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手机摄像头产业20年三次巨变!OPPO华为领跑高倍变焦新革命

看点:像素升级、光学防抖、大光圈、多摄像头,潜望式结构,智能手机在光学领域不断向前演进。

随着人们对图像和影像体验的不断追求,手机的拍照技术也在不断演进。今天,智能手机的拍照功能已经飞速发展,配备了更多的功能。多摄、TOF 、3D摄像头、OIS光学防抖、4K视频拍摄以及出色的弱光拍摄能力,已成为当下旗舰智能手机主流新技术。

时间进入2019年,智能手机拍照领域再次取得突破。随着OPPO和华为以潜望式摄像头结构将手机的光学变焦能力向着专业相机推进,新一轮的手机摄像头产业创新浪潮再次袭来。

然而,回溯手机拍照性能演进历史,我们会发现,在20年的时间里,从最初手机拍照功能的启蒙到手机厂商的像素大战,从光学变焦的引入再到潜望式结构推开高倍光学变焦的创新大门,手机厂商与产业链玩家携手艰难探索,一次又有一次地刷新着行业新标准。

手机拍照技术的启蒙阶段

世界上第一步部商用移动电话诞生于1983年,在诞生后的十多年时间里,手机的功能纯粹单一。随后,在夏普、索尼等老牌电子企业的带领下,手机经历了一拍照技术的启蒙阶段。在这一时期,摄像头产业链也处于发展的初期阶段,手机上摄像头的像素基本在百万之下,拍出的照片极为不清楚,手机相机和数码相机拍照效果相差悬殊。

进入2000年,世界上第一款内置摄像头手机才姗姗来迟。2000年日本夏普公司推出了型号为J-SH04的手机,内置10万像素以及256色屏幕,开启了手机集成拍照功能的先河。然而,由于日本通信市场的封闭性,这款手机并没有带来巨大的市场反响。

两年后的2002年,第一代拍照手机开始在全世界广泛登陆。中国市场中第一款拍照手机是诺基亚的7650,这款手机的相机只有30万像素,不过,当时的主流数码相机的像素在300万像素左右,整个摄像头产业都处于初级阶段。

随后,拍照手机便进入了高速发展阶段,搭载100万像素摄像头的机型层出不穷。但这一阶段,手机的拍照效果非常不如人意,虽然能够进行拍照,但由于像素较低极为不清晰,也无法进行补光。直到2005年索尼爱立信推出了K750i,集成200万像素传感器并首次集成了自动对焦系统和氙气闪光灯,让手机拍照体验首次接近数码相机。

手机厂商掀起像素大战,索尼诺基亚领头乱斗

时间到了2004年,百万像素照相手机争霸赛是当时最热门的科技消息,索尼和诺基亚是这个时代的两大霸主。索尼爱立信抢先在全球发布首款GSM标准的130万像素照相手机S700,具有130万像素和8倍数码变焦能力,这款手机也成为了像素大战的导火线。

随后NEC、三星、西门子、摩托罗拉以及康佳、夏新、南方高科、海尔、波导、TCL、大唐、迪比特、联想等等中外手机厂商扎堆投入到这场旷日持久的像素大战中。

之后的几年,超高像素拍摄手机战火不断升级,200万、300万、800万……高像素一度成为手机拍照水平的标尺。

2012年像素大战达到巅峰时期。其中,诺基亚纯景808手机摄像头的像素更是达到了变态的4100万像素,超过当时单反相机像素水平。当时单反相机十强中像素最高的尼康 D620,其传感器像素也只有2426万像而已。

然而,手机拍照功能像素的高低并不是手机画质更优的唯一变量。这种几近疯狂的像素大战并没有给手机的拍照体验带来多少提升,噱头意外明显。诺基亚4100万像素的成像素质也已证明离D620的效果还有很大差距。因此巅峰过后像素大战不久便哑火了,手机拍照技术恢复注重用户体验的正确道路上来。

手机迎来多摄像头时代,iPhone双摄引领变焦技术普及

从2005年开始,手机厂商在光学变焦领域不断探索,目的都是想提升手机拍照的性能,使其能像专业相机一样,拥有卓越的拍照性能,双摄方案的出现提供了一种新的思路。

双摄的方案大致可以分为三种,主副摄像头搭配(虚化)、黑白摄像头搭配(细节)和定焦摄像头搭配(变焦),原理不同成像效果也不同。但底层思路都是通过物理上增加摄像头数量获得更多信息量,再通过计算合成的方式实现单个手机摄像头无法实现的理想效果。

尽管2014年HTC One M8是双摄最早的代表,但直到苹果iPhone 7 Plus出现之后双摄方案才迎来大范围的普及。具体来讲,苹果的方案是通过两颗定焦镜头,实现“广角+长焦”的双摄方案,可以通过切换28mm广角和56mm长焦摄像头,利用算法实现了2倍无损变焦。其原理是将原有照片裁切后放大显示,实际输出局部的照片,虽然像素上会有严重的损失,但可以利用另一摄像头数据信息进行插值补足。

