5倍无损变焦技术基于业界首款潜望式双摄镜头新葡新京:,天文学家观测星空的时候会用到它

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5倍无损变焦技术基于业界首款潜望式双摄镜头新葡新京:,天文学家观测星空的时候会用到它

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*本文来自花粉俱乐部论坛-逗比兰波湾

[太平洋网络求真实验室]华为 P30 pro
昨天在国内上市,最令人瞩目的当然就是刷新DXO榜单的拍照能力,尤其是那个支持
50 倍变焦的摄像头,简直是想把手机当做望远镜。

3月26日,华为在法国正式发布了万众瞩目的华为P30系列。其高端型号P30
Pro目前号称“拍照第一”、“重写拍照规则”。而华为P30
Pro最引人注目的拍摄能力,就是10倍变焦,也证明了手机摄影下一程的突破方向将是长焦拍摄能力。长焦拍摄,优点突出,更容易拍出好照片,不但使拍远处的物体更清晰,景物有显著的景深效果,人像效果出色,透视正常等成像优势。

人类对于世界永远都保有一颗好奇心,总是试图通过各种手段打破物理限制,对远方的世界一探究竟。

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最新的华为P30
Pro相机实现了5倍光学变焦、10倍无损变焦、50倍数码变焦,将拍照体验提到了一个全新的高度,众所周知,光学变焦才是目前相机变焦效果最好的,可你真的了解光学变焦吗?

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早在盛唐时期,诗人王之涣便在《登鹤雀楼》里,用千古名句”欲穷千里目,更上一层楼”表达了自己对远方世界的欲望。

潜望式镜头来袭,开启光学变焦的新篇章

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效果能有多好? 来看看实际样张:

提到10倍变焦,就不能不提马上就要发布的OPPO
Reno,也是搭载了10倍混合光学变焦技术,那么问题来了,究竟哪个拍摄更好一些呢?

而在之后的1608年,荷兰眼镜商汉斯·利伯则因为偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物,受启发制造了人类历史上的第一架望远镜。

摄像头不断升级,潜望式镜头应运而生。如今智能手机进入存量时代,各大手机厂商都在寻找新的手机性能以谋求差异化的竞争优势和销量突破。随着消费者对高质量拍照、录像的需求日益增加,摄像头模组的进化是智能手机发展的必经之路。目前手机大多数的光学变焦倍数多为3x,我们认为未来随着消费者对手机拍照的要求越来越高,光学变焦倍数会进一步发展,5x甚至10x的光学变焦将成为主流,潜望式的设计可以很大程度上缩小镜头模组的高度,实现手机轻薄化的趋势,也将引领新一轮摄像头领域的升级。

光学变焦英文名称为Optical
Zoom,是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候,视角和焦距就会发生变化,更远的景物变得更清晰,让人感觉像物体递进的感觉。光学变焦的实现,一般是改变镜头的焦距。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。

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这个问题从参数就能看出来,华为P30搭载了4000万像素主摄头+广角镜头+长焦镜头的三摄组合,长焦和主摄支持双OIS光学防抖,16-125mm
焦段10
倍混合变焦,5倍的变焦时候进行光学变焦,10倍的时候进行数码算法变焦。

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如何在有限的空间中放下整套的摄像模组?光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生。但是厚重的摄像模组一直是光学变焦的痛点,不符合手机轻薄化的趋势,潜望式结构可以将镜片模组横向排列在手机内部,借助光学棱镜实现成像,与传统方式相比节省了55%的空间。通过将镜片组横向排列,借助特殊的光学器件棱镜,让光折射入镜头组,组成潜望式设计结构。此外OPPO在长焦镜头里采用了“D-cut”光学镜片,相当于在传统镜片上平行割了两刀,进一步压缩了空间,将三摄模组的厚度控制在了6.76mm,并使用“主摄+超广角AF共马达”技术,进一步压缩模组体积,避免了摄像头凸起的情况。

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哈哈开个玩笑,我们来看真的:

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望远镜能够把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变得清晰可辨。因此,望远镜成为了天文和地面观测中不可缺少的工具:天文学家观测星空的时候会用到它,早期战争中打探敌情时会用到它,现代人登高眺远的时候也会用到它。

由5倍无损变焦到10倍混合光学变焦。在2017年的MWC上,OPPO发布了5倍无损变焦技术。5倍无损变焦技术基于业界首款潜望式双摄镜头,并将光学防抖应用于长焦镜头,使摄像头在5倍变焦的情况下确保画质无损,同时搭载该技术的手机还将拥有更轻薄的机身。2019年2月23日,OPPO在西班牙巴塞罗那举行了“2019
OPPO
创新大会”,全球消费者带来了10倍混合光学变焦技术。这一技术是上一代5倍无损变焦技术的发展和继承,OPPO方面表示其投入了超过200名研发人员,布局了100多项研发专利,从马达、棱镜、模组、算法等各方面进行不断的验证。OPPO表示该技术将在2019年OPPO春季新品中实现商用。OPPO采用了“超广角+超清主摄+长焦”的三摄设计理念,
覆盖了从超广角到长焦的“完整视角”。在超清主摄像头和长焦摄像头上配备了双OIS光学防抖,为消费者带来了更好的拍照体验。

