手機(jī)狙擊DC的終極必殺技

如今，越來越多的用戶出游時(shí)再也不會(huì)攜帶卡片式DC。原因很簡(jiǎn)單，在光線較好的環(huán)境里，智能手機(jī)的拍照效果已經(jīng)無限接近了DC。

但是，當(dāng)我們拍攝遠(yuǎn)距離物體時(shí)，手機(jī)的成像效果依舊會(huì)被DC秒殺。

想徹底逼迫DC下崗，手機(jī)還需學(xué)會(huì)名為“光學(xué)變焦”的終極必殺技。

向數(shù)碼相機(jī)宣戰(zhàn)的手機(jī)

16年前，夏普第一次讓手機(jī)與攝像頭“聯(lián)姻”，推出了世界上首款拍照手機(jī)：J-SH04（圖1）。雖然J-SH04的攝像頭只有11萬像素，但它卻開創(chuàng)了人們用手機(jī)（攝像頭）記錄生活中點(diǎn)滴記憶的先河。如今，手機(jī)攝像頭的像素值早已突破了4100萬大關(guān)，并憑借可隨時(shí)利用APP編輯美化和在互聯(lián)網(wǎng)端分享的特性，不斷蠶食著本屬于數(shù)碼相機(jī)的生存空間。每逢節(jié)假日的旅游景區(qū)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)80%以上的游客都會(huì)使用手機(jī)拍照攝影，而余下的15%則是扛著“長(zhǎng)槍大炮”（單反）的專業(yè)戶，卡片式DC生存的艱難可見一斑。

難以逾越的鴻溝

如果你再仔細(xì)觀察一下，那些用戶手中的卡片式DC還有一個(gè)共性：大都具備10倍～30倍的光學(xué)變焦能力（圖2），可以清晰地記錄下更遠(yuǎn)距離的風(fēng)景。反觀我們手上的手機(jī)，哪怕它有著動(dòng)輒2000萬級(jí)別的攝像頭，其最終的成像效果會(huì)隨著取景框畫面的放大而出現(xiàn)跨越性的縮水。作為數(shù)碼相機(jī)最關(guān)鍵的特點(diǎn)——“光學(xué)變焦”的缺失，讓手機(jī)始終無法直面長(zhǎng)焦卡片機(jī)的挑戰(zhàn)，“望洋興嘆”于遠(yuǎn)處的美景。究其原因，則是手機(jī)與傳感器的物理結(jié)構(gòu)限制決定的。

輕薄，是時(shí)下智能手機(jī)的發(fā)展方向。而輕薄手機(jī)攝像頭專用的傳感器，也自然要以輔助手機(jī)“瘦身”為己任。問題來了，只有指甲蓋大小、5mm左右厚度的傳感器里不可能容納復(fù)雜的物理機(jī)構(gòu)（圖3），也就是沒有可供光學(xué)鏡片移動(dòng)的空間和軌道，進(jìn)而與光學(xué)變焦絕緣。

雖然很多手機(jī)廠商主打攝像頭內(nèi)會(huì)塞進(jìn)更多的光學(xué)鏡片（圖4），但它們的作用只是用于增加透光率、改善畫質(zhì)，和光學(xué)變焦沒有半毛錢關(guān)系。為了讓手機(jī)獲得光學(xué)變焦的能力，催生了與其相關(guān)的周邊外設(shè)，比如，套在手機(jī)攝像頭上面的外置變焦鏡頭（圖5）、可通過Wi-Fi與手機(jī)相連并套在手機(jī)上的無線攝像頭等等（圖6）。

然而，讓手機(jī)像單反一樣“架設(shè)大炮”顯然有違其移動(dòng)性的初衷，也因此外置鏡頭只是小眾用戶的玩物。那么，以輕薄安身立命的手機(jī)就真的與光學(xué)變焦無緣了嗎？

光學(xué)變焦的先行者們

實(shí)際上，手機(jī)的“前輩們”始終在嘗試融入光學(xué)變焦鏡頭的道路上艱難前行中，并逐漸衍生出了“內(nèi)伸縮式”、“外伸縮式”（這兩種又統(tǒng)稱為“沉胴式鏡頭”）和“潛望式”三種形態(tài)。

