小米 MIX 摺疊螢幕的液態鏡頭,是噱頭還是黑科技?

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 02 日 0:00 | 分類 手機 , 鏡頭 , 零組件 Telegram share ! follow us in feedly


連續兩場發表會下來,小米帶來 11 Pro、11 Ultra,首款摺疊螢幕 MIX FOLD,以及高調宣布進入電動車領域。

「小米造車」只是個宣言,還沒有更多資訊,所以先按下不表。小米衝擊高階市場的三支手機,才是這場小米「春晚」的主角。

細細回想,小米 11 Pro 和小米 11 Ultra 其實更像是走「堆料王」的路線,而 MIX FOLD 才內藏了小米的「明日科技」,其中之一便是「液態鏡頭」,也是 MIX FOLD 的一大亮點。

MIX FOLD 把「晶狀體」塞進了長焦鏡頭里

在小米發布會的匯總文章裡,我把 MIX FOLD 形容為小米兵器庫裡的「定海神針」。

這樣去形容 MIX FOLD 並非是因為它有著非常規的摺疊螢幕形態,而是因為它身上有著兩項「全球首發」的技術,一是「液態鏡頭」,二是「澎湃 C1」。這兩項明日技術既是在秀肌肉,也是在印證 MIX 系列「探索」的宗旨。

對於內置獨立的 ISP 澎湃 C1 的功用,我們可能會有一定的概念,還是為了讓圖片處理的更準確和迅速。但對於「液態鏡頭」可能就有點「陌生」,直觀上來看,就好似小米把鏡頭做成了液態,讓光線透過液體來進行聚焦。

從這裡也催生出很多疑問,不可控的液體如何準確的把光線傳送到感測器上,如何控制液體準確的變形從而快速移動焦點位置,以及液體鏡頭如何在極端環境下保證畫質等等。

▲ MIX FOLD 液態鏡頭特寫。(Source:小米

早在 MIX FOLD 正式亮相之前,小米就已經把「液態鏡頭」的作用原理,以及特性放了出來。從現在公開的資訊中可以看出,MIX FOLD 上的液態鏡頭主要帶來了一個最大的優勢,就是把微距功能融合進了長焦鏡頭里,在支持 30 倍變焦的同時,有著 3cm 的最近對焦距離。

我們人眼十分精密,有著極強的聚焦能力,透過睫狀肌對晶狀體的控制,既可以看得很近,也能看得很遠,但視角不變。

MIX FOLD 上的液態鏡頭跟「人眼」的這個特性差不多,即可以「看得近(微距)」,也可以「看得遠」,但焦距(視角)不可變,不然手機鏡頭就要「九九歸一」了。只是把薄膜包裹下的透明流體,模擬為「晶狀體」,而控制液體變化的馬達,則類似為人眼的睫狀肌。

鏡頭內的透明流體收到馬達的壓力後,可以很快的改變形態,並確定焦點,從而完成對焦,這個過程理論上是要比傳統的機械裝置更快更穩。而鏡頭內部的液體,據官方表示,會有著很好的透光性和耐極端環境特性,既然能量產,那對「液態鏡頭」的穩定性其實不必太擔憂。

▲ MIX FOLD 攝影鏡頭模組中的第一顆便是「液態鏡頭」。(Source:小米

不是新事物的液態鏡頭,卻在行動影像上開出了花

在小米 MIX FOLD 問世之前,一些特種的「液態鏡頭」產業已經相當的成熟,不過它們跟「影像」關聯不大,並非是為了成像拍攝而用,更多的還是在掃描紀錄上。

這些特種鏡頭最大的適用場景,就是電商自動分揀中心傳送帶上的掃描攝影鏡頭,它們利用液態鏡頭能夠快速自動對焦,和焦點範圍大這兩個特點,可以快速的掃描到不同體積商品上的條形碼,記錄在程式中,以方便庫存管理。

