光学变焦手机 2021年的智能手机，会实现真正的“变焦”吗？

众所周知，图像功能已经成为智能手机最受关注的功能点之一。这一方面反映了在网络速度越来越快、社交软件越来越便捷的背景下，用户的社交方式从简单的文字和语音转变为图像和视频的趋势；另一方面，“拍照手机”在市场上的普及直接推动了智能手机成像相关技术的快速发展。

千元机现在有一亿像素

比如2018年底到2020年底短短两年间，千元款的主要相机规格从1200万像素跃升到1.08亿像素，旗舰图像款的主流CMOS尺寸也从1/2.6英寸和1/2.3英寸“膨胀”到今天的1/1.56英寸甚至1/1.33英寸。更别提摄像头数量的增加了。毕竟两年前，谁会想到现在四个甚至五个摄像头已经“到处走”了？

但是如果我们告诉大家，智能手机在一个关键的成像技术上，很长一段时间都没有取得根本性的进步，甚至与过去相比有所退步，你能想出来这是什么吗？答案是缩放。

可能有朋友会说，两年前手机没有现在这么强的变焦能力。看看现在的产品，有几款60倍变焦和100倍超长变焦。这不是技术进步吗？

可惜不是，因为我们要讲的其实是智能手机“变焦”的实现方法。或者说，是“缩放”的本质原理。

主流的接力方案，其实问题多多

智能手机如何实现变焦拍摄？简单来说，主要有两个技术方案。

首先是最主流的“多摄像头接力变焦”。简单来说就是给智能手机配备多个不同焦距的摄像头模块，然后在它们之间进行切换，达到“变焦”的效果。

例如，假设一部手机有三个摄像头，其中主摄像头是一个焦距为25毫米的广角，第二个摄像头是一个焦距为16毫米的超广角，第二个摄像头是一个焦距为50毫米的长焦。然后，通过切换镜头，这个模型可以实现16毫米、25毫米和50毫米三种焦距的“变焦”。

但结果是，问题出现了。首先，如果用户恰好想用一个位于这三个焦距之间的焦段，如何满足Ta？

答案很简单，就是用一个焦距较低的镜头和一个数字放大的算法实现的。比如对于20mm的焦距，这个例子中的模型通常切换到16mm的超广角子相机，然后按一定比例放大画面；对于35mm的焦距，用25mm的主摄像头，然后放大画面。

与纯光学变焦相比，数码变焦中图像质量的损失非常严重

众所周知，数码变焦算法，或者说“数码变焦”，会造成明显的画面丢失。所以对于常见的“接力变焦”，厂商往往会在相机界面设置几个焦距固定的按钮，对应几个镜头原来的焦距。为了让用户尽可能少的使用中间焦距，从而避免中间焦距放大损失的问题。

大部分手机的副摄像头相对于主摄像头都会有不同程度的缩小，旗舰也不例外

其次，就像我们刚才说的，对于今天绝大多数的智能手机产品来说，只有主摄像头的CMOS尺寸和镜头材质是最好的，而超广角、长焦等子摄像头会有所收缩。这意味着一旦使用变焦功能，即使不在中间焦距，中继变焦也不可避免的会出现画质下降的问题。

新兴的大底算法方案，也并不能做到完美

既然“接力变焦”存在一些问题，比如子图像质量降低，中间聚焦段数字放大损失，那么有没有可以解决这两个缺点的变焦方案？

不用说，真的有。这是三星今年早些时候在Galaxy S20/S20+上带来的“大底融合变焦”。

如果你注意一下这两款三星的相机设计，你可能知道他们使用的是非常特殊的主相机和辅助相机的组合。一方面，Galaxy S20/S20+的主摄像头是1/1.7英寸，1200万像素的高速对焦传感器，广角镜头26mm另一方面，它们都使用1/1.7英寸、6400万像素的高像素传感器，广角镜头为28毫米。

你发现了吗？是的，与传统的“接力变焦”设计不同，Galaxy S20/S20+的“长焦子相机”与主相机尺寸相同，像素高于主相机。而他们的“长焦子相机”在物理上根本不是长焦，因为它的焦距只比主相机多2mm。

