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手機攝像頭實現光學變焦的七種方法

文章出處:admin 人氣:-發表時間:2018-08-15
  一、光學變焦原理

  光學變焦是通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發生變化而產生的。當成像面在水平方向運動的時候,視角和焦距就會發生變化,更遠的景物變得更清晰,讓人感覺像物體遞進的感覺。顯而易見,要改變視角必然有兩種辦法,一種是改變鏡頭的焦距。用攝影的話來說,這就是光學變焦。通過改變變焦鏡頭中的各鏡片的相對位置來改變鏡頭的焦距。另一種就是改變成像面的大小,即成像面的對角線長短在數碼攝影中,這就叫做數碼變焦。實際上數碼變焦并沒有改變鏡頭的焦距,只是通過改變成像面對角線的角度來改變視角,從而產生了“相當于”鏡頭焦距變化的效果。

  變焦鏡頭由固定透鏡組和可變透鏡組兩部分組成。通過移動可變透鏡組,改變成像光路,可以在一定的范圍內改變鏡頭的焦距,從而也改變了拍攝的視角。

  變焦鏡頭的倍率是指長焦端的最大焦距與廣角端的最小焦距之比。

  實現光學變焦的方法有多種,以下簡單介紹。

  二、外伸縮式

  卡片式數碼相機的光學變焦大多采用外伸縮式結構,由于體積大,系統復雜,移植到手機上使用的難度很大,然而三星卻做到了,將一顆縮小版的外伸縮式光學變焦攝像頭植入到手機機身內,GalaxyS5Zoom便是其代表作。

  外伸縮式光學變焦模組植入到手機,結構尺寸大、光電系統難度大、整機研發難度大、研發周期長、功耗高、外伸縮結構不利于用戶使用、整機ID設計難等不利因素多,因此該方案并不適合追求便攜、輕薄的手機搭載。

  三、內伸縮式

  為了更好的把傳統的機械式光學變焦攝像頭模組植入到手機中,小型化設計成一條解決思路。夏普在2005年就推出了小型化設計的內伸縮式光學變焦模組,該模組為300萬像素,外圍尺寸縮小到20×10×23.5mm,可實現3倍光學變焦。夏普V903SH以及V903SH手機就搭載了這類光學變焦模組,但業界最有名的光學變焦手機還是諾基亞的N93及N93i,簡直是一部迷你DV。

  內伸縮式成功地縮小了攝像頭模組尺寸,并且把整體伸縮的結構更改為單個鏡片在模組內的運動伸縮,使模組更容易搭載在手機上使用。但缺點是模組高度太高,以至于手機整機結構和ID設計難度很大,諾基亞更是別出心裁地將該攝像頭設計在轉軸部位。但當下是追求簡潔的智能手機時代,較大的模組高度顯然不容易設計到手機中。

  四、潛望式

  為了再把內伸縮式的高度降低,索尼等公司創造性地設計出潛望式光學變焦模組,即在鏡頭末端增加一個45度的鏡片,并將模組平行放置在手機上,高度得以大大降低。索尼的T系列卡片式數碼相機超薄的機身就是采用這一設計得以完成的。

  潛望式的結構,如果資源相對豐富,應用到智能手機上應該是非常棒的選擇。

  五、雙攝像頭算法變焦

  Corephotonics公司公布了一套雙攝像頭系統,是由兩個攝像頭組合而成,其中一個是廣角鏡頭,另一個是微距鏡頭。在工作的時候,兩個鏡頭同時拍攝出一張遠景和一張近景照片,通過后端算法合成一張照片,支持實時的光學變焦,且保證圖像質量一致。而不像數碼變焦,是通過取小幅圖像放大后得到光學變焦的效果,但圖像通過放大后質量明顯下降。

  六、MEMS變焦

  谷歌曾經申請的一項Alvarez鏡頭專利,鏡頭能夠配置兩個不同厚度的板塊,通過折射實現光學變焦功能。簡單地說,這種技術最大的好處就是非常適合小型數碼設備如智能手機使用,可以實現一定倍數的光學變焦功能,不增加手機體積和功耗;但它也存在一定局限性,便是光學變焦倍數相對有限、同時鏡頭模塊也相對固定,不能由廠商隨意定制。

  七、DynaOptics變焦

  來自舊金山和新加坡的團隊組成了DynaOptics工作室,他們提出了一種全新的光學結構。用它制造出的攝像頭體積很小,可很方便的植入手機。

  傳統的變焦光學結構需要一組鏡片內部移動調節彼此間距離以實現不同的光路,達到變焦的目的。DynaOptics提出了一個全新的光學結構,鏡片間距離不變,而是通過平移鏡片改變光路,就像是某種特殊的雙焦鏡片那樣。

  手機搭載的攝像頭從像素不斷拉高,到圖像質量不斷提升,到目前光學防抖的加入和普及,下一階段加入光學變焦功能成必然趨勢。以上分享參考。
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