由于需要移动镜头,因此需要占用更多的空间才能实现光学变焦,但是目前的手机空间非常有限,所以要实现手机多倍光学变焦是非常困难的。不过华为最新的P30
Pro采用的是潜望式相机,通过棱镜的反射原理,将镜头的移动从垂直方向转化为水平方向,大大提高了镜头的活动空间,从而实现了目前手机业界最高的5倍光学变焦。

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而OPPO
Ren则是搭载了4800W主摄+广角镜头+长焦镜头,长焦和主摄支持双OIS光学防抖焦段是,16-160mm变焦,更多依靠光学变焦。
无论是主摄的参数还是变焦距离,OPPO Reno都要优于P30 Pro。

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涉及的产业链供应商有哪些?手机摄像头对应的产业链企业包括图像传感器制造商、模组封装厂商、镜头厂商、马达供应商、棱镜、滤光片供应商等。由于行业技术壁垒和集中度高,产业链的龙头多为日本、韩国、中国台湾所垄断,大陆的厂商主要集中在棱镜、红外滤光片和镜头模组封装上,其中CMOS厂商包括豪威,镜头厂商包括舜宇光学、瑞声科技、联合光电、联创电子等,模组厂商包括舜宇光学、欧菲科技、丘钛科技、光宝科技等,棱镜以及光学组件厂商包括舜宇光学,利达光电、水晶光电、福晶科技,永新光学等。

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▲初始1倍变焦

现在网上也爆出了更多的OPPO
Reno拍摄样张,口说无凭,咱们就用最新的样张来说明一下吧。

强大的功能和用途,注定其诞生只是人来探索远方的开始。基于望远镜的变焦原理,德国人弗兰克·巴克发明了人类历史上的第一个变焦镜头Zoomar
Variofocal 17-53mm f/2.9。

风险提示:下游需求不及预期,行业竞争加剧,汇率风险,国际形势影响。

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也有人说,世界上最早成型并得到应用的变焦镜头,是德国光学家赫尔穆特·纽曼(Helmut
Newman)于1932年为西门子公司16毫米电影机设计的25-80mm f/2.8镜头。

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华为P30 Pro潜望式镜头特写

▲50倍变焦

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当然,这些都已经无从考证。不过有一定是十分肯定的,那就是无论是前者还是后者,都是为单反相机而设计的变焦镜头。而之后的很多年时间里,随着技术的不断发展和人类需要的改变,虽然变焦镜头得到了不断的优化和改良。

一、摄像头持续升级

好了,通过上面的介绍,相信大家对光学变焦都有一定的了解。虽然华为P30
Pro目前只实现了5倍光学变焦,但我相信随着技术的发展,未来相机模块会变的越来越精密。华为后面的产品可以在有限的手机空间实现更多倍数的光学变焦,将拍照体验提到一个新的高度,引领新的拍照趋势。

可以看出,华为 P30 pro 即使 50
倍变焦仍然可以很清晰看到建筑物的纹理,用iPhone放大 10
倍早就糊成一团了,那这是怎么做到的呢?我们先看看 P30 pro 的摄像头参数:

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变焦镜头在左,智能手机在右

如今智能手机进入存量时代,各大手机厂商都在寻找新的手机性能以谋求差异化的竞争优势和销量突破。随着消费者对高质量拍照、录像的需求日益增加,摄像头模组的进化是智能手机发展的必经之路。

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变焦镜头,是通过移动镜头内部镜片来改变焦点的位置,改变镜头焦距的长短,并改变镜头的视角大小,从而实现影像的放大与缩小。焦点位置发生变化,焦距会随之发生改变:当焦点向成像面反方向移动时,焦距会变长;反之,焦距会变短。

1.1 由双摄走向多摄的时代

一个可以 5 倍光学、10 倍混合、50
倍数码变焦的手机摄像“新”物种。为何加引号?因为之前三星也做了一款支持 10
倍光学变焦的手机,三星 S4
zoom,大家可能也听说过,但大家看到图就感受到,在人们日益追求轻薄的手机设计趋势下,这种夸张的凸起注定会没有市场。