“內(nèi)伸縮式”鏡頭

顧名思義，“內(nèi)伸縮式”就是將光學(xué)鏡片位移的軌道隱藏在整個(gè)攝像頭模組內(nèi)，在進(jìn)行光學(xué)變焦的過程中鏡頭不會(huì)凸出。遺憾的是，現(xiàn)有技術(shù)很難將這類整體伸縮的結(jié)構(gòu)密封在太小的空間里（至少要20mm厚），如何將碩大尺寸的攝像頭模組塞進(jìn)手機(jī)，對(duì)廠商的設(shè)計(jì)實(shí)力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，“內(nèi)伸縮式”攝像頭僅在功能機(jī)時(shí)代曇花一現(xiàn)，最具代表性的產(chǎn)品就是諾基亞N93/N93i（圖7），它別出心裁地將支持3倍光學(xué)變焦的“內(nèi)伸縮式”攝像頭設(shè)計(jì)在了轉(zhuǎn)軸部位。至于代價(jià)，則是猶如小型DV的臃腫體積，以及嚇退普通消費(fèi)者的“天價(jià)”。除了N93系列，夏普V903SH和V903SH也武裝過這種攝像頭，只是它們的知名度沒有諾基亞那般響亮而已。

“外伸縮式”鏡頭

“外伸縮式”鏡頭是卡片式DC最常用的光學(xué)變焦結(jié)構(gòu)，在未開機(jī)或未打開相機(jī)程序時(shí)，鏡頭筒隱藏在手機(jī)上的套筒內(nèi)，開機(jī)拍攝時(shí)鏡頭才會(huì)探出與機(jī)身一體的套筒，并隨著變焦調(diào)節(jié)進(jìn)行機(jī)械上的前后位移。由于這種形態(tài)的鏡頭模組需要復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)和馬達(dá)等單元，在體積上比“內(nèi)伸縮式”鏡頭還要夸張很多。因此，無論是功能機(jī)還是現(xiàn)在的智能機(jī)，“外伸縮式”變焦手機(jī)都是非常小眾的存在。其中，功能機(jī)時(shí)代的代表有三星SCH-M339、SCH-V770（圖8）和天語C700等；而智能機(jī)時(shí)代則以三星M8920、LG L-03C（這兩款其實(shí)只能算是準(zhǔn)智能機(jī)）、Alteck A14 LEO等。

最近幾年，唯有三星還在“外伸縮式”變焦領(lǐng)域耕耘，Galaxy S5 Zoom和Galaxy K Zoom則是知名度最高的拍照手機(jī)（圖9）?？上В琙oom系列的Galaxy不僅體積堪稱巨無霸，在配置方面也要落后同期Galaxy機(jī)型很多。

“潛望式”鏡頭

“潛望式”鏡頭最早的初衷是幫助卡片式DC進(jìn)一步瘦身，它將變焦鏡頭所需的深度轉(zhuǎn)為垂直或橫置方式，從而達(dá)到縮減機(jī)身厚度的目的?！皾撏健焙汀皟?nèi)伸縮式”結(jié)構(gòu)類似，在變焦的過程中鏡頭并不向外伸出，而是通過鏡片在內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)達(dá)到變焦目的。理論上講“潛望式”鏡頭是手機(jī)的絕配，只是歷史上只有索尼愛立信時(shí)期的SO905ics采用了這一鏡頭技術(shù)，而其體積也足以媲美卡片式DC（圖10），也沒能掀起什么風(fēng)浪。

“潛望式”的新旅程

在追求輕薄的智能手機(jī)時(shí)代，“潛望式”鏡頭終于隨華碩最新的Zenfone Zoom迎來了“第二春”，這款11.95mm厚度的產(chǎn)品也因此成為了全球最薄的支持3倍光學(xué)變焦的智能手機(jī)。在產(chǎn)品宣傳頁上，Zenfone Zoom突出了“10枚HOYA鏡片”這一特點(diǎn)（圖11）。那么，在相對(duì)纖薄的機(jī)身里，它又是如何塞進(jìn)了如此之多的鏡片呢？要知道，其他智能手機(jī)的攝像頭鏡片只有5片～6片而已。

這就是潛望式鏡頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)單來說，ZenFone Zoom采用了HOYA的三倍光學(xué)變焦鏡頭，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次反射（圖12），并把鏡頭的每一片鏡片削成D字形（而不是傳統(tǒng)鏡片的圓形），進(jìn)一步削減了鏡頭模塊的厚度。

