【科讯】引领高倍光学变焦 华为摄影全能王是怎么炼成的？

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作者|安静

出品|网易科技《状态℃》扶手组

长焦是什么？

在很多人眼里，望远镜的功能只是“望远镜”，可以拍打月亮，打鸟，眺望远方。

但这是长焦点的基础特征之一，其实际意义是拉近世界和美丽的距离。

除了缩短与拍摄主体的距离外，长焦镜头带来的背景模糊、空间压缩、画面的灰度感，让我们看到了更美丽的“远方”。

它的美丽是无法通过“靠近或放大”得到的。

望远镜就像魔杖，给了我们望远镜，给了我们发现世界之美的新视点。

追溯照相机的迅速发展史，经历了大像素、便携性的竞争后，光学变焦的竞争速度也提高了，3倍、5倍、10倍……至今为止，可以拍摄月球环形山的125倍，人们从未停止过对长焦点极限的追求。

同样，手机影像也走上了照相机般的高速发展道路，在经历了“像素战争”后，打开了“望远新战场”，仅几年就从2倍光学变焦实现了现在的10倍光学变焦。

前几天，华为发布了年度影像旗舰p40 pro+，带来了世界上最强的10倍光学变焦。 这也是现在第一个没有插件，非伸缩式10倍光变产品，其探索的潜在结构，打开了手机望远的新可能性。

farway p40 pro +的发表预示着手机的影像将从陆地战升级为宇宙战。 预计在今后两年内，10倍的光学变焦将成为各家必须获得的阵地。

光学变焦:望远的终极之路

虽然“像素战争”已经接近尾声，但现在是5000万、6400万、1.08亿像素的主相机，手机相机的像素与专业相机没有太大区别，像素的升级对手机影像性能的“边际利益”也越来越小 而且，现在超广角、宏观等功能也基本普及，望远成为手机影像迅速发展的新突破口。

除了拍摄月亮和星空，用望远拍摄的风景、人物像带来更好的体验，与大像素下的画面裁剪不同，望远带来非望远无法体验的更立体、更有空间感的美感。

现在，用手机实现望远的方法大致分为数字变焦、光学变焦、混合变焦三种。

数字变焦，手机的基本功能是通过手机相机模块的解决方案增大和扩大瓷砖内各像素的面积。 但是，并没有实际改变照相机的焦距。 第一，用软件的方法解决和校正期望的图像，但放大的图像依然模糊。 变焦倍率越大，放大倍率越高，图像的清晰度也越模糊。

光学变焦是通过调节光学透镜结构的焦距来实现的。 由于可以通过延长照相机镜头结构中各镜头的距离来改变焦距，因此为了实现该光学结构需要足够的厚度。

光学变焦的最大优点是在保证摄影画质的基础上，通过变焦能够拍摄更远的被摄体。 画面的清晰度和分辨率都不会因放大而改变。

混合变焦是近年来出现的新技术用语，根据光学变焦，结合算法的优化实现了高倍变焦的目的。 也就是说，在望远摄影的诉求超过光学变焦范围后，手机通过算法叠加的方法尽量降低失真保证图像的效果。

混合变焦实际上是通过各焦点段的透镜中继实现的变焦技术。

混合变焦和光学变焦的区别是果汁的例子。 混合变焦就像超市里卖的“100%果汁”，是水+浓缩汁做的。 光学变焦是水果直接榨出的新鲜果汁。

在这三种表现方法中，光学变焦能够最接近摄影主体，是当前变焦方法中最好的处理方法。 另外，光学变焦由于光学结构的多、杂、必要的空间，在手机中难以实现太高倍率的光学变焦。

手机上的光学变焦:追求无限

由于体积和结构的限制，人们不容易安装以前进入照相机的光学变焦模块，有些制造商确实这样做了，但以手机的其他特征为代价，产品最终以失败告终。

现在，手机的光学变焦与以往的照相机不同，由固定焦距的长焦镜头实现，随着人们倍数的诉求增加，难度也在增加。

在手机光学变焦中，防火墙一直在突围。

年3月，华为发布了p20系列，首次披露了莱卡的3个镜头。 其实，当时很多高端手机都开始支持光学变焦功能，但在防火墙p20 pro面前几乎束手无策。

p20 pro搭载了4000万像素彩色主镜头(1/1.7英寸超大型受光元件)、2000万像素超清晰黑白镜头、800万像素望远镜头3个组合，实现了3倍光学变焦、5倍混合变焦。

3倍光学变焦的素质当然不多，但在采用3倍以上的变焦拍摄的情况下，防火墙会自动启动p20 pro的第三个照相机，三个模块实现自动曝光、自动白平衡计算、自动对焦，三个核心动作完美

在3倍光学变焦后，当试图升级更高倍率变焦时，各制造商开始遇到瓶颈。 因为为了升级更高倍率光学变焦，必须面对更大型的光学结构。

但是，这个难题被防火墙“轻松”地处理了。

年4月，farway发布了p30系列，率先使用潜在结构的5倍光学变焦落地，改写了手机的影像规则。

即使是当时的贴片机，要知道5倍的光学变焦又小又不巧妙，在机体厚度小于9mm的手机里塞进确实是一个困难的挑战。

在潜艇潜望镜的启发下，航道使用了特殊设计的潜在镜头。 简单地说，通过将图像传感器垂直于手机放置，沿着与主体平行的光轴对准镜头，用反射镜使入射到照相机上的光反射到镜头和图像传感器上，从而得到比以往照相机的安装方向(即在手机表面朝向外部)长的等效焦距

