手机拍照的硬件极限在哪里?

2019-11-28 17:21:24 2点赞 5收藏 2评论

因为手机上已经大底、1亿、5摄了,所以ET想从硬件层面上探讨下手机拍照的极限在哪里。

★前置条件★

目前手机的整机厚度通常在8mm左右,拍照部分最厚处约10mm。这决定了摄像头模块特别是透镜部分的尺寸。

注意:这个10mm是包含手机外壳的。在这个厚度下,目前已知的直立式摄像头可以做到约8.5mm物理焦距(小米CC9 PRO的2x和远摄镜头)。

下文在计算小尺寸CMOS时,均采用“1英寸=16mm”标准。

★主摄:已经接近极限★

目前,手机主摄(广角)的等效焦距约为25mm。根据8.5mm的物理焦距反推,可以得到等效系数约2.94x。换算下来就是约1.1英寸 —— 这也就是在镜头不伸缩前提下,主摄CMOS所能达到的最大尺寸。

显然,主摄已经相当接近极限了诺基亚808是1/1.2英寸,而采用1英寸的松下CM1就是伸缩式镜头。毕竟“前置条件”中的8.5mm是中长焦镜头,广角的话,达到这个极限要更困难一些。

手机拍照的硬件极限在哪里?

▲采用1英寸CMOS的松下CM1(发布于2015年),拍照时镜头模组会向前伸出。

★超广:提升难度很大

超广副摄想要达到8.5mm可以说是完全不可能的,事实上,目前最高水准超广角(华为Mate 30 PRO)的物理焦距也只有约4.5mm(机身厚度约8.8mm)。把摄像头模组再做高一丢丢,口径再做大一点,超广副摄应该还有上升空间

但这个空间并不大。因为手机超广角的难度在于如何在超短后焦距的前提下,兼顾像场(CMOS大小)、视角(等效焦距)、光圈和画质(特别是边缘)。底再大一些,为了保证边缘画质可能就要降低光圈,那画质上的收益并没有增加,但制造难度和成本肯定会更高

总不能以后手机上的超广来一个“灯泡头”对不对……(前组曲面,无法用平面玻璃来保护)。

★长焦:潜望式变焦可以么?

已知最薄“潜望式变焦”相机应该还是索尼的T7,机身最薄处9.8mm,使用1/2.4英寸CCD(约5.33mm×4mm)和3X真·光学变焦镜头 —— 不同于手机上的接力变焦,这个是可以在等效焦距38-114mm之间进行平滑变化。

而目前采用潜望式长焦的华为P30 PRO和OPPO Reno 10x机身厚度约8.5mm,使用约4mm×3mm的CMOS。潜望式结构虽然能让透镜的极限尺寸从机身厚度转为机身高度,但那个折射棱镜其实还蛮大的,因此潜望式长焦的CMOS尺寸应该也就这么大了

那么镜头呢?其实ET原本期待有潜望式变焦的(比如6-18mm,等效50-150mm这样)。但看了索尼T系列数码相机的透视图以后,又有些沮丧了: 透镜单元的尺寸还好说,但实现电动变焦所需要的机械部件很大

另外,华为P30 PRO和OPPO Reno 10x长焦镜头的光圈都在F3.0左右。虽然手机长度方面还有空间,但通光孔径还是会受到机身厚度的限制。在通光孔径不变的情况下,焦距越长,则光圈越小 —— F3.0已经不算大了,如果进一步提升长焦镜头的焦距,光圈规格就没办法看了

手机拍照的硬件极限在哪里?

▲采用潜望式变焦镜头的索尼TX100V(发布于2011年),可以看到控制变焦的机械部分也很可观。

★那可换镜头呢?

其实很早之前ET就看过三星的NX-M卡口可换镜头手机的概念图了。但很遗憾,随着三星退出消费类相机市场,这个产品没有落地。

做可换镜头的话,最大好处是能突破机身尺寸对透镜的限制,从而提升超广、长焦的规格。但问题也很明显的。除了体积、重量这些,更麻烦的事情是如何让习惯随手拍的用户愿意携带1-2个附加镜头,还要避免它们丢失、摔坏……

手机拍照的硬件极限在哪里?

▲采用1英寸CMOS的三星NX mini微单(发布于2014年),CMOS距离卡口边缘非常近。(图片来自iFixit)

—— —— ——

一番分析之后,ET的结论是基于目前的情况,手机拍照硬件已经很接近极限了 —— 机身尺寸就那么大,天花板实在是有点低。所以,别斥责手机厂商只会搞算法了。发展多帧合成、深度学习这些就是提升手机整体拍照能力的正路。

PS.提升算法还有一个好处,那就是通用性更强,不局限于硬件模块。

—— 正文完 ——

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