一、光學(xué)變焦原理

光學(xué)變焦是通過(guò)鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，視角和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺(jué)像物體遞進(jìn)的感覺(jué)。 顯而易見(jiàn)，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(lái)說(shuō)，這就是光學(xué)變焦。通過(guò)改變變焦鏡頭中的各鏡片的相對(duì)位置來(lái)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(duì)角線長(zhǎng)短在數(shù)碼攝影中，這就叫做數(shù)碼變焦。實(shí)際上數(shù)碼變焦并沒(méi)有改變鏡頭的焦距，只是通過(guò)改變成像面對(duì)角線的角度來(lái)改變視角，從而產(chǎn)生了“相當(dāng)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(guò)移動(dòng)可變透鏡組，改變成像光路，可以在一定的范圍內(nèi)改變鏡頭的焦距，從而也改變了拍攝的視角。

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變焦鏡頭的倍率是指長(zhǎng)焦端的最大焦距與廣角端的最小焦距之比。

實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦的方法有多種，以下簡(jiǎn)單介紹。

二、外伸縮式

卡片式數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)變焦大多采用外伸縮式結(jié)構(gòu)，由于體積大，系統(tǒng)復(fù)雜，移植到手機(jī)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(xué)變焦攝像頭植入到手機(jī)機(jī)身內(nèi)，Galaxy S5 Zoom便是其代表作。

外伸縮式光學(xué)變焦模組植入到手機(jī)，結(jié)構(gòu)尺寸大、光電系統(tǒng)難度大、整機(jī)研發(fā)難度大、研發(fā)周期長(zhǎng)、功耗高、外伸縮結(jié)構(gòu)不利于用戶使用、整機(jī)ID設(shè)計(jì)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(jī)搭載。

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三、內(nèi)伸縮式

為了更好的把傳統(tǒng)的機(jī)械式光學(xué)變焦攝像頭模組植入到手機(jī)中，小型化設(shè)計(jì)成一條解決思路。夏普在2005年就推出了小型化設(shè)計(jì)的內(nèi)伸縮式光學(xué)變焦模組，該模組為300萬(wàn)像素，外圍尺寸縮小到20×10×23.5mm，可實(shí)現(xiàn)3倍光學(xué)變焦。夏普V903SH以及V903SH手機(jī)就搭載了這類(lèi)光學(xué)變焦模組，但業(yè)界最有名的光學(xué)變焦手機(jī)還是諾基亞的N93及N93i，簡(jiǎn)直是一部迷你DV。

內(nèi)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(jié)構(gòu)更改為單個(gè)鏡片在模組內(nèi)的運(yùn)動(dòng)伸縮，使模組更容易搭載在手機(jī)上使用。但缺點(diǎn)是模組高度太高，以至于手機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)和ID設(shè)計(jì)難度很大，諾基亞更是別出心裁地將該攝像頭設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)軸部位。但當(dāng)下是追求簡(jiǎn)潔的智能手機(jī)時(shí)代，較大的模組高度顯然不容易設(shè)計(jì)到手機(jī)中。

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四、潛望式

為了再把內(nèi)伸縮式的高度降低，索尼等公司創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出潛望式光學(xué)變焦模組，即在鏡頭末端增加一個(gè)45度的鏡片，并將模組平行放置在手機(jī)上，高度得以大大降低。索尼的T系列卡片式數(shù)碼相機(jī)超薄的機(jī)身就是采用這一設(shè)計(jì)得以完成的。

潛望式的結(jié)構(gòu)，如果資源相對(duì)豐富，應(yīng)用到智能手機(jī)上應(yīng)該是非常棒的選擇。

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五、雙攝像頭算法變焦

Corephotonics公司公布了一套雙攝像頭系統(tǒng)，是由兩個(gè)攝像頭組合而成，其中一個(gè)是廣角鏡頭，另一個(gè)是微距鏡頭。在工作的時(shí)候，兩個(gè)鏡頭同時(shí)拍攝出一張遠(yuǎn)景和一張近景照片，通過(guò)后端算法合成一張照片，支持實(shí)時(shí)的光學(xué)變焦，且保證圖像質(zhì)量一致。而不像數(shù)碼變焦，是通過(guò)取小幅圖像放大后得到光學(xué)變焦的效果，但圖像通過(guò)放大后質(zhì)量明顯下降。

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六、MEMS變焦

谷歌曾經(jīng)申請(qǐng)的一項(xiàng)Alvarez鏡頭專(zhuān)利，鏡頭能夠配置兩個(gè)不同厚度的板塊，通過(guò)折射實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦功能。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這種技術(shù)最大的好處就是非常適合小型數(shù)碼設(shè)備如智能手機(jī)使用，可以實(shí)現(xiàn)一定倍數(shù)的光學(xué)變焦功能，不增加手機(jī)體積和功耗；但它也存在一定局限性，便是光學(xué)變焦倍數(shù)相對(duì)有限、同時(shí)鏡頭模塊也相對(duì)固定，不能由廠商隨意定制。

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七、DynaOptics變焦

來(lái)自舊金山和新加坡的團(tuán)隊(duì)組成了DynaOptics工作室，他們提出了一種全新的光學(xué)結(jié)構(gòu)。用它制造出的攝像頭體積很小，可很方便的植入手機(jī)。

傳統(tǒng)的變焦光學(xué)結(jié)構(gòu)需要一組鏡片內(nèi)部移動(dòng)調(diào)節(jié)彼此間距離以實(shí)現(xiàn)不同的光路，達(dá)到變焦的目的。DynaOptics提出了一個(gè)全新的光學(xué)結(jié)構(gòu)，鏡片間距離不變，而是通過(guò)平移鏡片改變光路，就像是某種特殊的雙焦鏡片那樣。

手機(jī)搭載的攝像頭從像素不斷拉高，到圖像質(zhì)量不斷提升，到目前光學(xué)防抖的加入和普及，下一階段加入光學(xué)變焦功能成必然趨勢(shì)。