2021年的智慧型手機，會實現真正的「變焦」嗎？

2020-12-31

眾所周知，影像功能早已成為當今智慧型手機最受關注的功能點之一。這一方面反映出在如今網速越來越快、社交軟體越來越便利的背景下，用戶的社交方式已經從單純的文字和語音，向著影像和視頻轉變的趨勢；而另一方面來說，市場對於「拍照手機」的熱捧，也直接促使了智慧型手機影像相關技術的高速發展。

千元機（redmi Note9 Pro）現在也有1億像素了

比如說從2018年底到2020年底短短兩年時間裡，千元級機型的主攝規格就從1200萬像素躍升到了1.08億像素，而旗艦影像機型的主流CMOS尺寸，也從1/2.6英寸、1/2.3英寸「膨脹」到了如今的1/1.56英寸，甚至1/1.33英寸。更不要說攝像頭數量上的增長畢竟在兩年前又有誰會想到，如今四攝甚至五攝都已經「遍地走」的情況呢？

但是如果我們告訴大家，如今智慧型手機在一項關鍵影像技術上不僅長期沒有根本性的進步，甚至相比過去還有所倒退，大家能想到是什麼嗎？答案是變焦。

可能有的朋友會說，兩年前的手機哪有現在這麼強的變焦能力，你看現在的產品，60倍變焦都好幾個了，100倍超長變焦的也有了，這難道不是技術進步嗎？

很遺憾，還真不是，因為我們要說的，其實是智慧型手機「變焦」的實現方法。或者說，是「變焦」的本質原理問題。

主流的接力方案，其實問題多多

智慧型手機是如何實現變焦拍攝的？簡單來說，它主要有兩種技術解決方案。

首先，是當今最為主流的「多攝接力變焦」。簡單來說，其指的就是給智慧型手機配備多個焦距不同的攝像頭模組，然後通過在它們之間切換來實現「變焦」效果。

比如說，假設一款手機有三枚攝像頭，其中主攝是25mm焦距的廣角，副攝1是16mm焦距的超廣角，副攝2則是一枚50mm焦距的長焦。那麼通過切換鏡頭，這款機型就可以實現16mm、25mm、50mm三種焦距上的「變焦」了。

但是這樣一來，問題就出現了。首先，如果用戶恰好想要使用位於這三個焦距之間的某個焦段的話，那麼要如何去滿足Ta的呢？

答案很簡單，是通過使用更低焦距的鏡頭，加上數碼放大的算法來實現。比如說對於20mm的焦距，這個例子中的機型通常就會先切換到16mm的超廣角副攝，然後再按照一定比例放大畫面；而對於35mm焦距，則是使用25mm的主攝，然後放大畫面而來。

數碼變焦相比於純正的光學變焦，畫質損失是非常嚴重的

眾所周知，數碼放大算法或者說「數碼變焦」，本身就會導致明顯的畫面損失，所以對於常見的「接力變焦」來說，廠商往往會在相機介面里設置幾個固定焦段的按鈕，分別對應幾個鏡頭的原生焦距。為的就是讓用戶儘量少去使用到中間焦段，從而避免讓察覺到中間焦段的放大損失問題。

大部分手機的副攝相比主攝都會有不同程度的縮水，旗艦也不例外

其次，正如我們剛剛所講到的那樣，對於當今絕大多數智慧型手機產品來說，一般只有主攝的CMOS尺寸和鏡頭用料等方面是最好的，而超廣角與長焦等副攝則多少會有所「縮水」。這就意味著一旦使用變焦功能，哪怕不是中間焦段，接力式變焦也不可避免地會出現畫質下降問題。

新興的大底算法方案，也並不能做到完美

既然「接力變焦」存在著副攝畫質縮水、中間焦段數碼放大損失的問題，那麼有沒有一種變焦方案可以解決這兩大短板呢？

別說，還真有，這就是三星今年年初在Galaxy S20/S20+上帶來的「大底融合變焦」。

如果大家關注過三星這兩款機型的相機部分設計可能就知道，它們使用了一套非常特別的主攝和副攝組合。一方面，Galaxy S20/S20+的主攝是一枚1/1.7英寸、1200萬像素的高速對焦傳感器，配合的是26mm的廣角鏡頭；另一方面，它們的「長焦」副攝則都使用了一枚1/1.7英寸、6400萬像素的高像素傳感器，配合的則是28mm的廣角鏡頭。

發現了嗎？沒錯，與傳統的「接力變焦」設計不同，Galaxy S20/S20+的「長焦副攝」一方面擁有與主攝一樣大的尺寸，以及比主攝還要高的像素。並且它們的「長焦副攝」在物理上來說其實根本就不長焦，因為其焦距其實只比主攝多了那麼2mm而已。