这样的话，就意味着对于Galaxy S20/S20+来说，他们所谓的“变焦”其实是基于主辅摄影融合，AI计算，辅摄影底部高像素切割的“算法”效果。

但由于三星特殊的变焦设计，子相机本身的CMOS规格远高于业界常规方案。即使是通过算法实现的变焦效果，在DxOMark的评分系统中，比如Galaxy S20+的变焦评分就远远领先于使用小底低像素子相机+真双焦距镜头的Galaxy S10+和iPhone 11 Pro Max(74分)。从结果理论上也可以看作是证明了这种非常规设计的有效性。

而且由于Galaxy S20/S20+的长焦端在整个过程中本质上是基于算法实现的，所以可以避免传统的“接力变焦”在特定焦距处图像质量较好，而在其他焦距处图像质量较低的使用体验。

但是，即使双鞋底的融合变焦可能比常规的接力变焦放大效果更好，但仍然不是最好的变焦方案。因为无论底部有多大，像素有多高，融合后的图像都会随着放大而逐渐变小，因为没有真正的光学变焦镜头。

真正的连续光学变焦，会在明年复兴吗

说了这么多，什么样的设计才能真正做到连贯拍摄变焦，并且在变焦过程中画质永远不会变淡？很简单，就是“连续光学变焦”设计。

所谓连续光学变焦，顾名思义就是直接用一台潜望镜相机配多套真光学变焦镜头，实现从广角端到长焦端的整个变焦过程。

在这个过程中，CMOS不进行切换，所以不会出现“子相机”的规格相对于主相机缩小而导致画质下降的情况。基本上不需要额外的缩放算法，所以图片的分辨率原则上可以始终保持一致，以达到最佳的缩放图像质量性能。

这是照相机吗？不，这是一部手机

最重要的是，“连续光学变焦”根本不是最新的设计。很多年前就出现在手机行业了。早在2007年，索尼爱立信就推出了500万像素内置三倍潜望镜防抖光学变焦、变焦范围4.5-13.5mm、可变光圈F2.8~F5.4的照相手机SO905iCS，当然不是智能手机，但充其量也算是第一款开了潜望镜变焦的照相手机。

2015年，华硕与日本光学制造商HOYA合作，成功将一款具有三倍长焦倍率和OIS光学稳像兼容性的10片连续变焦潜望镜光学镜头插入安卓手机。不仅远比目前主流智能手机镜头复杂，而且是第一款无需算法辅助实现1 ~3倍焦距连续可变光学变焦的Android机型。

华硕当时为Zenfone Zoom定制了10片连续变焦镜头模组

某种程度上可以说智能手机的“真光学变焦”设计已经有了现成的方案。不过这种对画质确实不错的设计后来普遍没有跟进的原因，很可能是因为害怕它的成本和机身的厚度，另一方面，很可能是摄像头越多越显得唬人。

好在随着消费者对智能手机成像能力的需求，已经从“镜头多”和“像素高”逐渐回归到画质和拍摄体验的本质，手机厂商似乎也终于做好了相应的准备。

首先，今年年初，vivo推出了一款名为APEX 2020的概念手机。配有两个摄像头，其中一个配有vivo开发的微云台摄像头，另一个是采用连续光学变焦设计的长焦镜头。显然，微PTZ有刚刚发布的X50 Pro和X60系列两代量产产品，让我们不禁要问vivo什么时候要量产连续光学变焦镜头。

其次，2020年7月，证券分析师郭明皮预测，未来苹果至少会有一款iPhone机型配备潜望镜光学变焦设计。更重要的是，早在2015年，一项曝光设计专利显示，苹果已经掌握了一些与连续光学变焦镜头相关的技术，甚至完成了潜望镜镜头的光学防抖相关设计。只是因为这个设计的一些关键部分遇到了无法规避的专利障碍，所以iPhone一直无法摆脱中继光学变焦设计。

苹果连续变焦镜头结构设计专利

据外媒DigiTimes公布的一份报告显示，苹果似乎终于决定采用更好的连续光学变焦设计，取代现有的多摄像头变焦方案。为了实现这一点，他们会寻求三星、LG等厂商的授权，或者通过OEM服务绕过专利限制。

相关资料显示，至少vivo和苹果有能力复兴连续光学变焦设计，并且正在为此做准备。考虑到他们在行业中的地位，我们可以预计智能手机变焦设计的新一波变革即将到来。

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