如果說“內(nèi)伸縮式”和“外伸縮式”變焦鏡頭占用的是縱向空間，那ZenFone Zoom所用的“二次反射潛望式鏡頭”就需要更多橫向空間的支持了。因此，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這款手機(jī)的攝像頭模塊采用了長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的10枚鏡片則呈“凹”字排列，凹字兩個(gè)頂點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)鏡頭和傳感器，而中間下凹的橫線處則排列著可橫向位移實(shí)現(xiàn)變焦的光學(xué)鏡片，這些鏡片則通過邊緣的兩次折射最終讓畫面得以“傳輸”（圖13）。

為了精準(zhǔn)控制變焦時(shí)鏡片移動(dòng)的距離，以及優(yōu)化成像算法，ZenFone Zoom的攝像頭模塊還包括集成多顆芯片的控制模塊，并通過電路排線與攝像頭模塊相連（圖14）。如此復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)，注定要占用5倍～6倍傳統(tǒng)手機(jī)攝像頭的空間（圖15）。因此，ZenFone Zoom在變焦手機(jī)中屬于輕薄之冠，但與同尺寸的普通智能手機(jī)相比就略厚實(shí)了。還好，該產(chǎn)品背部采用了曲線設(shè)計(jì)，邊框部分的厚度只有5mm，握起來還是比較舒服的。

那么，光學(xué)變焦和數(shù)碼變焦的拍照效果到底有多大差距呢？我們以ZenFone Zoom（1300萬光學(xué)變焦）和華為Mate8（1600萬像素?cái)?shù)碼變焦）為例，在自動(dòng)拍照模式下以最大倍數(shù)變焦拍攝玩偶，并將玩偶發(fā)絲部分放大到100%進(jìn)行比較（圖16）。通過對(duì)比可見，經(jīng)數(shù)碼變焦放大拍攝的照片細(xì)節(jié)損失嚴(yán)重，而光學(xué)變焦的細(xì)節(jié)保存相對(duì)完好，可以清晰看到發(fā)絲紋路。而這，就是光學(xué)變焦為手機(jī)帶來最顯著成像效果的改善。

需要注意的是，光學(xué)變焦技術(shù)只能提高鏡頭清晰記錄遠(yuǎn)距離物體的能力，如果拿ZenFone Zoom和Mate8在不變焦的情況下比拼拍照效果，后者的效果反而要在ZenFone Zoom之上?，F(xiàn)階段影響手機(jī)拍照效果的因素主要還得看傳感器型號(hào)和對(duì)焦技術(shù)。相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參考本刊2015年12期《像素說明不了問題 手機(jī)攝像頭如何拍出好照片》和2015年17期《抓住轉(zhuǎn)瞬即逝的機(jī)會(huì) 淺談手機(jī)的對(duì)焦技術(shù)》這兩篇文章。

改善變焦成像的其他手段

受限于光學(xué)變焦鏡頭的成本和（占用）空間缺陷，注定絕大多數(shù)手機(jī)沒有機(jī)會(huì)享用。因此，不少?gòu)S商開始另辟蹊徑，通過其他軟硬件結(jié)合的手段，讓傳統(tǒng)尺寸攝像頭模塊也能改善數(shù)碼變焦的成像效果。比如，為手機(jī)武裝雙攝像頭，并通過軟件算法彌補(bǔ)數(shù)碼變焦帶來的畫質(zhì)損失；谷歌申請(qǐng)的Alvarez鏡頭專利（MEMS）在傳統(tǒng)大小攝像頭內(nèi)融入了兩個(gè)不同厚度的板塊，通過折射實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦功能；國(guó)外DynaOptics工作室也提出了一種有利于手機(jī)攝像頭模組瘦身的光學(xué)變焦結(jié)構(gòu)。

此外，像諾基亞從Nokia 808引入的“純景PureView”技術(shù)（圖17），以及OPPO手機(jī)等品牌提出的“超清畫質(zhì)”技術(shù)，它們也是基于軟件算法提升變焦效果的手段。以“超清畫質(zhì)”技術(shù)為例，它是通過一次拍多張照片，通過算法將圖片中細(xì)節(jié)豐富的地方進(jìn)行還原，再合成為一張5000萬像素的圖片。