手機狙擊DC的終極必殺技

如今，越來越多的用戶出游時再也不會攜帶卡片式DC。原因很簡單，在光線較好的環境里，智能手機的拍照效果已經無限接近了DC。

但是，當我們拍攝遠距離物體時，手機的成像效果依舊會被DC秒殺。

想徹底逼迫DC下崗，手機還需學會名為“光學變焦”的終極必殺技。

向數碼相機宣戰的手機

16年前，夏普第一次讓手機與攝像頭“聯姻”，推出了世界上首款拍照手機：J-SH04（圖1）。雖然J-SH04的攝像頭只有11萬像素，但它卻開創了人們用手機（攝像頭）記錄生活中點滴記憶的先河。如今，手機攝像頭的像素值早已突破了4100萬大關，并憑借可隨時利用APP編輯美化和在互聯網端分享的特性，不斷蠶食著本屬于數碼相機的生存空間。每逢節假日的旅游景區，你會發現80%以上的游客都會使用手機拍照攝影，而余下的15%則是扛著“長槍大炮”（單反）的專業戶，卡片式DC生存的艱難可見一斑。

難以逾越的鴻溝

如果你再仔細觀察一下，那些用戶手中的卡片式DC還有一個共性：大都具備10倍～30倍的光學變焦能力（圖2），可以清晰地記錄下更遠距離的風景。反觀我們手上的手機，哪怕它有著動輒2000萬級別的攝像頭，其最終的成像效果會隨著取景框畫面的放大而出現跨越性的縮水。作為數碼相機最關鍵的特點——“光學變焦”的缺失，讓手機始終無法直面長焦卡片機的挑戰，“望洋興嘆”于遠處的美景。究其原因，則是手機與傳感器的物理結構限制決定的。

輕薄，是時下智能手機的發展方向。而輕薄手機攝像頭專用的傳感器，也自然要以輔助手機“瘦身”為己任。問題來了，只有指甲蓋大小、5mm左右厚度的傳感器里不可能容納復雜的物理機構（圖3），也就是沒有可供光學鏡片移動的空間和軌道，進而與光學變焦絕緣。

雖然很多手機廠商主打攝像頭內會塞進更多的光學鏡片（圖4），但它們的作用只是用于增加透光率、改善畫質，和光學變焦沒有半毛錢關系。為了讓手機獲得光學變焦的能力，催生了與其相關的周邊外設，比如，套在手機攝像頭上面的外置變焦鏡頭（圖5）、可通過Wi-Fi與手機相連并套在手機上的無線攝像頭等等（圖6）。

然而，讓手機像單反一樣“架設大炮”顯然有違其移動性的初衷，也因此外置鏡頭只是小眾用戶的玩物。那么，以輕薄安身立命的手機就真的與光學變焦無緣了嗎？

光學變焦的先行者們

實際上，手機的“前輩們”始終在嘗試融入光學變焦鏡頭的道路上艱難前行中，并逐漸衍生出了“內伸縮式”、“外伸縮式”（這兩種又統稱為“沉胴式鏡頭”）和“潛望式”三種形態。

“內伸縮式”鏡頭

顧名思義，“內伸縮式”就是將光學鏡片位移的軌道隱藏在整個攝像頭模組內，在進行光學變焦的過程中鏡頭不會凸出。遺憾的是，現有技術很難將這類整體伸縮的結構密封在太小的空間里（至少要20mm厚），如何將碩大尺寸的攝像頭模組塞進手機，對廠商的設計實力提出了嚴峻的挑戰。因此，“內伸縮式”攝像頭僅在功能機時代曇花一現，最具代表性的產品就是諾基亞N93/N93i（圖7），它別出心裁地將支持3倍光學變焦的“內伸縮式”攝像頭設計在了轉軸部位。至于代價，則是猶如小型DV的臃腫體積，以及嚇退普通消費者的“天價”。除了N93系列，夏普V903SH和V903SH也武裝過這種攝像頭，只是它們的知名度沒有諾基亞那般響亮而已。

“外伸縮式”鏡頭

“外伸縮式”鏡頭是卡片式DC最常用的光學變焦結構，在未開機或未打開相機程序時，鏡頭筒隱藏在手機上的套筒內，開機拍攝時鏡頭才會探出與機身一體的套筒，并隨著變焦調節進行機械上的前后位移。由于這種形態的鏡頭模組需要復雜精密的結構和馬達等單元，在體積上比“內伸縮式”鏡頭還要夸張很多。因此，無論是功能機還是現在的智能機，“外伸縮式”變焦手機都是非常小眾的存在。其中，功能機時代的代表有三星SCH-M339、SCH-V770（圖8）和天語C700等；而智能機時代則以三星M8920、LG L-03C（這兩款其實只能算是準智能機）、Alteck A14 LEO等。

最近幾年，唯有三星還在“外伸縮式”變焦領域耕耘，Galaxy S5 Zoom和Galaxy K Zoom則是知名度最高的拍照手機（圖9）。可惜，Zoom系列的Galaxy不僅體積堪稱巨無霸，在配置方面也要落后同期Galaxy機型很多。