然后，航道开辟了手机照相机高倍光晋升的道路。

1年3月，华为在p40 pro+上实现了10倍的光学变焦，成为业界第一家进入10倍光学变焦的非插件、非伸缩式结构制造商。

光学变焦:华为率先进入“无人区”

固件p40 pro+的光学变焦原理上使用了第二代潜在的相机结构，在精密性方面提出了更高的要求。

固件p40 pro+必须基于上一代p30 pro的潜在镜头横向望远镜头模块和受光设备来突破。 需要进一步提高更精密的多反射潜望式光路弯曲技术，实现5次反射光路。 在光路上，p40 pro+比上一代潜在望远提高了178%。

听起来像是数据的增加，但对零件和模块的设计提出了更高的要求。

5次反射光路所要求的光在多次反射后需要确保高成像质量，对模块内反射镜组装平面的精度控制有极高的要求。 可以说只要到达纳米级的高精度反射面，就能降低光路变形，保证反射品质。

通过光学设计模拟分析的最基本的光学规格必须是头发丝的二千分之一(头发丝的直径通常在100微米以下)，这一定很难在针尖上跳舞。

最初，华为照相机队首先考虑了芯片组装技术，但经过比较，发现芯片组装技术对芯片变形的控制为10微米级，远远达不到照相机队的要求。

在没有参考做法的基础上，华为相机团队继续进行自我搜索，分析重要的影响因素，研究重要的参数技术，对测量变化数据选择最稳定的工艺条件，继续优化光学系统，最终实现最高约30nm的精度

光学变焦有独特的魅力，但请注意采用中的手抖。 这次，航道以p40 pro+的10倍光学变焦实现了三重ois+ais隔振，对对焦电机提出了更严格的要求。

防火墙p40 pro+的对焦电机需要移动具有多反射面的反射镜，不能干扰光路。 马达只是“隐藏”在反射镜后面的有限空间，反射镜的重量大部分挂在马达的最前端。 电机就像从尾巴抓住l型反射镜的大锤，即使在不同的手机拍摄姿势下，也能高精度稳定地移动反射镜，挑战非常大。

因此，设计小组经过多次验证，使用滑道式装载方法，结合了极强的磁力和精密的杠杆结构，精密地平衡了前端反射镜的负荷。 此外，使用优良的润滑材料，高稳定、高精度地反射镜移动电机，实现自动对焦功能，也构成了该模块独有的对焦电机专利。

除了独特的设计和功能外，该电机还具有长寿命的优点。 经过数百万次测试和极端环境的考验，依然硬件工作。

在光学变焦的探索道路上，华为率先进入了“无人区”。

法威:你怎么做手机照片？

当然，除了望远功能的革新外，防火墙拍摄还以ryyb滤镜阵列为首，加入光，提高画质，在超级夜景、视频影像、超广角方面表现粗俗。

在航道p40 pro+中，航道的相机工程师达成了馀承东口的“全时间段、全焦点段的进化”，改写了移动影像标准，将影像艺术引入了新的里程碑。

固件手机拍摄可以一次成为领域的风向标，除了硬件升级外，软件算法的保持是必不可少的。

据了解，固件p40系列在软件算法上带来了固件xd fusion图像引擎。 新的华为xd fusion图像引擎结合了ai超清算算法库，通过超分算法增强了细节，通过多帧合成改善了暗部表现，提高了整体画质。 像素级优化提高了细节纹理，减少了噪音，扩大了动态范围，比物理像素更清晰。

不仅如此，用硬件处理图像，软件辅助完全的质量，固件还具有自研芯片的辅助力，通过软件硬件的协同实现1+1> 2的效果。

例如，此次华为p40 pro+搭载华为自研麒麟990 5g soc芯片，可以实现每秒24帧的实时ai识别和解决，单帧的识别可以1/24s完成，但基于该芯片npu构建的第三代华为ai图像恩

馀承东在发布会上称赞说“华为p40 pro+是照相机性能怪物”。

回顾farway在手机摄影行业的探索，从p9系列的第一张徕卡双摄，到p10系列的第一个前置徕卡镜头手机。 从3张p20系列的4000万徕卡到p30 pro首次RyB传感器，潜在5倍的光学变焦、顶级排行榜dxomark； 至今为止，p40 pro+的第一个10倍光学变焦，摄影全能王的出现，在这个“第一个”的背后，由于华为多年来完美地拍摄手机，不断追求的东西在增加。

余承东曾经向媒体透露，华为手机在拍摄上的投入规模最大，华为一家超过了中国所有手机制造商开发的费用总和。

我们知道，小手机相机的华为分为几个大模块，如系统工程师、光学团队、传感器专家、图像效果工程师、算法工程师等数万名研究开发人员的投入。

持续巨额的研发投资，深奥的技术难关，让航道在摄影方面筑起了障碍，抛弃了别人，一次引领了手机摄影革命。

法威没有制作手机，但不得不感叹制作了手机的拍摄。