OPPO華為領跑手機鏡頭高倍變焦新革命
2019年04月04日10:33

  隨著人們對圖像和影像體驗的不斷追求,手機的拍照技術也在不斷演進。今天,智能手機的拍照功能已經飛速發展,配備了更多的功能。多攝、TOF 、3D鏡頭、OIS光學防抖、4K視頻拍攝以及出色的弱光拍攝能力,已成為當下旗艦智能手機主流新技術。

  時間進入2019年,智能手機拍照領域再次取得突破。隨著OPPO和華為以潛望式鏡頭結構將手機的光學變焦能力向著專業相機推進,新一輪的手機鏡頭產業創新浪潮再次襲來。

  然而,回溯手機拍照性能演進歷史,我們會發現,在20年的時間里,從最初手機拍照功能的啟蒙到手機廠商的像素大戰,從光學變焦的引入再到潛望式結構推開高倍光學變焦的創新大門,手機廠商與產業鏈玩家攜手艱難探索,一次又有一次地刷新著行業新標準。

  一、手機拍照技術的啟蒙階段

  世界上第一步部商用移動電話誕生於1983年,在誕生後的十多年時間里,手機的功能純粹單一。隨後,在Sharp、Sony等老牌電子企業的帶領下,手機經曆了一拍照技術的啟蒙階段。在這一時期,鏡頭產業鏈也處於發展的初期階段,手機上鏡頭的像素基本在百萬之下,拍出的照片極為不清楚,手機相機和數碼相機拍照效果相差懸殊。

▲世界上第一款內置鏡頭手機 SharpJ-SH04
▲世界上第一款內置鏡頭手機 SharpJ-SH04

  進入2000年,世界上第一款內置鏡頭手機才姍姍來遲。2000年日本Sharp公司推出了型號為J-SH04的手機,內置10萬像素以及256色屏幕,開啟了手機集成拍照功能的先河。然而,由於日本通信市場的封閉性,這款手機並沒有帶來巨大的市場反響。

▲Nokia7650
▲Nokia7650

  兩年後的2002年,第一代拍照手機開始在全世界廣泛登陸。中國市場中第一款拍照手機是Nokia的7650,這款手機的相機只有30萬像素,不過,當時的主流數碼相機的像素在300萬像素左右,整個鏡頭產業都處於初級階段。

▲Sony EricssonK750i
▲Sony EricssonK750i

  隨後,拍照手機便進入了高速發展階段,搭載100萬像素鏡頭的機型層出不窮。但這一階段,手機的拍照效果非常不如人意,雖然能夠進行拍照,但由於像素較低極為不清晰,也無法進行補光。直到2005年Sony Ericsson推出了K750i,集成200萬像素傳感器並首次集成了自動對焦系統和氙氣閃光燈,讓手機拍照體驗首次接近數碼相機。

  二、手機廠商掀起像素大戰,SonyNokia領頭亂鬥

  時間到了2004年,百萬像素照相手機爭霸賽是當時最熱門的科技消息,Sony和Nokia是這個時代的兩大霸主。Sony Ericsson搶先在全球發佈首款GSM標準的130萬像素照相手機S700,具有130萬像素和8倍數碼變焦能力,這款手機也成為了像素大戰的導火線。

  隨後NEC、Samsung、西門子、Motorola以及康佳、夏新、南方高科、海爾、波導、TCL、大唐、迪比特、聯想等等中外手機廠商紮堆投入到這場曠日持久的像素大戰中。

  之後的幾年,超高像素拍攝手機戰火不斷升級,200萬、300萬、800萬……高像素一度成為手機拍照水平的標尺。

▲Nokia808
▲Nokia808

  2012年像素大戰達到巔峰時期。其中,Nokia純景808手機鏡頭的像素更是達到了變態的4100萬像素,超過當時單反相機像素水平。當時單反相機十強中像素最高的Nikon D620,其傳感器像素也只有2426萬像而已。