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伴随着双摄、三摄渗透率的提高,市场将会开启新的成像变革。中国产业信息网数据显示,2015至2017年中国双摄渗透率分别为2%、5%、15%,整体呈快速增长态势,旭日大数据预计2018年双摄渗透率将达35%。智研咨询预计2020年双摄渗透率将超60%。

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OPPO的超广角摄像头,具备16mm等效焦距,带来广角取景的独特视野;超清主摄摄像头能够确保照片画质的顶尖水准。而拥有160mm等效焦距的长焦摄像头,则配合独创的“潜望式结构”支持高倍变焦,实现拍得更远的同时,也能确保拍得更清晰。

这是一个简单的变焦镜头光学结构示意图,它采用了光学补偿法以校正焦点漂移。L1和L3是前、后两块凸透镜,其中的L3是固定的。当中间的凹透镜L2从前往后移动产生变焦效果时,凸透镜L1也向前、向后做一个抛物线运动。

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为什么做超远变焦,手机摄像头会凸起这么厉害?而且大家日常看到摄影师的“长枪短炮”也基本是长焦镜头。我们先理解下变焦的概念,现在手机变焦一般就分数码变焦和光学变焦。

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变焦镜头最大的价值在于,在不改变拍摄距离的情况下,通过变动焦距就可以改变拍摄范围,实现了镜头焦距可按摄影者意愿变换的功能。

从2017年品牌双摄手机总出货量情况看,双摄主要集中在苹果、华为、OPPO、vivo、小米、LG、三星等品牌身上,其中华为是全球双摄手机渗透率最大的手机品牌厂商,据统计2017年华为有超过20款机型搭载双摄配置,出货量占总出货量的5成以上,价格下探至千元机。vivo
手机是继华为之后双摄渗透率第二的手机厂商,自2016年开始,vivo便切入双摄,并率先推出了前置双摄,2017年vivo的双摄渗透率超越苹果,达到四成以上。而相比之下,三星的双摄渗透率仅达2.6%。

数码变焦虽名为“变焦”,但焦距实际上并没有改变,它是通过数码相机内的处理器,增大原画面两个像素之间的距离,然后再根据对已有像素周边的色彩进行判断,把传感器上的一部份像素使用“插值”算法放大到整个画面。简单说和我们平时放大照片然后截图没啥区别。

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然而,变焦镜头虽然可以实现影像的放大与缩小,但由于变焦镜头要呈现多个焦段的影像,导致其构造比较复杂、体积相对较大。

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手机厂商也不断对镜头进行创新升级,由双摄逐渐向三摄和多摄转变。我们认为摄像头三摄甚至多摄的普及也是未来两年手机创新的重要领域之一。为什么要用三摄镜头?三摄最大的优势在于暗光下拍摄效果佳,并且可以突破3倍以上的光学变焦,可以支持4D预测追焦、四合一混合对焦、5倍混合变焦、10倍数码变焦等功能,背后闪光灯也有多重色温可选,感光器面积增大,可以让噪点控制更优异。

▲10倍光学变焦和数码变焦的对比

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(搭载了变焦镜头的单反相机)

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但光学变焦就不一样,就像望远镜可以通过调节望远镜镜片的长短来看到更远的物体,变焦镜头通过移动镜头内部镜片来改变焦点的位置,改变镜头焦距的长短,并改变镜头的视角大小,从而实现影像的放大与缩小,可以大大减少画质的损失。焦点位置发生变化,焦距会随之发生改变:当焦点向成像面反方向移动时,焦距会变长;反之,焦距会变短。

另外,OPPO
Reno不但拍照美观,外型设计也十分突出,做到了背面纯平,摄像头不突出。手机背面摄像头凸出一直影响着手机的外观美感,而且突出的摄像头也更容易造成磨损,为了提升画质,手机CMOS的底越来越大,焦距也就受到了影响,摄像头才会外凸。

对于单反这样的大体积来说,搭载这样一个镜头自然是没有问题的,但对于智能手机这样空间十分有限且又追求纤薄设计的移动设备而言,几乎是不可能的。所以,手机摄影出于方便和快捷考虑,大多数手机都会采用定焦镜头。

根据Statista的预测,18年三摄渗透率仅为1.6%,而到了2020年三摄的渗透率将达到24.5%。在采用三摄的机型上,安卓阵营在今明两年或比苹果更加积极。IDC预测2018年和2019年安卓阵营三摄的渗透率为1.2%和9%,苹果三摄的渗透率为0.0%和15.0%。

所以说,焦距越长,就能拍得更远,但需要镜头空间也越大。那华为是怎么做到 5
倍光学变焦还让镜头没那么凸起呢?小学的科学课有提到,利用潜望式结构。

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由于定焦镜头只有一个固定焦段,这也导致搭载了定焦镜头的智能手机,如果要实现变焦功能的话,就只能依靠镜组、感光元件的特殊设计了。

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