售价较高,实际拍照效果还是不如专业相机,因此并没能成为市场上的主流。

2015年12月:华硕ZenFone Zoom

第一款配备潜望式变焦镜头的手机

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这款产品外号“鹰眼”,其最大的特色就是在11.95mm的机身厚度内实现了3X光学变焦的能力。ZenFone Zoom第一次在智能手机领域带来了潜望式镜头结构,并在里面塞进了10枚镜片,并支持4级光学防抖OIS功能,结合专业级的SmartFSI图像传感器,在当年堪称手机中的数码相机。可惜,该产品搭载了非主流的英特尔Atom处理器,性能和兼容性方面表现一般。

2016年6月:MOTO Z和哈苏模块

可以瞬间变身卡片相机的手机

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联想MOTO Z是主打纤薄设计的Android旗舰家族,最大特色就是支持Moto Mods模块。其中,哈苏摄影模块就是帮助MOTO Z获得媲美专业卡片相机的配件,它包含一个支持10X光学变焦的1200万像素镜头、疝气闪光灯、内置电池以及独立快门和电源按钮。问题是,哈苏摄影模块自身的厚度为15.1mm,和手机结合后无论是厚度还是重量都将严重超标,而该模块昂贵的售价也制约了MOTO Z系列手机的销售。

2016年9月:苹果iPhone 7 Plus

树立光学变焦手机的标杆

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iPhone 7 Plus除了具备当年最强的硬件性能以外,它最大的特色就是首次带来了广角镜头+长焦镜头的组合,后者可以实现硬件级的2X光学变焦拍摄能力。此后,长焦镜头就慢慢成为了高端智能手机的标配,也是能让手机清晰记录更远处风景的基础保障。

可惜,苹果虽然通过iPhone 7 Plus推开了(超薄型)智能手机光学变焦的大门,但在这一技术的优化升级方面却逐渐落于下风。就在iPhone 11 Pro Max依旧保持2X光学变焦不变的今天,Android手机却已经进化到了5X起步的光学变焦了。

2019年至今:潜望式镜头的爆发

2019年初,OPPO Reno十倍变焦版和华为P30 Pro带来了全新设计的潜望式长焦镜头模块,原生支持5X光学变焦。和早前ZenFone Zoom的潜望式“变焦”镜头相比,它们属于潜望式“定焦”镜头,并非通过镜头内镜片的物理位移实现的变焦,原生焦距是多少,就只能拍摄多远的风景。随后,vivo X30 Pro、Galaxy S20 Ultra、OPPO Find X2 Pro和华为P40 Pro系列先后列装这种结构的镜头,在可预见的未来,潜望式长焦镜头有望将成为高端手机的标配。

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