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发烧学堂:往手机里放光学变焦到底有多难

摄影界最拉风的时候莫过于公园里众大爷大妈一齐秀出他们的长枪短炮的时候,纵使平常在景区里你的智能手机轻便好用画质还不错最重要的是分享朋友圈又快又很难看出跟他们手里的单反拍出的有啥区别,但人家的主题一旦上。

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    摄影界最拉风的时候莫过于公园里众大爷大妈一齐秀出他们的长枪短炮的时候,纵使平常在景区里你的智能手机轻便好用画质还不错最重要的是分享朋友圈又快又很难看出跟他们手里的单反拍出的有啥区别,但人家的主题一旦上升到近可打鸟远可拍飞机,你就只能躲的远远的了……没错,尽管手机已经接管了无数数码产品甚至相机的功能,但长焦镜头的存在依然是越不过的坎儿。 

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发烧学堂:往手机里放光学变焦到底有多难

    说到变焦,就有必要给不怎么摄影的朋友区分下几个概念,变焦与对焦,光学变焦与数码变焦;这里就不再多扯焦距焦平面这样更加晦涩的概念了,简单来说“变焦”(以镜头拉远,即长焦为例)是管远近,也就是将远处的细小物体可以拍的与近处同样清晰,而“对焦”则是使画面变清晰的过程。

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    两者都涉及镜头组的移动,比较明显的是变焦过程,而且即便都是为了变焦,各家镜头移动的策略也不尽相同。具体到拍摄者的操作上,变焦需要比较明显的“拧变焦环”的动作,而对焦过程除了老司机、手动镜头以及故意追求全虚化效果的人来说,在如今已经几乎不需要人来操作,而是自动由对焦马达驱动镜头模组轻微移动来实现。

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变焦过程与镜头模组

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光学变焦不同焦距下能实现同样水平的画质

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对焦过程

    而智能手机上的主摄像头、也就是绝大多数情况下的后置摄像头早已实现了“自动对焦”的功能,单反相机那样的“对焦马达”也嵌入到了手机的摄像头模组当中,根据近年来出现在手机上的对焦技术的差异,比如激光、相位辅助、双像素等,对焦马达也有普通VCM音圈马达、闭环马达、中置马达等类型。

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音圈马达

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三星Galaxy Nexus的镜头模组分解(Voice Coil为音圈马达)

    所以,留给手机的问题就只剩“变焦”了。然而,简单的看过上面Leica镜头的拆解图和三星Galaxy Nexus的镜头目前已有的结构,你大概也能猜得到,之所以无法实现光学变焦功能,大多是因为手机的体积所限,毕竟与对焦过程相比,变焦涉及到的镜头移动范围非常之大,而目前普遍的主流手机整体厚度才6~7mm,即便可以像iPhone 6以后那样镜头模组凸出于机身,也并不容易将如此复杂的结构塞到半截小指头都不到的体积里。

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70-200mm F2.8镜头断面

    况且,目前诸如OIS光学防抖这样的功能变的越来越重要和普及,本来就受限的体积里还要为此容纳更多的机械结构;其次手机的主摄像头普遍拥有6片左右的镜头,而这在单反镜头当中大概要算最少最简单的镜片组成;第三单反上大光圈或恒定光圈与可变焦范围的矛盾对于越来越追求大光圈的智能手机来说同样无解……

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索尼外挂镜头

    当然你以为这样就会阻挡手机厂商们那颗摄影师的热心么?当然不,我们也不是没见识过为此推出的各类外形奇葩的产品,比如10倍光学变焦的三星Galaxy Zoom系列,比如潜望式镜头的华硕ZenFone Zoom系列,比如索尼QX100这样的外挂镜头,还有Moto Z那样的哈苏变焦摄影模块……

    无论是外挂还是整合到手机里,它们也始终没有跳出必须为此增大体积的窠臼,像索尼的伸缩镜头、Moto Z的哈苏模块以及三星Zoom干脆采用了最直接的伸缩镜头变焦,变焦比高达10倍左右的同时体积也十分显著,而华硕ZenFone Zoom没有这么激进采用的是类似索尼经典T系列卡片机的潜望镜式镜头结构,虽然机身体积增大并不明显,但变焦比也仅有三倍,现实就是如此残酷。

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    不像随身带个这么大块头的“光学变焦”手机的,也有蔡司等等镜头厂商专门为手机推出的长焦镜头,两三倍的还算靠谱,10倍以上的么……呵呵

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    即使是OPPO今年年初推出的“5倍光学变焦”,长焦镜头也是采用类似潜望镜的横置方式来实现,而且从渲染图并未看出机械结构的存在,我们不得不猜测1~5倍之间的光学变焦也是通过算法和裁切而非机械的镜组移动来实现。

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    除了光学结构这样的硬件实现之外,不少厂商也在用软件算法实现比“数码变焦”更好但实际仍不是“光学变焦”的变焦功能,为了宣传上给自己留后路,通常也不直接以光学变焦来标榜,而是双摄变焦、超清画质或者标称2000万像素而光变只能用1200万像素等等。

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2倍双摄成像原理

    至于无变焦情况下的1200万像素与2000万像素大小的照片,可以看做前者是1200万彩色与2000万黑白“超采样”压缩至1200万黑白(比如诺基亚808的将8个像素压缩成为一个pure像素)之后的合成,后者则是1200万彩色与2000万黑白直接合成。

    理论上选择2000万像素照片大小的情况下由于彩色镜头仅有1200万像素,最终合成的样片可能损失部分色彩信息,而选择1200万像素照片大小则并没有这样的问题,也是上图的三种情况当中理论画质最佳的状况。

    轻薄、大光圈这些未来趋势统统站在了光学变焦的对立面,因此短时间内还是不要期待手机能实现数倍的实质意义上的光学变焦功能,而双摄变焦与OPPO的5倍变焦倒是个软硬结合的不错的思路,虽然深追究下去中间的过程仍然会有不同程度上的画质损失,但至少会有算法补足,比以往单纯的插值带来的数码变焦更加对得起画质强迫症的追求。

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作者: dawei

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