手机狙击DC的终极必杀技
向数码相机宣战的手机
16年前，夏普第一次让手机与摄像头“联姻”，推出了世界上首款拍照手机：J-S H 0 4（图1）。虽然J-SH 0 4的摄像头只有11万像素，但它却开创了人们用手机（摄像头）记录生活中点滴记忆的先河。如今，手机摄像头的像素值早已突破了410 0万大关，并凭借可随时利用APP编辑美化和在互联网端分享的特性，不断蚕食着本属于数码相机的生存空间。每逢节假日的旅游景区，你会发现80%以上的游客都会使用手机拍照摄影，而余下的15%则是扛着“长枪大炮”（单反）的专业户，卡片式DC生存的艰难可见一斑。
难以逾越的鸿沟
如果你再仔细观察一下，那些用户手中的卡片式DC还有一个共性：大都具备10倍～30倍的光学变焦能力（图2），可以清晰地记录下更远距离的风景。反观我们手上的手机，哪怕它有着动辄20 0 0万级别的摄像头，其最终的成像效果会随着取景框画面的放大而出现跨越性的缩水。作为数码相机最关键的特点——“光学变焦”的缺失，让手机始终无法直面长焦卡片机的挑战，“望洋兴叹”于远处的美景。究其原因，则是手机与传感器的物理结构限制决定的。
轻薄，是时下智能手机的发展方向。而轻薄手机摄像头专用的传感器，也自然要以辅助手机“瘦身”为己任。问题来了，只有指甲盖大扩展阅读小、5 mm左右厚度的传感器里不可能容纳复杂的物理机构（图3），也就是没有可供光学镜片移动的空间和轨道，进而与光学变焦绝缘。
光学和数码变焦的差别
光学变焦(Optical Zoom)与数码变焦(Digital Zoom )虽然都是辅助拍摄被放大物体的技术，但它们在原理上却存在云泥之别。其中，光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的接近无损的放大效果，也就是利用摄像头内光学镜片的移动来实现焦距的移动。光学变焦的倍数越大，就需要更多的光学镜片以及足够的位移距离。而数码变焦实际就是一种单纯将画面局部放大的功能，通过软件层面的插值算法优化弥补画面放大带来的损失。
虽然很多手机厂商主打摄像头内会塞进更多的光学镜片（图4），但它们的作用只是用于增加透光率、改善画质，和光学变焦没有半毛钱关系。为了让手机获得光学变焦的能力，催生了与其相关的周边外设，比如，套在手机摄像头上面的外置变焦镜头（图5）、可通过W i -F i与手机相连并套在手机上的无线摄像头等等（图6）。
然而，让手机像单反一样“架设大炮”显然有违其移动性的初衷，也因此外置镜头只是小众用户的玩物。那么，以轻薄安身立命的手机就真的与光学变焦无缘了吗？
支持30倍光学变焦的索尼HX90V
光学变焦的先行者们
实际上，手机的“前辈们”始终在尝试融入光学变焦镜头的道路上艰难前行中，并逐渐衍生出了“内伸缩式”、“外伸缩式”（这两种又统称为“沉胴式镜头”）和“潜望式”三种形态。
“内伸缩式”镜头
顾名思义，“内伸缩式”就是将光学镜片位移的轨道隐藏在整个摄像头模组内，在进行光学变焦的过程中镜头不会凸出。遗憾的是，现有技术很难将这类整体伸缩的结构密封在太小的空间里（至少要2 0 m m厚），如何将硕大尺寸的摄像头模组塞进手机，对厂商的设计实力提出了严峻的挑战。因此，“内伸缩式”摄像头仅在功能机时代昙花一现，最具代表性的产品就是诺基亚N93/N93i（图7），它别出心裁地将支持3倍光学变焦的“内伸缩式”摄像头设计在了转轴部位。至于代价，则是犹如小型DV的臃肿体积，以及吓退普通消费者的“天价”。除了N93系列，夏普V903SH和V903SH也武装过这种摄像头，只是它们的知名度没有诺基亚那般响亮而已。
“外伸缩式”镜头
“外伸缩式”镜头是卡片式D C 最常用的光学变焦结构，在未开机或未打开相机程序时，镜头筒隐藏在手机上的套筒内，开机拍摄时镜头才会探出与机身一体的套筒，并随着变焦调节进行机械上的前后位移。由于这种形态的镜头模组需要复杂精密的结构和马达等单元，在体积上比“内伸缩式”镜头还要夸张很多。因此，无论是功能机还是现在的智能机，“外伸缩式”变焦手机都是非常小众的存在。其中，功能机时代的代表有三星SCH-M339、SCH-V770（图8）和天语C700等；而智能机时代则以三星M8920、LG L-03C（这两款其实只能算是准智能机）、Alteck A14 LEO等。
最近几年，唯有三星还在“外 伸缩式”变焦领域耕耘，Galaxy S5 Zoom和Gala x y K Zoom则是知名度最高的拍照手机（图9）。可惜，Zoom系列的Galaxy不仅体积堪称巨无霸，在配置方面也要落后同期Galaxy机型很多。
