常说手机相机当望远镜，这背后有哪些不为人知的黑科技呢？

时间：2020-04-30 06:21:56 来源：作者：网络

　　自从功能机时代起，手机就有了拍照功能。随着技术的进步，所呈现的成像质量也是越来越好。进入智能机时代，随着手机厂商铺天盖地的广告和随处可见的评测，大家也都知道像素、光圈、焦距等等这些摄影的专属名词，同时也知道这些参数会对最终成像产生什么影响。

手机拍照

　　当然，在有些情况下相机的功能并不只是拍照，还能充当望远镜。而在华为P30 Pro+上，更是能通过潜望式镜头实现50倍的变焦。自此之后，OPPO、三星等厂商也开始逐渐使用潜望式摄像头。三星Galaxy S20 Ultra更是能够实现100倍的变焦。可是如此强大的性能，究竟是如何实现的呢？

　　潜望镜最早在潜水艇和坦克上得到广泛的应用，通过镜子让光线折射从而观察外界的情况，从而避免将乘务人员的脑袋伸出窗外，这成为表面装甲的一部分。但手机与相机上的潜望式镜头与潜望镜的出发点稍微有些区别。长焦镜头的物理焦距更长，就需要更多的纵向空间来放置透镜。在早期的诺基亚N93i使用翻盖转轴的纵向空间防止变焦模组，三星的K Zoom使用了伸缩式镜头也能达到10倍变焦，在当时也是非常夸张的了。

　　但是如今的智能手机厚度一般仅为7~8mm，凸出部分也不超过10mm，能利用的空间也许只要不到8mm。如果放置一颗4/1英寸的图像传感器，等效80mm的三倍光学变焦已经是极限了。所以为了实现更大的变焦倍数，手机厂商们想到了潜望式摄像头。

　　第一个把潜望式镜头装在手机上的厂商是华硕。2014年，华硕推出了旗下ZenFone系列的旗舰手机ZenFone Zoom，搭载了来自日本豪雅的镜头模组。借助这颗镜头手机实现了三倍变焦。与华为的定焦不同，华硕使用的这颗镜头可是纯光学变焦，性能十分强悍。这里我们需要了解变焦的概念。

　　目前手机变焦分为数码变焦和光学变焦。数码变焦虽然名为变焦，但较具实际上并没有改变，只是通过处理器将原画面之间的两个像素之间的距离增大，然后根据已有的色彩进行判断，进行插值后放大整个画面，简单来说就是和平时的拍照后放大截图没什么区别。

　　但数码变焦不同，数码变焦像是通过调节望远镜片之间的距离看到更远的物体，变焦镜头也是如此，通过移动镜头内部的透镜改变焦点的位置，从而实现影像的放大和缩小，这种方式能大幅减少画质的损失。

　　焦点位置发生变化，焦距也会随之发生变化，当焦点向成像面反方向移动的时候焦距会变长，反之则会变短。

　　所以说，焦距越长，就能拍更远，但需要的镜头空间也就更大。潜望式镜头就很好的解决了这个问题。简单来说就是利用手机的横向空间代替了纵向空间，让图像传感器和镜头都垂直放置，然后利用45°的棱镜模组将光线反射到镜头和图像传感器上，从而巧妙地解决了光学变焦导致手机突起的问题。

　　国内的手机厂商目前主流的长焦镜头都是800/1300万像素，而三星Galaxy S20 Ultra的长焦镜头却使用的是4800万像素，仅仅使用了4倍光学变焦，却能实现100倍数码变焦呢？

　　这里我们首先看一下它的长焦镜头配置：4800万像素、24度视角、光圈F3.6。虽然原厂并没有给出数据，不过经过视角换算，我们可以得知镜头视角24°相当于全画幅等效焦距102mm。也就是说，三星Galaxy S20 Ultra的四镜头可视为搭载了三颗定焦镜与景深镜头的协同运行成果，较短分别是13mm，27mm，102mm。

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　　其中27mm～102mm约可视为4倍变焦，这也符合了三星Galaxy S20 Ultra相机接口的操作逻辑，变焦倍率选择钮分别有0.5、1.0x、2.0x、4.0x、10x、30x、100x。而至于潜望式镜头光圈F3.6是否会太小呢？其实这是光学原理下的必然成果。因为光通孔孔径与镜头尺寸成正相关，一般而言光通孔径较大的镜头，其镜片也会较大。

　　简单的来说，以上这公式的涵义是，当镜头光通孔径不变时（可约略理解为体积不变），焦距提升、光圈势必会缩减，若要维持相同的光圈，镜头体积势必需要大幅提升，这也解释了为什么望远镜头尺寸大多较大的原因。

　　然而，三星Galaxy S20 Ultra是如何在视角24度（约相当于全幅等效焦距102mm）的镜头上实现100倍变焦的呢？关键在于这颗镜头是4800万像素，它具备更多的可用像素来因应AI运算以及裁切需求。

　　举例来说，在一般状况下我们可以通过裁切照片来达到近似于光学变焦的效果，当然以技术面来说，“裁切”并不会改变镜头焦距，镜头透视也会是相同的（因为透视主要与距离有关），但裁切可以改变视角，因此若我们忽视物理光学效应，例如不计入实体焦距带来的景深效果，并忽视像素损失造成的画质差异，那么裁切确实可以完成一部分站在原地光学变焦的效果。

　　因此，虽然三星Galaxy S20 Ultra的潜望镜头等效焦距为102mm，但是用4800万的高像素感光元件，通过裁切以及AI计算，仍然可以支持最高100倍的变焦倍率。

　　当然，最终的成像质量还有很重要的一个关键因素，就是感光底片。以前的手机厂商比像素，现在的手机厂商已经开始比相机上传感器（底）的大小。现在市场上的手机CMOS传感器大部分是索尼imx，小部分为三星。比如常见的索尼主摄IMX586的1/2的底、华为找索尼定制的IMX600的1/1.7大底等等。

　　所谓的1/2，1/1.7，1/1.33，1/3.4，2/3等，里面的分子1是一个标准，分母越大，CMOS越小（2/3换算成1/1.5）。所以这里面1/1.33英寸是最大的。到底有多大呢？衡量比例必须有一个标准，这个标准是沿用最早CCD应用在摄像机上的标准，指长12.8mm × 9.6mm的面积，其对角线为16mm，所以1就是指的对角线为16mm。故可计算出：1/2英寸的CMOS：(12.8mm/2) × (9.6mm/2)=6.4mm × 4.8mm。

　　虽然大部分CMOS的长宽比为4:3，但也有少数其他的比如3:2。但是不同长宽比面积是不同的。例如3:2和4:3的传感器面积，就算是同样的对角线长度面积也不同，长宽比越接近1:1面积越大。

　　主摄上常见的IMX586，1/2英寸传感器长宽是6.4mm × 4.8mm，面积是30.72mm²，长焦镜头上的豪威OV08A10，1/4.4英寸传感器长宽是2.91mm × 2.18mm，面积是6.34mm²。而1/2英寸传感器面积大约1/4.4英寸传感器面积的4.85倍，性能差别还是很明显的，画质差异肉眼明显可见。