潜望式镜头将如何提升iPhone的变焦能力

Lough

2021 年 04 月 06 日


在如今智能手机的相机大战中,苹果公司尚未进行创新的一个领域是光学变焦,也就是使用所谓的“潜望式镜头”。多年来,智能手机厂商一直努力为消费者提供最佳的用户体验,其中一部分体验就在于摄影。这些年来,相机传感器的改进提高了照片的分辨率,也提升了其在弱光下的表现,并带来了光学防抖系统。另外,算法也起到很大的作用,其中板载算法和多个摄像头的使用可以生成质量更高的图像。然而,还有一个问题一直困扰着智能手机厂商——提高光学变焦能力。

空间,或者说空间的缺乏
智能手机厂商必须解决的关键问题是,使相机镜头能够实现光学变焦,不仅需要镜头,还需要空间。对于提供变焦级别范围(通常称为焦距)的相机镜头来说,镜头元件必须能够移动,这就需要占用更多的空间。
问题就来了,智能手机往往没有这么多内部空间。智能手机的平均厚度只有8毫米左右,iPhone 12 Pro的厚度甚至只有7.4毫米。这本身就不是一个很大的空间,而且这个空间还必须与其他组件共享。外壳、显示器组件以及其他任何部件都会占据一部分厚度,只给摄像头传感器留下了有限的空间。苹果的确通过增加摄像头凸起的厚度来使空间最大化,但这并没有什么太大的用处,在传感器顶部的镜头组件根本没有任何空间可供组件移动。
为了解决这一需求,智能手机厂商在手机背面使用多个摄像头,配备不同的镜头组件,从而覆盖长焦、广角和超广角图像。通过切换正在使用的传感器,以及该传感器正在使用的镜头,手机就可以改变变焦水平。同时,为了给用户提供某种形式的可调变焦,手机厂商用数字变焦来增强光学变焦。其原理就是操作传感器裁剪照片,然后调整图像的大小,以满足用户预期的分辨率。
虽然这些做法足够有用,并且让用户可以使用一系列的焦距,但这并不是一个很好的解决方案。因为问题仍然存在:如何增加高质量的光学变焦。

早期增强变焦的尝试
一些早期的智能手机设法通过几种方式解决这个问题,取得了不同程度的成功。
诺基亚Lumia1020选择了比较简单的方式,使用了一个巨大的传感器。其4130万像素的传感器使其在2013年发布时拥有巨大的优势,相比单纯的光学变焦,Lumia1020可以利用其纯粹的分辨率,简单地从传感器中裁剪图像,最终使图像与用户想要的变焦水平相匹配。
另一个方法则是从小型相机借用经典的变焦机制。同样是在2013年推出的 Samsung Galaxy S4 Zoom,配备一个镜头可以从机身伸缩出来的摄像系统,可以改变镜头元件的位置,并允许扩展光学变焦。虽然该系统效果不错,在1600万像素的传感器上提供了10倍的光学变焦,但却付出了美学代价。消费者想要的是更薄的智能手机,而不是带有智能手机功能的紧凑型相机。

潜望式镜头面世
“潜望式镜片”是通过利用光线的反射来增加镜片在受限区域内的空间。这与潜艇潜望镜的原理有些相似,但纯粹是为了改变智能手机内的光路。
与其简单地将摄像头传感器直接指向智能手机的背面,不如将传感器侧放在智能手机的剩余空间内。虽然厂商对智能手机的整体厚度并不能做太多的调整,但他们可以管理其内部组件,为摄像头传感器提供更多的横向内部空间。由于该系统可以在传感器和反射元件之间产生空间,这意味着使用不同镜头元件的自由度比一般智能手机的相机更高。你可以将其想象成单反相机的变焦镜头,通过改变镜头的长度来改变焦距,潜望式镜头在可用空间受限的情况下也能做出类似的壮举。

最初的商业化
苹果当然不会是第一个提供潜望式镜头的智能手机厂商,因为它的一些竞争对手已经推出了使用这种技术的智能手机。
华为是第一批推出采用潜望式镜头的公司之一,P30 Pro配备了市场上被称为超级变焦镜头的镜头。这就使手机能达到华为所宣传的10倍混合变焦,并宣称可以拍摄一些50倍变焦的图像。然而,华为的做法并不完美。P30 Pro配备了4000万像素的广角镜头和2000万像素的超广角镜头,而折叠式镜头使用的传感器分辨率仅为800万像素。为了达到10倍混合变焦的效果,华为将800万像素的潜望式镜头的图像与4000万像素镜头的裁剪图像结合起来,创建了一个高度清晰的10倍图像。50倍变焦则更大程度上依赖于数字变焦技术,包括裁剪和图像放大。
苹果的主要竞争对手三星在2020年2月推出了自己的Galaxy S20 Ultra。被称为“空间变焦”的潜望式镜头与4800万像素的传感器相结合。这一次,该系统能够实现4倍光学变焦、10倍“无损耗混合光学”变焦以及100倍数字变焦。这两款手机展示了使用潜望式镜头的潜力,在不牺牲手机外观造型的前提下,潜望式镜头的光学变焦功能比普通智能手机要好得多。

iPhone会用上潜望式镜头吗?
目前看来,苹果似乎不会为下一代iPhone配备潜望式镜头,但应该也不会等太久。分析师郭明錤在2020年11月的一份报告中提出,苹果将在2022年的iPhone 上使用潜望式镜头。然而,到了2021年3月,郭修改了预测,认为搭载潜望式镜头的iPhone将在2023年首次亮相。
除了分析人士的猜测,也有报道称苹果正在为未来的iPhone配置潜望式镜头做准备工作。2020年11月,有报道称苹果正在为未来的iPhone机型寻找“折叠相机”供应商。到2020年12月,有报道指出,苹果现有的相机合作伙伴LG InnoTek可能会利用三星的驱动器和镜头创造折叠相机模块,这些模块将用于未来的iPhone机型。
所有的迹象都表明苹果公司将来会在某种程度上采用潜望式镜头,至于苹果什么时候会使用这一组件,以及能把这项技术推广到什么程度,还有待观察。但毫无疑问,随着摄影算法的进步以及放大倍数的增加,潜望式镜头会将iPhone的摄像体验推向新的高度。

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