第十章：手机摄像头实现光学变焦的七种方法

第十章：手机摄像头实现光学变焦的七种方法

光学变焦是通过镜头、物体和焦点位置的变化而产生的。 当成像面沿水平方向移动时，视角和焦距都会发生变化，远处的景物会变得更加清晰，使人感觉物体在前进。 显然，有两种方法可以改变视角。 一是改变镜头的焦距。 用摄影术语来说，这就是光学变焦。 变焦镜头的焦距是通过改变镜头中镜片的相对位置来改变的。 另一种是改变成像面的尺寸，即成像面的对角线长度。 在数码摄影中，这称为数码变焦。 事实上，数码变焦并不会改变镜头的焦距，而只是通过改变成像平面的对角线角度来改变视角，从而产生“相当于”改变镜头焦距的效果。

变焦镜头由固定镜头组和可变镜头组组成。 通过移动可变镜头组，改变成像光路，可以在一定范围内改变镜头的焦距，从而也改变拍摄视角。

变焦镜头的倍率是指长焦端的最大焦距与广角端的最小焦距的比值。

实现光学变焦的方法有很多种，下面简单介绍一下。

2.外伸缩式

卡片式数码相机的光学变焦多采用外伸缩结构。 由于其体积大、系统复杂，移植到手机上难度很大。 不过，三星却做到了，植入了缩小版的外置伸缩光学变焦摄像头。 走进手机机身，S5 Zoom就是它的代表作。

外伸缩光学变焦模组植入手机时，结构尺寸大，光电系统难度大，整机开发难度大，开发周期长，功耗高，外伸缩结构不利于用户使用、整机ID设计难度大等因素较多，所以该方案并不适合便携、轻薄的手机。

3.内伸缩式

为了更好地将传统机械光学变焦摄像头模组集成到手机中，小型化设计成为了解决方案。 夏普在2005年推出了紧凑型内伸缩式光学变焦模组，该模组像素为300万，外围尺寸缩小至20×10×23.5mm，可实现3倍光学变焦。 夏普和手机都配备了此类光学变焦模块，但业内最著名的光学变焦手机是诺基亚的N93和N93i，它们简直就是迷你DV。

内伸缩式成功缩小了摄像头模组的尺寸，并将整体伸缩结构改为单个镜头在模组内的移动，使得模组更容易安装在手机上。 但缺点是模组的高度太高，这使得手机的整体结构和ID设计变得非常困难。 诺基亚甚至独特地将摄像头设计在铰链上。 但现在是智能手机追求简约的时代。 在手机中设计更大的模块高度显然并不容易。

4.潜望镜

为了进一步降低伸缩式的高度，索尼等公司创造性地设计了潜望式光学变焦模组，即在镜头末端增加45度镜头，并将模组与手机平行放置，这样高度可以大大降低。 。 索尼T系列卡片数码相机的超薄机身就是采用这种设计完成的。

潜望式结构如果资源相对丰富的话，应用在智能手机上会是一个不错的选择。

5.双摄像头算法变焦

该公司推出了双摄像头系统，该系统由两个摄像头组合而成，其中一个是广角镜头，另一个是微距镜头。 工作时，两颗镜头同时拍摄远景和近景照片，并通过后端算法合成一张照片，支持实时光学变焦，保证图像质量一致。 与数码变焦不同，光学变焦的效果是通过放大小图像来获得的，但放大后图像质量明显下降。

6.MEMS变焦

谷歌曾申请过镜头专利。 镜头可配置两片不同厚度的板材，通过折射实现光学变焦功能。 简单来说，这项技术最大的优点就是非常适合在智能手机等小型数字设备中使用。 在不增加手机体积和功耗的情况下，可以实现一定倍数的光学变焦功能； 但它也有一定的局限性，那就是光学变焦倍率相对有限，镜头模组相对固定，无法由厂家定制。

7. 缩放

来自旧金山和新加坡的团队组建了工作室，提出了一种全新的光学结构。 用它制作的摄像头体积小，可以轻松植入手机中。

传统的变焦光学结构需要一组镜片在内部移动，调整彼此之间的距离，以实现不同的光路，达到变焦的目的。 提出了一种新的光学结构。 镜片之间的距离保持不变，但通过平移镜片来改变光路，就像特殊的双焦点镜片一样。

随着手机摄像头像素不断提高，成像质量不断提高，现在又加入了光学防抖并普及。 下一阶段增加光学变焦功能是必然趋势。 以上分享供参考。