“潜望式”镜头
“潜望式”镜头最早的初衷是帮助卡片式D C进一步瘦身，它将变焦镜头所需的深度转为垂直或横置方式，从而达到缩减机身厚度的目的。“潜望式”和“内伸缩式”结构类似，在变焦的过程中镜头并不向外伸出，而是通过镜片在内的转动/移动达到变焦目的。理论上讲“潜望式”镜头是手机的绝配，只是历史上只有索尼爱立信时期的SO905ics采用了这一镜头技术，而其体积也足以媲美卡片式DC（图10），也没能掀起什么风浪。
“潜望式”的新旅程
在追求轻薄的智能手机时代，“潜望式”镜头终于随华硕最新的Zenfone Zoom迎来了“第二春”，这款11.95mm厚度的产品也因此成为了全球最薄的支持3倍光学变焦的智能手机。在产品宣传页上，Zenfone Zoom突出了“10枚HOYA镜片”这一特点（图11）。那么，在相对纤薄的机身里，它又是如何塞进了如此之多的镜片呢？要知道，其他智能手机的摄像头镜片只有5片～6片而已。
这就是潜望式镜头结构的优势。简单来说，ZenFone Zoom采用了HOYA的三倍光学变焦镜头，并在其基础上进行了二次反射（图12），并把镜头的每一片镜片削成D字形（而不是传统镜片的圆形），进一步削减了镜头模块的厚度。
如果说“内伸缩式”和“外伸缩式”变焦镜头占用的是纵向空间，那ZenFone Zoom所用的“二次反射潜望式镜头”就需要更多横向空间的支持了。因此，你会发现这款手机的摄像头模块采用了长方形结构，内部的10枚镜片则呈“凹”字排列，凹字两个顶点分别对应镜头和传感器，而中间下凹的横线处则排列着可横向位移实现变焦的光学镜片，这些镜片则通过边缘的两次折射最终让画面得以“传输”（图13）。
为了精准控制变焦时镜片移动的距离，以及优化成像算法，ZenFone Zoom的摄像头模块还包括集成多颗芯片的控制模块，并通过电路排线与摄像头模块相连（图14）。如此复杂的物理结构，注定要占用5倍～6倍传统手机摄像头的空间（图15）。因此，ZenFone Zoom在变焦手机中属于轻薄之冠，但与同尺寸的普通智能手机相比就略厚实了。还好，该产品背部采用了曲线设计，边框部分的厚度只有5mm，握起来还是比较舒服的。
那么，光学变焦和数码变焦的拍照效果到底有多大差距呢？我们以ZenFone Zoom（1300万光学变焦）和 华 为M ate 8（1600万像素数码变焦）为例，在自动拍照模式下以最大倍数变焦拍摄玩偶，并将玩偶发丝部分放大到100%进行比较（图16）。通过对比可见，经数码变焦放大拍摄的照片细节损失严重，而光学变焦的细节保存相对完好，可以清晰看到发丝纹路。而这，就是光学变焦为手机带来最显著成像效果的改善。
需要注意的是，光学变焦技术只能提高镜头清晰记录远距离物体的能力，如果拿ZenFone Zoom和Mate8在不变焦的情况下比拼拍照效果，后者的效果反而要在ZenFone Zoom之上。现阶段影响手机拍照效果的因素主要还得看传感器型号和对焦技术。相关内容请参考本刊2 015年12期《像素说明不了问题 手机摄像头如何拍出好照片》和2 015年17期《抓住转瞬即逝的机会 浅谈手机的对焦技术》这两篇文章。
改善变焦成像的其他手段
受限于光学变焦镜头的成本和（占用）空间缺陷，注定绝大多数手机没有机会享用。因此，不少厂商开始另辟蹊径，通过其他软硬件结合的手段，让传统尺寸摄像头模块也能改善数码变焦的成像效果。比如，为手机武装双摄像头，并通过软件算法弥补数码变焦带来的画质损失；谷歌申请的Alvarez镜头专利（MEMS）在传统大小摄像头内融入了两个不同厚度的板块，通过折射实现光学变焦功能；国外DynaOptics工作室也提出了一种有利于手机摄像头模组瘦身的光学变焦结构。
此外，像诺基亚从Nokia 808引入的“纯景PureView”技术（图17），以及OPPO手机等品牌提出的“超清画质”技术，它们也是基于软件算法提升变焦效果的手段。以“超清画质”技术为例，它是通过一次拍多张照片，通过算法将图片中细节丰富的地方进行还原，再合成为一张5000万像素的图片。
小结
总之，在手机没有获得光学变焦能力之前，以长焦为卖点的卡片式DC依旧有着充裕的生存土壤。而随着华硕ZenFone Zoom的上市，我们看到了“潜望式”镜头的发展潜力：让手机在轻薄的基础上获得撼动长焦DC的生存机会。ZenFone Zoom只是开始，不知道下一款光学变焦手机会出自谁之手呢？
本图来自PCHome
本图来自手机中国
本图来自PCHome