  然而,手機拍照功能像素的高低並不是手機畫質更優的唯一變量。這種幾近瘋狂的像素大戰並沒有給手機的拍照體驗帶來多少提升,噱頭意外明顯。Nokia4100萬像素的成像素質也已證明離D620的效果還有很大差距。因此巔峰過後像素大戰不久便啞火了,手機拍照技術恢復注重用戶體驗的正確道路上來。

  三、手機迎來多鏡頭時代,iPhone雙攝引領變焦技術普及

  從2005年開始,手機廠商在光學變焦領域不斷探索,目的都是想提升手機拍照的性能,使其能像專業相機一樣,擁有卓越的拍照性能,雙攝方案的出現提供了一種新的思路。

  雙攝的方案大致可以分為三種,主副鏡頭搭配(虛化)、黑白鏡頭搭配(細節)和定焦鏡頭搭配(變焦),原理不同成像效果也不同。但底層思路都是通過物理上增加鏡頭數量獲得更多信息量,再通過計算合成的方式實現單個手機鏡頭無法實現的理想效果。

▲AppleiPhone 7 Plus雙攝方案
▲AppleiPhone 7 Plus雙攝方案

  儘管2014年HTC One M8是雙攝最早的代表,但直到AppleiPhone 7 Plus出現之後雙攝方案才迎來大範圍的普及。具體來講,Apple的方案是通過兩顆定焦鏡頭,實現“廣角+長焦”的雙攝方案,可以通過切換28mm廣角和56mm長焦鏡頭,利用算法實現了2倍無損變焦。其原理是將原有照片裁切後放大顯示,實際輸出局部的照片,雖然像素上會有嚴重的損失,但可以利用另一鏡頭數據信息進行插值補足。

▲首款後置三攝手機華為P20 Pro
▲首款後置三攝手機華為P20 Pro

  在雙攝方案已經成為業內標準之後,2018年華為P20 Pro又推開了三攝的大門,採用“彩色+黑白+長焦”的設計方案,支援5倍的混合變焦。其原理與先前的雙鏡頭方案異曲同工之處,不同鏡頭負責不同功能,最後合成出一張照片。

  此後,業內也相繼出現了不同三攝、多攝方案,Samsung推出後置四射手機A9s、Nokia甚至推出了後置五攝手機9 PureView…。。然而,現階段三攝方案剛開始走向市場,手機拍照性能沒有隨著鏡頭數量的瘋狂增加而有巨大飛躍。

  雙攝、多攝方案讓手機混合變焦能力不斷提升,但在光學變焦領域,眾手機廠商仍未衝破機身厚度限製,高倍光學變焦始終是一大產業難點。

  四、多攝+潛望式創新光變結構,OPPO華為開拓手機拍照新大陸

  智能手機軟件算法的發展催生了許多創新應用。一方面,濾鏡、美顏、虛化等功能開始內置在智能手機相機的原生應用中,手機攝影技術的發展也進一步降低了普通社會公眾攝影的門檻,催生廣大用戶的拍照需求。而另一方面,手機廠商們在極致拍照體驗上追求的步伐依然緊湊,在軟硬件上的創新不斷掀起產業熱潮。

  進入2019年,高倍光學變焦被業內玩家提上日常,OPPO和華為兩家更是成為先行探路者,紛紛創新式採用潛望式鏡頭結構,將手機變焦能力提升到新的水平,混合變焦能力更是大幅度提升。

▲OPPO潛望式鏡頭結構
▲OPPO潛望式鏡頭結構

  其實早在2017年,在世界移動通信大會MWC 2017上,OPPO就基於潛望式雙攝鏡頭設計發佈了5倍無損變焦技術,將光學防抖應用於最需防抖功能的長焦鏡頭。這種設計不僅使鏡頭在5倍變焦的情況下確保畫質無損,同時搭載該技術的手機還將擁有更薄的機身和更強的防抖性能,從而最終實現更清晰的成像質量和更好的拍照體驗。