“潛望式”鏡頭

“潛望式”鏡頭最早的初衷是幫助卡片式DC進一步瘦身，它將變焦鏡頭所需的深度轉為垂直或橫置方式，從而達到縮減機身厚度的目的。“潛望式”和“內伸縮式”結構類似，在變焦的過程中鏡頭并不向外伸出，而是通過鏡片在內的轉動/移動達到變焦目的。理論上講“潛望式”鏡頭是手機的絕配，只是歷史上只有索尼愛立信時期的SO905ics采用了這一鏡頭技術，而其體積也足以媲美卡片式DC（圖10），也沒能掀起什么風浪。

“潛望式”的新旅程

在追求輕薄的智能手機時代，“潛望式”鏡頭終于隨華碩最新的Zenfone Zoom迎來了“第二春”，這款11.95mm厚度的產品也因此成為了全球最薄的支持3倍光學變焦的智能手機。在產品宣傳頁上，Zenfone Zoom突出了“10枚HOYA鏡片”這一特點（圖11）。那么，在相對纖薄的機身里，它又是如何塞進了如此之多的鏡片呢？要知道，其他智能手機的攝像頭鏡片只有5片～6片而已。

這就是潛望式鏡頭結構的優勢。簡單來說，ZenFone Zoom采用了HOYA的三倍光學變焦鏡頭，并在其基礎上進行了二次反射（圖12），并把鏡頭的每一片鏡片削成D字形（而不是傳統鏡片的圓形），進一步削減了鏡頭模塊的厚度。

如果說“內伸縮式”和“外伸縮式”變焦鏡頭占用的是縱向空間，那ZenFone Zoom所用的“二次反射潛望式鏡頭”就需要更多橫向空間的支持了。因此，你會發現這款手機的攝像頭模塊采用了長方形結構，內部的10枚鏡片則呈“凹”字排列，凹字兩個頂點分別對應鏡頭和傳感器，而中間下凹的橫線處則排列著可橫向位移實現變焦的光學鏡片，這些鏡片則通過邊緣的兩次折射最終讓畫面得以“傳輸”（圖13）。

為了精準控制變焦時鏡片移動的距離，以及優化成像算法，ZenFone Zoom的攝像頭模塊還包括集成多顆芯片的控制模塊，并通過電路排線與攝像頭模塊相連（圖14）。如此復雜的物理結構，注定要占用5倍～6倍傳統手機攝像頭的空間（圖15）。因此，ZenFone Zoom在變焦手機中屬于輕薄之冠，但與同尺寸的普通智能手機相比就略厚實了。還好，該產品背部采用了曲線設計，邊框部分的厚度只有5mm，握起來還是比較舒服的。

那么，光學變焦和數碼變焦的拍照效果到底有多大差距呢？我們以ZenFone Zoom（1300萬光學變焦）和華為Mate8（1600萬像素數碼變焦）為例，在自動拍照模式下以最大倍數變焦拍攝玩偶，并將玩偶發絲部分放大到100%進行比較（圖16）。通過對比可見，經數碼變焦放大拍攝的照片細節損失嚴重，而光學變焦的細節保存相對完好，可以清晰看到發絲紋路。而這，就是光學變焦為手機帶來最顯著成像效果的改善。

需要注意的是，光學變焦技術只能提高鏡頭清晰記錄遠距離物體的能力，如果拿ZenFone Zoom和Mate8在不變焦的情況下比拼拍照效果，后者的效果反而要在ZenFone Zoom之上。現階段影響手機拍照效果的因素主要還得看傳感器型號和對焦技術。相關內容請參考本刊2015年12期《像素說明不了問題 手機攝像頭如何拍出好照片》和2015年17期《抓住轉瞬即逝的機會 淺談手機的對焦技術》這兩篇文章。

改善變焦成像的其他手段

受限于光學變焦鏡頭的成本和（占用）空間缺陷，注定絕大多數手機沒有機會享用。因此，不少廠商開始另辟蹊徑，通過其他軟硬件結合的手段，讓傳統尺寸攝像頭模塊也能改善數碼變焦的成像效果。比如，為手機武裝雙攝像頭，并通過軟件算法彌補數碼變焦帶來的畫質損失；谷歌申請的Alvarez鏡頭專利（MEMS）在傳統大小攝像頭內融入了兩個不同厚度的板塊，通過折射實現光學變焦功能；國外DynaOptics工作室也提出了一種有利于手機攝像頭模組瘦身的光學變焦結構。

此外，像諾基亞從Nokia 808引入的“純景PureView”技術（圖17），以及OPPO手機等品牌提出的“超清畫質”技術，它們也是基于軟件算法提升變焦效果的手段。以“超清畫質”技術為例，它是通過一次拍多張照片，通過算法將圖片中細節豐富的地方進行還原，再合成為一張5000萬像素的圖片。