如此一來，也就意味著對於Galaxy S20/S20+來說，它們的所謂「變焦」其實完全就是基於主副攝融合、AI計算，以及靠副攝的大底高像素進行裁切而來的「算法」效果。

但是由於三星的這種特殊變焦設計中，副攝本身的CMOS規格實在是比業界常規（副攝）的方案超出太多。以至於它雖然是由算法實現的變焦效果，但在例如DxOMark的評分體系中，Galaxy S20+的變焦分數（81分），卻反而還要領先使用小底低像素副攝+真兩倍焦距鏡頭的Galaxy S10+（68分）和iPhone 11 Pro Max(74分）許多。也算是從結果論上證明了，這種非常規設計的有效性。

而且因為Galaxy S20/S20+的長焦端本質上是全程基於算法來實現的，因此反而可以避免傳統「接力變焦」在特定焦距上畫質較好，而在其他焦距上畫質均下降的使用體驗。

然而，即便這種雙大底的融合變焦在效果上比常規的接力變焦可能是要好一點，但它依然不能算是最理想的變焦方案。因為主副攝就算再怎麼大底、再怎麼高像素，由於沒有真正的光學變焦鏡頭，融合出的圖像還是會隨著放大（變焦）而逐漸降低。

真正的連續光學變焦，會在明年復興嗎

說了這麼多，那麼怎樣的設計才能真正實現連貫的拍攝變焦、且變焦過程中畫質始終不衰減呢？很簡單，它就是「連續光學變焦」設計。

所謂連續光學變焦，正如其字面意思所示，就是直接使用單一一枚帶有真正多組光學變焦鏡片的潛望式攝像頭，實現從廣角端到長焦端的整個變焦過程。

在這個過程中，CMOS不發生切換，因此不會出現因為「副攝」相比主攝規格縮水而導致的畫質降低問題。也基本不需要額外變焦算法的參與，因此畫面的解析力原則上可以一直保持一致，以達到最佳的變焦畫質表現。

這是相機？不，這是手機

最為重要的是，「連續光學變焦」其實根本就不是什麼最新的設計，其很多年前就已經出現在手機行業中。早在2007年，索尼愛立信就推出了內置三倍潛望式防抖光學變焦、變焦範圍4.5-13.5mm，可變光圈F2.8~F5.4的500萬像素拍照手機SO905iCS。當然，它並不是智慧型手機，頂多只能算是開了拍照手機潛望式變焦的先河。

到了2015年，華碩通過與日本光學廠商HOYA合作，成功地在Android手機里塞進了一枚具備三倍望遠倍率，而且還兼容了OIS光學防抖的10片式連續變焦變焦潛望式光學鏡頭。它不僅複雜度遠勝現在的主流智慧型手機鏡頭，而且是第一個在Android機型里實現了完全不需要算法輔助的1倍~3倍焦距連續可變光學變焦。

華碩當時為Zenfone Zoom定製的10片式連續變焦鏡頭模組

從某種程度上，我們可以說智慧型手機的「真·光學變焦」設計，其實是早就已經有了現成的方案。但之所以後來普遍沒有跟進這種真正對畫質有好處的設計，一方面可能是出於對其成本和機身厚度的恐懼，另外一方面，則大概就是多幾個攝像頭看起來反而更唬人吧。

好在隨著消費者對於智慧型手機影像能力的需求，已經從單純的「鏡頭要多」、「像素要高」，逐漸回到了對於畫質和拍攝體驗的本質上來，手機廠商似乎也終於做好了相應的準備。

首先是在今年年初，vivo推出了一款名為APEX 2020的概念手機。它配備了兩枚攝像頭，其中一枚搭載的是vivo自研的微雲台主攝，而另一枚就是使用了連續光學變焦設計的長焦鏡頭。很顯然，微雲台如今已經有了X50 Pro以及剛剛發布的X60系列兩代量產產品，因此這也不禁讓我們好奇，vivo準備何時讓連續光學變焦鏡頭量產。

其次，在2020年7月，證券分析師郭明錤曾做出預測稱，蘋果未來將會至少有一款配備潛望式光學變焦設計的iPhone機型。而且更為重要的是，早在2015年，一份被曝光的設計專利就已經顯示，蘋果已經掌握了一部分連續光學變焦鏡頭的相關技術，甚至也完成了潛望式鏡頭光學防抖相關的設計。只不過因為這一設計中一些關鍵部位遇到了繞不過去的專利障礙，才導致iPhone遲遲沒能擺脫接力式光學變焦的設計。