如何光学变焦手机双摄像头背后的秘密

如何光学变焦手机双摄像头背后的秘密

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来源：《电脑爱好者》2016年第20期

光学变焦在智能手机领域不是什么新鲜事物，远有三星Galaxy Zoom，近有华硕Zenfone Zoom。可惜，此类支持光学变焦的手机普遍非常厚实，并不符合时下手机纤薄化设计的发展潮流。而iPhone 7 Plus的出现，则让轻薄手机首次拥有了光学变焦能力。那么，它是如何实现的？

光变手机厚就一个字

光学变焦在手机领域并不是什么新鲜的感念。早在诺基亚塞班系统一统江湖的时代，

N93/N93i手机就通过“内伸缩式”摄像头获得了3倍光学变焦功能（图1）。Android系统崛起后，三星Galaxy S5 Zoom和Galaxy K Zoom也通过“外伸缩式”摄像头实现了光学变焦（图2）。可惜，伸缩式摄像头需要非常厚的相机模组，让手机变得和卡片DC没什么差别，非常影响便携性。于是，一种名为“潜望式”的摄像头技术便出现了。

华硕在2016年初推出的Zenfone Zoom手机，就是“潜望式”摄像头的代表。简单来说，如果“内伸缩式”和“外伸缩式”变焦镜头占用的是纵向空间（图3），那“潜望式”摄像头占用的就是横向空间，利用反射原理，在更薄的相机模组中实现了3倍光学变焦的能力（图4）。

问题来了，即便ZenFone Zoom大幅压缩了光学变焦相机模组的厚度，但手机依然偏厚（11.95mm），在智能手机普遍只有7mm～8mm纤薄身材的大环境下，相对厚实的ZenFone Zoom依旧属于“小众”风格。因此，它并没能在智能手机领域掀起太大波澜，属于叫好不叫座的典型代表。

作为智能手机领域的标杆产品，苹果旗下的iPhone素以拍照效果强悍著称。然而，在Android手机普遍以双摄像头加持的大环境下，iPhone领先的拍照优势正在逐渐稀释，这显然不是苹果想看到的结果。于是，苹果在iPhone 7 Plus身上也引入了双摄像头技术，并首次在7.3mm厚的机身里实现了光学变焦！虽然只是2倍的光变，那也算是开创了历史。

iPhone 7 Plus的“两只眼睛”

iPhone 7 Plus的两颗摄像头虽然都是1200万像素，但它们的参数和作用却有着云泥之别。以图5为例，iPhone 7 Plus左边的摄像头为1200万像素广角镜头，拥有f/1.8光圈和

28mm的等效焦距，而且支持光学防抖技术。iPhone 7 Plus右边的摄像头为1200万像素长焦镜头，它的光圈大小为f/2.8，等效焦距为56mm且不支持光学防抖。

之所以在这里强调“光学防抖”是有原因的。以华为P9、荣耀V8、酷派Cool1、红米Pro

为代表的双摄像头手机（包括黑白+彩色传感器组合和普通+景深传感器组合）都因双镜头结构

和技术的限制，无法加入光学防抖功能。更深层次的因素就是它们的双摄像头需要“协同作战”，所以很难给单一的摄像头赋予光学防抖的能力。

而iPhone 7 Plus的双摄像头和LG G5/G5 SE很像。虽然LG的这两款手机是双摄像头（由1600万像素普通镜头和800万像素广角镜头构成），但它们只能独立工作，同一时间只能选择其中一颗摄像头拍照。因此，LG可以轻松地为其中的1600万主摄像头集成光学防抖功能。iPhone 7 Plus和LG G5/G5 SE最大的差别在于，两颗镜头可以独立工作，也能携手作战。