▲網傳OPPO新系列Reno渲染圖
▲網傳OPPO新系列Reno渲染圖

  在MWC 2019上,OPPO再次展示了基於潛望式長焦鏡頭設計的10倍混合光學變焦技術及搭載該技術的手機,並實現了用手機拍攝16mm到160mm焦距光學變焦照片的能力。4月10日OPPO即將發佈的新產品系列Reno就將搭載此項技術實現真正的量產。

  而在此之前,業內主流手機多使用不同焦段的多鏡頭,通過在多個焦段的鏡頭中切換,實現了無損的光學變焦功能。這種變焦方案雖比以前的數碼變焦有很大提高,但仍局限於幾個固定的焦段,長焦最多也只有3倍左右。

  潛望式鏡頭結構與傳統的鏡頭排布不同,將原本豎著排放的鏡頭在手機內橫向排放,並以特殊的光學三棱鏡讓光線折射進入鏡頭組,實現成像,可以大幅度增加鏡頭的焦距。

  OPPO對長焦鏡頭進行重新設計,用一枚可運動的棱鏡來折射光線,將大體積的長焦模組橫向放置在機身內部。為了配合棱鏡模組的拍攝效果,OPPO將長焦鏡頭設計成了方形,並將該模組定製了“D-cut”光學鏡片,像是在圓形鏡片上平行切割了兩刀,讓長焦鏡頭模組的厚度降低,更加方便地塞入到輕薄的機身中。

  反射棱鏡採用玻璃材質,其在運動中的抖動問題是需要解決的一個重點問題。為此 ,OPPO專門設計了雙OIS防抖技術,不但能操控長焦鏡頭的反射棱鏡來補償抖動,還能操控主鏡頭的框架,讓整塊模組在x,y軸偏移,補償拍攝中的抖動。在雙重防抖設計的加持下,OPPO的10倍變焦相比此前的5倍無損變焦技術防抖能力提升了73%。

▲華為P30系列鏡頭
▲華為P30系列鏡頭

  3月26日,華為P30系列發佈並號稱是業內首個採用潛望式鏡頭結構的手機產品。其最亮眼的設計則是採用潛望式鏡頭結構,實現了5倍光學變焦、10倍混合變焦以及50倍最大數碼變焦,可以輕鬆地拍清月亮。

  從技術的角度看,OPPO和華為的潛望式結構的技術原理是一樣的,具體的區別在於關於反射棱鏡固定和防抖方案、棱鏡透光率等方面的技術差異。而從應用的角度上看,光學變焦範圍的提升,讓手機可以更加清楚地拍攝到遠處的物體,同時混合變焦的上限也進一步被提升了。

  從像素大戰再到潛望式光學變焦,智能手機的軟硬件創新不斷增強,應用體驗也更加豐富多元,用戶的拍照門檻不斷被降低。而隨著OPPO和華為等頭部手機廠商帶來的示範效應,用戶對手機拍照能力的期待也將提高,在尚未出現其他手機拍照技術提升路徑的現行階段,多攝+潛望式結構將成為新的產業趨勢。

  結語:智能手機行業拉開專業攝影大戰

  計算光學一直是消費電子的創新主戰場之一,像素升級、光學防抖、大光圈、多鏡頭,智能手機在光學領域不斷向前演進。如今,3D傳感正逐步取代指紋識別成為手機標配,三鏡頭和潛望式在雙攝的基礎上再次大幅提升拍照質量,新一輪的產業創新趨勢已經顯現。

  而進入2019年,智能手機的拍照性能和功能逐漸向相機更靠近,產業里圍繞“潛望式鏡頭”的產業創新也更加激烈。在OPPO和華為等先行者的帶動下,繼“全面屏大戰”、“AI芯片大戰”之後,智能手機領域將掀起新一輪的技術之戰。

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