「100倍变焦」的背后：「潜望式长焦镜头」如何炼成？
最后更新：2020-04-16 11:55:09 手机定位技术交流文章
编辑记者
|林轩
2020年上半年，三星的Galaxy S20 Ultra和华为的P40 Pro+是安卓最受欢迎的重量级旗舰产品。
一个接一个，图像升级被作为亮点，带来了高达100倍的变焦技术，刷新了手机变焦次数的记录。
它可以被称为“超级望远镜”，甚至一些网民声称“不仅月球被拍摄，而且空站被拍摄。”
在100倍变焦背后是使用远摄远摄镜头来解决镜头模块和轻薄机身之间的冲突。
那么什么是长焦镜头呢？实施的原则是什么？
1.远摄镜头的原理
在我们理解“长焦镜头”之前，我们必须先理解“长焦镜头”。
回忆针孔成像模型:近距离物体，短焦距镜头成像；远距离物体，长焦距镜头成像。
在手机上使用时，“焦距”是指“镜头的光学中心”和“感光表面”之间的距离。
焦距越长，可以拍摄的距离越远，拍摄对象的视角范围越小。
远处物体的放大意味着可以显示更多的细节。
这是光学变焦的起源。焦距越长，变焦因子越高。
2.如何调整焦距
有两种方法可以调节焦距:一种是改变镜头的厚度。然而，这种方法在手机上是不可行的，并且镜片的厚度不能在任何时候改变。
第二，根据凹透镜分散光线的原理，通过在两个凸透镜之间增加一个凹透镜可以调节焦距。
当然，我们谈论的只是一个简单的原则。实际的手机镜头模块要复杂得多。
应当注意，单个透镜的焦距仍然是固定的，并且可变焦距是整个透镜模块的焦距的变化。
这是光学变焦的原理，它可以通过移动镜头来改变焦距来放大和缩小。
3.潜在外观结构
长焦镜头的焦距很长，自然需要较长的物理量空，因此长焦镜头比普通镜头长。
然而，手机机身的厚度非常有限。
传统的镜头模组将手机背面的镜头部分抬高，这曾经受到广泛批评。
因此，长焦结构开始应用于手机。通过添加三棱镜，光线旋转90度，即Y轴上的光线被转换成X轴，然后通过透镜模块进入互补金属氧化物半导体。
这样，镜头模块可以水平放置在机身内部，避免了原始垂直放置和超薄机身之间的冲突。
然而，这种方法也带来了新的问题。
当三棱镜反射光时，光强将在很大程度上减弱，因此在暗光条件下会出现曝光不足。
此外，CMOS的放置也不同于以前，从水平放置到垂直放置，因此，CMOS的高度受到主体厚度的限制。
这也意味着不能放置大尺寸的传感器，这限制了成像质量的进一步提高。
此外，长焦镜头模块的较大面积也占据了一定量的机身空，这需要在耐用性和散热方面做出牺牲。
这也给防抖等带来了新的挑战。
4.静止聚焦透镜
许多人错误地认为长焦镜头可以通过改变镜头的位置达到100倍的变焦。
然而，通过拆卸几个长焦镜头模块，我们发现这些镜头模块中没有可移动的镜头。
也就是说，远摄远摄镜头仍然是固定焦距镜头，其焦距不能改变。
不使用光学变焦的主要原因是实际光学变焦占用0+。
在2015年发布的华硕Zenfone Zoom上，我们可以看到，如此大的镜头模块最多只能实现3倍的光学变焦。
然而，不是因为光学设计的突破性发展，光学变焦现在可以实现5倍甚至10倍，而是因为连续变焦能力和相应的结构已经被放弃。
5.如何实现100倍变焦
华为P40 Pro+上的“远摄远摄镜头”支持“10倍光学变焦”，是目前所有手机中最高的，但仍无法实现“100倍变焦”。此时，需要“数字变焦”。
数码变焦指的是增加每个像素的面积，就像我们用手拉和放大照片一样，而不呈现更多细节。
然而，现在每个手机制造商都将使用该算法来提高分析能力。其原理是在判断现有像素周围的颜色后，插入算法添加的像素。
这也是手机制造商经常推广的“人工智能图像”的应用之一。
长焦镜头的本质是通过光学变焦和数字变焦的结合来达到50倍、60倍甚至100倍的变焦效果。
这确实有利于提高手机摄像头的可播放性，也是提高手机拍摄水平的有效方向。
与此同时，装有“长焦镜头”的手机一般都很贵。对绝大多数人来说，手机超远距离摄影并不是一个严格的高频需求。
我们还应该认识到，以这种方式实现的高放大倍率变焦的成像效果远不能与具有相同焦距的单反透镜相比。
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