▲ 傳送帶上負責掃碼的動態自動對焦系統。(Source:COGNEX)

除此之外,液態鏡頭還會用在一些顯微鏡中,以便快速精密地聚焦到各個物體平面。

總的來說,在工業和一些特殊領域,液態鏡頭從製造到用途已經比較完善,而它們的原理跟小米的「液態鏡頭」想差不大,均是透過馬達(電流驅動器)向膜的邊緣施加壓力,進而改變電流體的曲率發生變化,進而完成焦點的移動。

▲ 改變電流體的曲率,從而進行對焦的液態鏡頭。(Source:Edmund Optics)

但是,把「液態鏡頭」運用到大底感測器,且對成像要求很高的行動影像上來,MIX FOLD 卻是第一個,也是目前唯一的一個。

早在 2010 年,影像大廠Canon、Sony 都有申請過類似「液態鏡頭」的專利,但一直到現在也沒有量產,或者推出相應的概念產品。可能是由於「液態鏡頭」在覆蓋全畫幅像場後,成像沒有達到預期。

又或者是對於可換鏡頭的全畫幅相機來說,微距鏡頭本來就是一枚長焦鏡頭,兩者功能在原有的機械結構下就可達成,沒有太大的市場需求去催動它們持續創新,於是「液態鏡頭」專案也就擱淺。

反觀行動影像領域,競爭要激烈的多得多,沒有持續的創新,單單依靠上游供應商提供的元器件和演算法,很難打出差異化來,也就很難在這個領域立足,更別說還想不斷向高階市場衝刺了。也許「液態鏡頭」的出現只是個開始,後續可能會有更多的廠商帶來其他很「明日」的技術出現。

微距集成進長焦鏡頭,有什麼意義?

將微距功能集合進其他鏡頭,並不是小米 MIX FOLD 首創,只不過它們的方向不同。

2018 年起,以華為 Mate20 為代表的一批新款旗艦,紛紛砍掉了那顆被吐槽湊數的微距鏡頭。將微距功能整合進了超廣角鏡頭中。

這不僅僅要靠軟體演算法,更重要的是硬體層面的定制,使超廣角的對焦距離可以近至 2 厘米,實現微距拍攝。

將微距集成到超廣角鏡頭里,既精簡了後置攝影模組,又提升了手機微距拍攝的能力。畢竟高畫素的超廣角,解析力等方面均優於常見的 200-500 萬畫素的微距鏡頭。

如今,超廣角支持微距拍攝已經是一個常見,且成熟到能下放至中階機型的功能了。為什麼小米 MIX FOLD 還要大費周章,搞出個「液態鏡頭」,讓微距和長焦鏡頭合二為一呢?

首先我們要理解微距和長焦鏡頭的關係。了解相機鏡頭的朋友們都知道,微距鏡頭其實就是長焦鏡頭。比如 Canon 的「百微」鏡頭、Sony FE 90mm 鏡頭,都是微距鏡頭里的經典款。

▲ 使用 Canon 百微拍攝。(Source:Ery Budi Nurhudha)

從焦段的角度衡量,超過 50mm 的鏡頭就可以被稱作長焦鏡頭了。那麼長焦鏡頭都可以微距拍攝嗎?答案是不一定,問題的核心在於最近對焦距離。

手機上的長焦鏡頭,囿於鏡頭構造,很難在近距離的情況下對焦到被攝物體上。不信打開長焦鏡頭,對准你的手指拍攝。當距離過近,手機就會虛焦或自動切換到主攝鏡頭進行數位裁切。

