什麼是智能手機相機的潛望鏡鏡頭?


智能手機相機比賽一直是一場數字遊戲。哪家公司可以擁有最多的百萬像素、相機或(越來越)變焦?然而,當談到物理定律時,光學變焦和薄型手機並不能齊頭並進。

2020 年7 月,它 被傳言 蘋果可能會為未來的iPhone 添加潛望式長焦鏡頭。潛望鏡鏡頭已經存在了一段時間,它們巧妙地避開了傳統長焦鏡頭的尺寸問題。

以下是它們的工作原理,以及這對智能手機行業的未來意味著什麼。

在攝影中,尺寸很重要

攝影的最大限制一直是物理上的,而不是技術上的。有一些光學定律是你無法設計的。這就是DSLR 和無反光鏡相機鏡頭如此大而重的原因。為了提供長焦距和大光圈,鏡頭本身必須具有一定的尺寸。

例如,焦距為200 毫米且最大光圈為f/2.8 的鏡頭必須具有超過70 毫米(或3 英寸)寬的前鏡頭元件。這還不包括任何製造方面的考慮。

智能手機相機也有同樣的限制,但規模要小得多。因為它們的傳感器更小,所以它們可以從更短的焦距中獲得更大的放大倍率。然而,這種安排帶來了很多權衡。

以iPhone 11 Pro 為例,它有一個52 毫米的全畫幅等效長焦鏡頭,實際上只有6 毫米。這意味著如果你想用專業的數碼單反相機拍攝同一張照片,你需要一個52 毫米的鏡頭。因為iPhone 的長焦相機傳感器尺寸為1/3.6 英寸(對角線約5 毫米),所以您可以獲得相同的放大倍率。

然而,製造商開始遇到問題。如果權衡變得難以管理,您就無法將相機傳感器縮小得更小。小型傳感器在低光照條件下的表現要差得多,並且在分辨率較高的情況下會更加困難。

如果Apple 想要在iPhone 中獲得更大的變焦,它可以(理論上)將傳感器的尺寸減半。但是,它的生產成本可能很高且使用起來很糟糕。

更好的選擇是增加鏡頭的尺寸。

迴避問題

增加鏡頭的尺寸也會帶來問題。 iPhone 11 Pro 的厚度只有8.1 毫米。即使焦距為6mm 的鏡頭不必正好是6mm 長,它也必須接近。因此,它仍然會佔用智能手機上的大量可用空間。只是沒有足夠的空間將12 毫米鏡頭添加到只有8 毫米厚的手機上。

除非你橫著做。

潛望鏡鏡頭的工作原理很像潛艇上的潛望鏡。光線進入前部元件,然後被斜面鏡反射90 度。它在撞擊相機傳感器之前穿過任何其他鏡頭元件,然後被記錄為照片。通過改變光的傳播方向,較長的鏡頭不必那麼深,因為它們可以很寬。

對於手機製造商來說,這是一個重要的優勢。與縮小傳感器或製造更厚的手機相比,為更長的長焦鏡頭水平找到必要的空間要實用得多。

這樣,製造商就不再局限於具有2 倍光學變焦的50 毫米等效鏡頭(或者,在推動和一些可疑的營銷方面,3 倍)。它使100 毫米(約5 倍變焦)甚至200 毫米等效(約10 倍變焦)鏡頭成為可能。

當然,仍然需要權衡取捨,而且這項技術是新技術,但它巧妙地跳過了為智能手機添加光學變焦的最大限制。

數字與光學變焦

現在,如果您認為您的iPhone 已經具備10 倍變焦功能,那您是對的,但也是非常錯誤的。我們主要指的是焦距,而不是變焦倍數,這是有原因的。

這是因為光學和數字(或增強、超分辨率、空間或人工智能輔助)變焦之間存在重要區別。對於光學變焦,放大倍率是具有較長焦距的鏡頭的光學特性的結果。遠處的物體確實看起來更近,就像通過望遠鏡看到的一樣,圖像質量沒有損失。

iPhone 上狗的不良縮放圖像示例。 iPhone 上的這個10 倍變焦只是2 倍變焦的一個近距離裁剪。

數碼變焦,在它的許多方面,只是說照片被裁剪成看起來像縮放圖像的一種奇特方式。誠然,數碼變焦已經走過了漫長的道路。借助高像素傳感器、“合併”(將多個像素視為單個大像素)和更好的升級算法,製造商正在獲得更好的結果。

儘管如此,這與只是拍照並稍後裁剪它實際上是一樣的。您沒有獲得真正的放大倍率,並且隨著您進一步放大,圖像質量總會有所下降。

當然,你不能圍繞那一點事實開展營銷活動。

潛望鏡鏡頭可用

蘋果不會是第一個加入潛望鏡派對的人。中國製造商(尤其是Oppo 和華為)多年來一直在玩弄它們。五攝的華為P40 Pro+擁有10倍潛望式長焦鏡頭,相當於全畫幅相機上的240mm鏡頭。

峽谷中一條河流的廣角鏡頭。 華為P40 Pro 中的廣角攝像頭。

更廣泛使用的三星Galaxy S20 Ultra 配備5 倍長焦潛望鏡鏡頭,大約相當於100 毫米。然而,三星的過度營銷會盡最大努力掩蓋這些信息。 真正可笑的乘數.

一個人在一條繩子上爬上一條湍急的河流旁邊的岩石的變焦鏡頭。 5倍光學變焦潛望鏡。檢查圖像質量!

就像許多其他手機功能一樣,即使蘋果不是第一個,它在進入市場時仍然會引起巨大轟動。我認為我們可以有把握地假設,從現在起到帶潛望鏡的iPhone 最終推出時,這將成為一個更受歡迎的功能。