高端双摄玩法进阶 光学变焦挑战多

来源:1 作者:王振鹏 时间:2017-06-08 11:13

兴芯微

双摄在高端机型的快速覆盖,推动了双摄玩法的创新。2016年9月iPhone7 Plus发布,其创新性的采用两组定焦镜头实现2倍的光学变焦,为双摄的功能创新提供了一个新的方向。光学无损变焦相较于传统的数码变焦,在望远拍摄放大远方物体时,能提供更多的像素信息,直观效果就是放大之后图像细节更加清晰锐利。一直以来,在手机上实现光学变焦都是消费者所向往的,为提升产品竞争力满足市场需求手机厂商们在这方面不断的尝试创新,近两年尤为凸显。

对于实现手机光学变焦的方式,目前来说有两种。一种是采取两个不同焦距的定焦镜头来实现,比如现在的iPhone7 Plus和OPPO的新款机型,这种模式下是必须要双镜头配合才能实现的。这种模式下是通过算法将两个不同焦段的图像数据进行融合来获得,通俗的来讲,其光变就是不同焦段的镜头负责不同距离的场景拍摄。江浩博士告诉记者,这种方法的好处是镜头相对简单,不需要复杂的镜头控制机构和精密的镜片移动,但是变焦过程中的用户感受将很大程度上取决于算法的平滑程度和融合能力。记者了解到,在iPhone7 Plus发布初期,就有媒体测试发现iPhone7 Plus变焦过程不流畅,而事实正是算法优化不到位而导致的,苹果后期也表示将通过系统升级优化算法解决。

上海兴芯微电子科技有限公司算法总监江浩博士

另外一种是采用类似于单反的变焦镜头,在镜头内部安置多块可精密控制移动的镜片,通过镜片之间相对位置的移动来实现等效镜头焦距的变换,这种模式是不需要双镜头的配合就可以实现变焦的,并且是真正的光学变焦。据了解,市场上早期也出现过采用此种方案的手机,其中三星出品的Galaxy zoom便是这种方案的代表作品。不过Galaxy zoom搭载光学变焦的功能在产品上却没有得到消费者的认可,由于复杂的镜头模组大幅的增加了手机厚度,降低了便携性与手机一向追求的手感。在产品形态上看,更被消费者吐槽像是一部拥有手机功能的相机。最终,Galaxy zoom虽然搭载了光学变焦却并没有在手机圈流行起来,经过两代的更迭就消失在三星的产品线中。另外,上海兴芯微电子科技有限公司算法总监江浩博士还表示这种方式除了增加镜头厚度之外,这种变焦镜头的复杂程度和制造成本相比传统的定焦镜头都会大幅度上升,其变焦速度较低,也无法配备大光圈进而可能影响成像效果,这也是手机厂商们没有选取这种变焦方案的原因之一。

目前多数手机厂商的方案都是采用第一种,通过两组定焦镜头的接力实现光学变焦。确立了第一种方案的方向,在实现更高倍率的变焦的引导下,潜望式镜头被引入到手机镜头。随着OPPO率先对外发布基于该原理的无损变焦技术,潜望式双摄也正式开始走入消费者的关注视野中。

都是通过两组定焦镜头实现无损变焦,那iPhone的直立式与OPPO的潜望式又有什么不同呢?江浩博士对记者解释称,iPhone7 Plus所采用的直立式双摄与oppo发布的潜望式双摄在实现光学(无损)变焦的方式上本质是同源的,都是利用两个固定焦距的相机实现无损的变焦技术。不同的是潜望式无损变焦的变焦倍率更大(5倍),而直立式的变焦倍率略小(2倍)而已。

格科微电子有限公司市场部经理杨慎杰

格科微电子有限公司市场部经理杨慎杰也解释到,由于手机上的光学变焦是通过两颗焦距不同的模组切换和融合来实现的,而长焦的光学系统决定了整个光学变焦可以支持到几倍变焦,但是长焦镜头的TTL(镜头全长)是很难降低的,所以市面上直立和潜望两种模组方式分别是在Z方向或X方向增加镜筒长度来满足TTL的需求,这也是采用潜望式双摄能摆脱手机厚度限制,实现更高倍率无损变焦的原因。

潜望式双摄光学变焦通过镜头的分工与合作在不同场景下更出色的完成拍摄,同时解决了过去采用长焦镜头而导致镜头突出或手机厚度增加的问题,在长焦镜头的选择上也有更大的空间,能更好的满足远景拍摄需求。

潜望式镜头好处多但相比传统的直立式镜头,仍有不少技术挑战要克服。杨慎杰称,潜望式镜头满足了TTL的需求摆脱了手机厚度限制,但潜望式镜头模组X方向和Y方向尺寸较大,对于手机堆叠和ID设计也有一定的挑战。江浩博士也补充到,潜望式镜头往往无法配备大光圈从而可能影响成像质量,而且长焦镜头对模组防抖性能提出了很高的要求。同时由于变焦过程非相机常见的那种物理光学变焦,变焦过程的流畅性和连续性与平台的算法息息相关,这是做双摄的厂商需要不断完善的地方。

防抖处理挑战多 潜望式双OIS更具优势

正如上文所述,光学变焦在拍摄远景方面有着天然的优势,但在高倍率放大望远拍摄时,数码或光学变焦在将远处景物放大、视角缩小的同时,也会将手抖的影响放大,轻微的抖动都可能导致成像失败,所以不管是手机还是相机,光学变焦往往伴随着光学防抖功能,以弥补望远拍摄容易糊片的缺陷增加成片率。市面上单镜头的旗舰机型如iPhone6s Plus、小米5s、三星Galaxy s7等都有OIS光学防抖功能,然而,到了双摄时代,过去单镜头非常容易做到的手机光学防抖,在双摄机型上却难以部署,仅少数高端双摄机的单镜头有搭载。

江浩博士告诉记者,因为双摄对画面要求高一致性,如果两个镜头都采用光学防抖,它们之间的抖动是无法做到完全同频的,强行采用效果可能适得其反。据了解,iPhone 7 Plus只有一颗镜头采用了OIS光学防抖,就是为了规避双OIS抖动无法同频的问题。

除无法抖动同频的问题之外,双摄还存在磁干扰的问题。两颗镜头模组安装在同基板或同支架上,距离较小磁干扰难免,这将对OIS防抖移动补偿产生影响。当然要说明一点的是单镜头的OIS光学防抖也是存在这个问题的,双OIS这个问题的严重性将会放大,这也是双摄做光学防抖的技术挑战之一。

对于潜望式镜头来说,相比传统的直立式双摄有一个优势。杨慎杰对记者表示,潜望式模组搭配广角模组时由于磁路有一定距离干扰小,未来还是可以做到双OIS的。不过他也坦诚随着潜望模组光学倍率的变高,它与广角模组之间的融合算法难度也会变的更高。另外,双OIS也会带来物料成本的增加,对制造工艺要求更高这必然会影响量产时的良率,总而言之,成本依然是双摄发展的制约因素。据OPPO公开资料显示,潜望式模组光线从镜头到CMOS发生了90度的转弯,除了上述直立式双摄会遇到的问题之外,棱镜对光线的折射效果也将影响最终的成像质量。对棱镜防抖的处理也将是厂商需要面对的问题。而对这些问题的处理,可以说都处于探索尝试的阶段。江浩博士表示,正是因为潜望式双摄防抖处理难度大,所以在面对消费者宣传时,非常强调自己的防抖技术,防抖性能的好坏将在很大程度上影响着其望远拍摄体验。

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