發燒學堂：往手機里放能打鳥的光學變焦到底多難

攝影界最拉風的時候莫過於公園裡眾大爺大媽一齊秀出他們的長槍短炮的時候，縱使平常在景區里你的智能手機輕便好用畫質還不錯最重要的是分享朋友圈又快又很難看出跟他們手裡的單反拍出的有啥區別，但人家的主題一旦上升到近可打鳥遠可拍飛機，你就只能躲的遠遠的了……沒錯，儘管手機已經接管了無數數碼產品甚至相機的功能，但長焦鏡頭的存在依然是越不過的坎兒。

發燒學堂:往手機里放光學變焦到底有多難

說到變焦，就有必要給不怎麼攝影的朋友區分下幾個概念，變焦與對焦，光學變焦與數碼變焦；這裡就不再多扯焦距焦平面這樣更加晦澀的概念了，簡單來說「變焦」（以鏡頭拉遠，即長焦為例）是管遠近，也就是將遠處的細小物體可以拍的與近處同樣清晰，而「對焦」則是使畫面變清晰的過程。

兩者都涉及鏡頭組的移動，比較明顯的是變焦過程，而且即便都是為了變焦，各家鏡頭移動的策略也不盡相同。具體到拍攝者的操作上，變焦需要比較明顯的「擰變焦環」的動作，而對焦過程除了老司機、手動鏡頭以及故意追求全虛化效果的人來說，在如今已經幾乎不需要人來操作，而是自動由對焦馬達驅動鏡頭模組輕微移動來實現。

變焦過程與鏡頭模組

光學變焦不同焦距下能實現同樣水平的畫質

對焦過程

而智能手機上的主攝像頭、也就是絕大多數情況下的後置攝像頭早已實現了「自動對焦」的功能，單反相機那樣的「對焦馬達」也嵌入到了手機的攝像頭模組當中，根據近年來出現在手機上的對焦技術的差異，比如激光、相位輔助、雙像素等，對焦馬達也有普通VCM音圈馬達、閉環馬達、中置馬達等類型。

音圈馬達

三星Galaxy Nexus的鏡頭模組分解（Voice Coil為音圈馬達）

所以，留給手機的問題就只剩「變焦」了。然而，簡單的看過上面Leica鏡頭的拆解圖和三星Galaxy Nexus的鏡頭目前已有的結構，你大概也能猜得到，之所以無法實現光學變焦功能，大多是因為手機的體積所限，畢竟與對焦過程相比，變焦涉及到的鏡頭移動範圍非常之大，而目前普遍的主流手機整體厚度才6~7mm，即便可以像iPhone 6以後那樣鏡頭模組凸出於機身，也並不容易將如此複雜的結構塞到半截小指頭都不到的體積里。

70-200mm F2.8鏡頭斷面

況且，目前諸如OIS光學防抖這樣的功能變的越來越重要和普及，本來就受限的體積里還要為此容納更多的機械結構；其次手機的主攝像頭普遍擁有6片左右的鏡頭，而這在單反鏡頭當中大概要算最少最簡單的鏡片組成；第三單反上大光圈或恆定光圈與可變焦範圍的矛盾對於越來越追求大光圈的智能手機來說同樣無解……

索尼外掛鏡頭

當然你以為這樣就會阻擋手機廠商們那顆攝影師的熱心么？當然不，我們也不是沒見識過為此推出的各類外形奇葩的產品，比如10倍光學變焦的三星Galaxy Zoom系列，比如潛望式鏡頭的華碩ZenFone Zoom系列，比如索尼QX100這樣的外掛鏡頭，還有Moto Z那樣的哈蘇變焦攝影模塊……

無論是外掛還是整合到手機里，它們也始終沒有跳出必須為此增大體積的窠臼，像索尼的伸縮鏡頭、Moto Z的哈蘇模塊以及三星Zoom乾脆採用了最直接的伸縮鏡頭變焦，變焦比高達10倍左右的同時體積也十分顯著，而華碩ZenFone Zoom沒有這麼激進採用的是類似索尼經典T系列卡片機的潛望鏡式鏡頭結構，雖然機身體積增大並不明顯，但變焦比也僅有三倍，現實就是如此殘酷。

不像隨身帶個這麼大塊頭的「光學變焦」手機的，也有蔡司等等鏡頭廠商專門為手機推出的長焦鏡頭，兩三倍的還算靠譜，10倍以上的么……呵呵

即使是OPPO今年年初推出的「5倍光學變焦」，長焦鏡頭也是採用類似潛望鏡的橫置方式來實現，而且從渲染圖並未看出機械結構的存在，我們不得不猜測1~5倍之間的光學變焦也是通過演算法和裁切而非機械的鏡組移動來實現。

除了光學結構這樣的硬體實現之外，不少廠商也在用軟體演算法實現比「數碼變焦」更好但實際仍不是「光學變焦」的變焦功能，為了宣傳上給自己留後路，通常也不直接以光學變焦來標榜，而是雙攝變焦、超清畫質或者標稱2000萬像素而光變只能用1200萬像素等等。

2倍雙攝成像原理

至於無變焦情況下的1200萬像素與2000萬像素大小的照片，可以看做前者是1200萬彩色與2000萬黑白「超採樣」壓縮至1200萬黑白（比如諾基亞808的將8個像素壓縮成為一個pure像素）之後的合成，後者則是1200萬彩色與2000萬黑白直接合成。

理論上選擇2000萬像素照片大小的情況下由於彩色鏡頭僅有1200萬像素，最終合成的樣片可能損失部分色彩信息，而選擇1200萬像素照片大小則並沒有這樣的問題，也是上圖的三種情況當中理論畫質最佳的狀況。

輕薄、大光圈這些未來趨勢統統站在了光學變焦的對立面，因此短時間內還是不要期待手機能實現數倍的實質意義上的光學變焦功能，而雙攝變焦與OPPO的5倍變焦倒是個軟硬結合的不錯的思路，雖然深追究下去中間的過程仍然會有不同程度上的畫質損失，但至少會有演算法補足，比以往單純的插值帶來的數碼變焦更加對得起畫質強迫症的追求。

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