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大家新年好，一直都有朋友问我能不能写一写关于手机摄像头设计的内容，适逢今天没那么忙，就来简单分析一下可能是手机摄影器材里最受关注的新一代华为P40 Pro吧，其实大致的规格在网上都已经有很多猜测了，但有一些细节还是值得说一说，因为还是隐藏了不少不容易为人察觉的技术升级项目。  点击加载图片 已知的基础信息有，后置5摄方案： 1、主摄基于索尼最新的1/1.7英寸6400万像素IMX686，这颗传感器首发于红米K30 5G，不出意外华为应该会使用独占的魔改版，比如换用P30开先河的RYYB滤镜，毕竟这是实现极弱光成像的硬件基础，算法插帧7680fps慢动作应该也会在P40上出现。 2、潜望式长焦镜头从5倍升级到10倍光学变焦（也就是从125mm升级到250mm），这里或许会有一个新的设计，后面展开来简单说说。 3、一个未披露规格的超广，我认为会采用Mate30 Pro那颗1/1.54英寸传感器或类似的大底设计，理由在于第4颗摄像头是微距摄像头，大底的最近对焦距离很难做小，如果采用与P30 Pro类似的传统广角方案就完全可以同样用广角镜头去兼任微距，没有必要单独列一个。 4、第5颗就是后置ToF，再加上前置双摄，这在高端机里已算是标配，没啥说的。 展开说说吧，第一部分是IMX686，虽然不清楚华为与索尼的独占定制合同签到了什么时候，但理论上P40系列应该会得以延续，毕竟从商业模式来看这是一个妥妥的双赢（三巨头里三星用自家的，苹果也是索尼客户，华为上定制恰好可以与之形成定位切分，再往下就基本都是方案整合商了，不用考虑太多）。所以P40系列的主摄我们可以大胆一点进行猜测，除了RYYB之外，索尼新发2x2 OCL方用P40 Pro来首发也是有可能的。 所谓2x2 OCL，简单来说就是佳能全像素双核和自家Quad Bayer的叠加，全像素双核是2个水平布置的同原色滤镜像素共用同一个微透镜：  点击加载图片 Quad Bayer则是4G+4R+4B+4G的组合：  点击加载图片 而2x2 OCL就是在Quad Bayer的基础上，让4个相同原色子像素共用1个微透镜：  点击加载图片 于是，它就有了这两种方案共同的优势。首先是同微透镜下的4个像素具备了相关性，它们甚至共享一个浮置扩散电容，因此所有像素均可同时参与对焦和成像工作（全像素双核的优点），而不用像Quad Bayer或传统Bayer那样取部分像素以半遮挡设计单纯负责对焦。 并且因为是2x2的布局，这意味着它纵横斜向点扩散函数离散度都是不一样的，如果能像佳能那样生成全像素多核RAW，那么你会看到四张焦上重叠、焦外存在不同视差的图像，通俗来说也就是所有对焦点都变成了米字型，打破了片上相位差对水平纹理对焦无力的缺陷，因为全像素双核是左右切分的，类比为单反独立模块的一字型，虽然半遮挡也能拿部分像素做上下遮挡来实现1字型并整合为十字型，但目前似乎没有品牌这么做，而且斜向就只能靠2x2 OCL这种设计。这同时也意味着2x2 OCL能更准确的判断物平面位置，与ToF数据联动优化数字虚化计算（事实上我还挺期待ToF传感器是否能用上新技术，这个以后再细说吧）。  点击加载图片 不过对于手机而言，最大的掣肘之处还是镜头像场覆盖，片上相位差的精度受制于渐晕，而就P30 Pro RAW文件来看这个问题比较严重，这也迫使镜头模组供应商必须要进一步优化设计，而且还得是在小尺寸的前提下，否则对焦的优势就比较难以达到理想高度。 与此同时，因为每个像素依然能单独输出，所以它保留了Quad Bayer进可求分辨率、退可保高量子效率和单帧HDR的特点，根据相似型号三星GW1的测试来看，算法得当的情况下性能表现会相当不错，再加上已有的弱光和高速优势，以及国内已经比较成熟的7P/8P塑料镜头工艺，瓶颈相对比较少，如果真的用上了2x2 OCL，就很让人期待华为在算法上又能玩出什么新花样来了。  点击加载图片 第二部分是潜望式长焦镜头，P30 Pro实现了等效125mm，也就是相对主摄5倍的等效焦距，而P40 Pro的设计目标是10倍，那么这就有一个很具体的限制，P30 Pro的潜望式摄像头规格仅仅只有等效125mm F3.4，这意味着假设要在此基础上做更长的焦距，不改变设计那么F值必然会增加到F6往后去了，这时候就只能靠算法来弥补高ISO带来的低信噪比，从目前的SoC ISP算力来说难度非常大，所以还得从根本入手来解决。 缩小传感器尺寸是保证体型小巧而又能增大等效焦距的方法之一，但从画质来说显然是有损的，毕竟它本来就已经很小了，所以这个方案大概率不会采用，还得从镜头设计改起。 手机镜头的孔径光圈都在镜组最前方，所以开孔大小直接影响F值大小，潜望式设计的特殊性在于大部分光路在棱镜反射后平行于机身，这意味着它的开孔完全受制于机身厚度，所以很显然，这个问题最直接、也是最靠谱的方案就是在反射棱镜前方加入大孔径折射镜，让光线以聚拢的形式入射而非平行入射，进而增大整个镜组的有效孔径，在焦距增大的情况下实现F值保持不变或小数值变动的目的，原理类似于前置外挂镜头，可参考示意图，随手一画比例不准，意会即可：  点击加载图片 上半部分为直射入射，下半部分为增加大口径折射镜片之后，可明显看到入瞳尺寸有了明显的增大，除此之外，焦距变长也意味着光学总长变长，所以P40 Pro的潜望式设计可能会采用多次反射型设计，也即光束垂直入射、通过第一大口径透镜折射到第一反射棱镜/面镜90度反射，通过内部透镜系统后抵达第二、三反射棱镜/面镜连续反射2个90度，最终抵达传感器，这个设计可更有效的利用内部空间，并增加光学总长：  点击加载图片 当然，无论是第一片大口径高折射率镜片，还是明显增大的光程，毫无疑问都会增加像差，但对于一个光线高度小、光焦度也不大、还大幅依赖数字算法补偿的系统来说这都不是事儿。所以最终P40 Pro长焦做到250mm F4这种规格我也并不会奇怪，重点考察的还得是装配精度和结构强度，毕竟三次反射若稍有偏差就会导致明显的成像问题，这对良率算是一个挑战。 目前的猜想大概就是这些，如若都能实现，那毫无疑问华为P40 Pro又会是一次飞跃式进步，并且一定会引领整个行业的跟进，这样一来从P20开始每一年在手机摄影上都能由国产品牌带动质变，还是挺让人开心的，当然，目前也已知三星S11系列也会配备1亿像素主摄（RGBW 9合1）+潜望式长焦的强力组合，安卓旗舰级拍照手机的两强对话在2020年也是很值得期待的。 |
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