在双摄方案已经成为业内标准之后,2018年华为P20 Pro又推开了三摄的大门,采用“彩色+黑白+长焦”的设计方案,支持5倍的混合变焦。其原理与先前的双摄像头方案异曲同工之处,不同摄像头负责不同功能,最后合成出一张照片。

此后,业内也相继出现了不同三摄、多摄方案,三星推出后置四射手机A9s、诺基亚甚至推出了后置五摄手机9 PureView…..然而,现阶段三摄方案刚开始走向市场,手机拍照性能没有随着摄像头数量的疯狂增加而有巨大飞跃。

双摄、多摄方案让手机混合变焦能力不断提升,但在光学变焦领域,众手机厂商仍未冲破机身厚度限制,高倍光学变焦始终是一大产业难点。

多摄+潜望式创新光变结构,OPPO华为开拓手机拍照新大陆

智能手机软件算法的发展催生了许多创新应用。一方面,滤镜、美颜、虚化等功能开始内置在智能手机相机的原生应用中,手机摄影技术的发展也进一步降低了普通社会公众摄影的门槛,催生广大用户的拍照需求。而另一方面,手机厂商们在极致拍照体验上追求的步伐依然紧凑,在软硬件上的创新不断掀起产业热潮。

进入2019年,高倍光学变焦被业内玩家提上日常,OPPO和华为两家更是成为先行探路者,纷纷创新式采用潜望式摄像头结构,将手机变焦能力提升到新的水平,混合变焦能力更是大幅度提升。

其实早在2017年,在世界移动通信大会MWC 2017上,OPPO就基于潜望式双摄镜头设计发布了5倍无损变焦技术,将光学防抖应用于最需防抖功能的长焦镜头。这种设计不仅使摄像头在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薄的机身和更强的防抖性能,从而最终实现更清晰的成像质量和更好的拍照体验。

在MWC 2019上,OPPO再次展示了基于潜望式长焦镜头设计的10倍混合光学变焦技术及搭载该技术的手机,并实现了用手机拍摄16mm到160mm焦距光学变焦照片的能力。4月10日OPPO即将发布的新产品系列Reno就将搭载此项技术实现真正的量产。

而在此之前,业内主流手机多使用不同焦段的多镜头,通过在多个焦段的镜头中切换,实现了无损的光学变焦功能。这种变焦方案虽比以前的数码变焦有很大提高,但仍局限于几个固定的焦段,长焦最多也只有3倍左右。

潜望式摄像头结构与传统的摄像头排布不同,将原本竖着排放的摄像头在手机内横向排放,并以特殊的光学三棱镜让光线折射进入镜头组,实现成像,可以大幅度增加摄像头的焦距。

OPPO对长焦镜头进行重新设计,用一枚可运动的棱镜来折射光线,将大体积的长焦模组横向放置在机身内部。为了配合棱镜模组的拍摄效果,OPPO将长焦镜头设计成了方形,并将该模组定制了“D-cut”光学镜片,像是在圆形镜片上平行切割了两刀,让长焦镜头模组的厚度降低,更加方便地塞入到轻薄的机身中。

反射棱镜采用玻璃材质,其在运动中的抖动问题是需要解决的一个重点问题。为此 ,OPPO专门设计了双OIS防抖技术,不但能操控长焦镜头的反射棱镜来补偿抖动,还能操控主镜头的框架,让整块模组在x,y轴偏移,补偿拍摄中的抖动。在双重防抖设计的加持下,OPPO的10倍变焦相比此前的5倍无损变焦技术防抖能力提升了73%。

3月26日,华为P30系列发布并号称是业内首个采用潜望式摄像头结构的手机产品。其最亮眼的设计则是采用潜望式摄像头结构,实现了5倍光学变焦、10倍混合变焦以及50倍最大数码变焦,可以轻松地拍清月亮。

从技术的角度看,OPPO和华为的潜望式结构的技术原理是一样的,具体的区别在于关于反射棱镜固定和防抖方案、棱镜透光率等方面的技术差异。而从应用的角度上看,光学变焦范围的提升,让手机可以更加清楚地拍摄到远处的物体,同时混合变焦的上限也进一步被提升了。

从像素大战再到潜望式光学变焦,智能手机的软硬件创新不断增强,应用体验也更加丰富多元,用户的拍照门槛不断被降低。而随着OPPO和华为等头部手机厂商带来的示范效应,用户对手机拍照能力的期待也将提高,在尚未出现其他手机拍照技术提升路径的现行阶段,多摄+潜望式结构将成为新的产业趋势。

结语:智能手机行业拉开专业摄影大战

计算光学一直是消费电子的创新主战场之一,像素升级、光学防抖、大光圈、多摄像头,智能手机在光学领域不断向前演进。如今,3D传感正逐步取代指纹识别成为手机标配,三摄像头和潜望式在双摄的基础上再次大幅提升拍照质量,新一轮的产业创新趋势已经显现。

而进入2019年,智能手机的拍照性能和功能逐渐向相机更靠近,产业里围绕“潜望式镜头”的产业创新也更加激烈。在OPPO和华为等先行者的带动下,继“全面屏大战”、“AI芯片大战”之后,智能手机领域将掀起新一轮的技术之战。

文|智东西(微信号:zhidxcom)

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