“有损”的2X光学变焦

虽然苹果将iPhone 7 Plus身上的那颗56mm焦距摄像头称为“长焦镜头”，但它其实还达不到真正意义上的长焦，只是放大倍数比28mm广角镜头高了1倍而已。iPhone 7 Plus的28mm 广角镜头拍摄风景非常完美（图6），但若拍摄人像就需要拉近镜头与人物之间的距离。而56mm镜头则在同等距离可以放大画面中的人物（图7），特别是在拍摄肖像时可有效避免照片变形问题。

iPhone 7 Plus进入2X光学变焦拍照模式非常简单，打开相机APP后，点击一下取景框下面圆形的1X图标就能切换到2X模式（图8）。如果还需进一步变焦（光学变焦），只需按住这个圆圈作个顺时针半圆的滑动即可。

像Galaxy Zoom和ZenFone Zoom一类的光学变焦手机，在从1X光变切换到2X时，都是通过镜头内镜片模组的移动实现的，从而可以获得被拉近（放大）的“无损”照片。

而iPhone 7 Plus从1X切换到2X变焦则没有上述的物理位移，它只是当相机APP进入2X 拍照模式时，瞬间屏蔽广角镜头并启动长焦镜头，也就是当广角镜头变焦达到最远时，由长焦镜头接过变焦的任务（图9），给人的感觉则是取景框内的画面被拉近了一样。

换句话说，iPhone 7 Plus的广角镜头只负责2X以内的拍摄任务，而2X或更高的变焦，则通过长焦镜头完成。没错，iPhone 7 Plus并非我们预想的那般是通过双摄像头合成实现连续的光学变焦，只是两个摄像头之间的交接班而已。

因此，在2X光学变焦模式下，虽然可以获得被放大的画面，但由于iPhone 7 Plus的广角镜头光圈小且不支持光学防抖，所以在2X下拍照时手抖对成像的影响非常明显，而且照片亮度和细节也会有所损失。

总之，iPhone 7 Plus只是带来了类似2X光学变焦的体验，但2X模式下拍出的照片是“有损”的（相对于广角镜头1X拍照而言）。

值得期待的携手作战

此时可能有读者会提出疑问，如此一来iPhone 7 Plus不就变成了LG G5系列一样的“伪双摄像头”了吗？摄像头只能非A即B地工作，完全没有发挥出双镜头应有的合成优化效果。

实际上，苹果早就做好了让iPhone 7 Plus的双摄像头携手作战的计划，也就是让它拍摄出具有强烈景深效果的照片（图10）。可惜，受限于软件优化和调试的拖累，这项功能需要下次系统更新才能够真真切切地使用上。

简单来说，iPhone 7 Plus的景深效果原理就与其他双摄像头技术很像了。根据苹果提供的资料来看，iPhone 7 Plus在拍摄景深时，会由广角镜头拍摄主要物体，而长焦镜头采集背景画面和距离信息，最终将两张照片合成。

在合成的过程中就轮到A10 Fusion（iPhone 7系列搭载的四核处理器）里面集成的ISP （Image Signal Processor）图像处理器接管了（图11）。这个ISP拥有先进的机器学习技术，它可以对照片中的面部和人体进行识别，可在25毫秒内完成1000亿次运算，从而轻松搞定自动曝光、白平衡、广色域捕获、色调映射、图像降噪等参数的微调，并对两个摄像头采集的图像和景深信息进行处理，合成一张最能令用户满意的照片。据悉，iPhone 7 Plus的景深效果可以在屏幕上实时看到，为了缓解2张1200万像素照片合成计算时所需要的庞大数据处理压力，苹果才会给iPhone 7 Plus配备了更大的3GB内存。

小结

看到这里，相信你已经对iPhone 7 Plus的双摄像头技术和背后的光学变焦原理有了初步的认识。在苹果放出支持景深拍照功能的系统更新以前，iPhone 7 Plus除了可以拍摄2X光学变焦的“有损”照片以外，正常拍摄时的效果和iPhone 7没有分别（图12）。至于和配备双摄像头的Android阵营手机相比，iPhone 7 Plus双镜头的可玩性还有很大的提升空间。毕竟几乎所有