此前 Redmi K30 Pro、小米 11 等手機為了實現用長焦鏡頭拍攝微距,都對鏡頭進行了特殊定制,使其長焦微距鏡頭的對焦範圍被限定在 3-7cm 不等。

這就導致這顆長焦鏡頭,只能拍攝微距,無法拍攝遠處的場景。想要拍遠,只能依靠主攝的數位裁切。

▲ Redmi K30 至尊紀念版的長焦微距鏡頭。

小米 MIX FOLD 的液態鏡頭,很好地解決了手機端長焦鏡頭的對焦問題,簡單來說就是遠近都能拍得清。

而小米研發這顆鏡頭的目的,也絕不僅僅是為了販賣概念、展示技術力並樹立差異化。因為用長焦端拍攝微距,比超廣角有著諸多優勢。

首先,由於焦段的成倍增加,長焦端拍攝微距,要比同一位置的超廣角擁有更大的放大倍率。被攝物體可以在取景器中被放得更大。

(Source:知乎)

其次,長焦端拍攝微距,可以實現更好的壓縮感,更淺的景深。也就是說可以讓被攝物體更突出,畫面更簡潔,背景虛化得更好。

不僅能省下一顆鏡頭的位置,還能實現效果更好的微距拍攝,這就是當前小米液態鏡頭的意義所在。

手機如何重回「單攝時代」?

實話說,當我第一眼看到小米液態鏡頭的海報,以及聽聞這個概念的時候,我以為它是用「黑科技」實現了連續光學變焦。

和我有同樣想法的朋友不在少數。本以為這項技術能「消滅」手機背部繁多的攝影鏡頭,用一顆鏡頭就能實現從廣角到長焦的全焦段拍攝。但後來發現想像過於美好,液態鏡頭主要是用來解決對焦問題的。

那麼手機如何在保留當前攝影體驗的基礎上回歸單攝呢?這就需要藉助相機變焦鏡頭的思路了。比如 2015 年發布的華碩鷹眼 ZenFone Zoom。其後置的單顆鏡頭,可以實現三倍光學變焦(28mm-84mm)。

儘管它實現了連續變焦,但鏡頭模組的厚度依舊被控制在了 12mm 以內,秘訣在於潛望鏡結構。華碩將鏡頭模組平行於機身放置,透過兩組棱鏡,將景象摺射進感測器中,解決了機身厚度的問題。

接著透過鏡頭模組的馬達,控製鏡片前後移動,以實現連續光學變焦。

這聽起來是一個很棒的解決方案。但產品的體驗如何呢?我們當時最大的感受就是成像速度慢、快門延遲高,畫質也只能說差強人意。

如果把這套方案放在今天,興許在大底感測器、更先進的 SoC、計算攝影的加持下,畫質問題能得到有效解決。可以說它生錯了時代。

值得一提的是,這款手機在廣角端最近對焦距離為 5cm,使用長焦端對焦時,最近對焦距離為 30 cm。如果能應用上液態鏡頭技術,或許它在長焦端也能實現 5cm 的微距拍攝。

和華碩 ZenFone Zoom 的方案相似,vivo 在 APEX 2020 上帶來了一顆能夠實現 5-7.5 倍光學變焦的鏡頭。其內置了兩群組固定,兩群組可移動的「四群組鏡片組合」,保證了連續變焦下的高畫質。

為了實現 8.8mm 的機身厚度,APEX 2020 的電池容量只有 2,000mAh。由此可見連續光學變焦鏡頭模組之大,讓其目前難以大規模應用。

▲ APEX 2020 的變焦體驗。

在去年 6 月,歐菲光宣布其研發出史上最薄潛望式連續變焦模組。厚度僅有 5.9 mm。

該款模組的鏡頭由「1GMO6P」3 個群組構成,等效焦距達到 85~170 毫米,光圈為 F3.1~5.1。如果以主攝 28mm 的焦段為基準,這款鏡頭相當於能實現 3-7 倍的連續光學變焦。

不過,若想讓潛望式變焦模組大規模應用到手機上,還有許多路要走。比如成像質量、組裝難度、成本等。

但這種方案依舊讓人期待。或許不久的將來,我們可以看到一款搭載液態鏡頭+潛望式變焦模組的手機。當兩種「黑科技」結合起來,手機的背面將迎來一塊新天地。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:小米