小米 MIX 折叠屏上的液态镜头,是噱头还是黑科技?

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03-31 18:15

连续两场发布会下来,小米给我们带来了许多惊喜,有「Android 机皇」小米 11 Pro,「Android 之光」小米 11 Ultra,首款折叠屏 MIX FOLD,以及高调宣布进入电动车领域。

「小米造车」只是个宣言,还没有更多的信息,所以先按下不表。小米冲击高端市场的三部手机,其实才是这场小米「春晚」的主角。

细细回想,小米 11 Pro 和 小米 11 Ultra 其实更像是走「堆料王」的路线,而 MIX FOLD 才内藏了小米的「明日科技」,其中之一便是「液态镜头」,也是 MIX FOLD 的一大亮点。

MIX FOLD 把「晶状体」塞进了长焦镜头里

在小米发布会的汇总文章里,我把 MIX FOLD 形容为小米兵器库里的「定海神针」。

这样去形容 MIX FOLD 并非是因为它有着非常规的折叠屏形态,而是因为它身上有着两项「全球首发」的技术,一是「液态镜头」,二是「澎湃 C1」。这两项明日技术既是在秀肌肉,也是在印证 MIX 系列「探索」的宗旨。

对于内置独立的 ISP 澎湃 C1 的功用,我们可能会有一定的概念,还是为了让图片处理的更准确和迅速。但对于「液态镜头」可能就有点「陌生」,直观上来看,就好似小米把镜头做成了液态,让光线通过液体来进行聚焦。

从这里也催生出很多疑问,不可控的液体如何准确的把光线传送到传感器上,如何控制液体准确的变形从而快速移动焦点位置,以及液体镜头如何在极端环境下保证画质等等。

▲ MIX FOLD 液态镜头特写. 图片来自:小米

早在 MIX FOLD 正式亮相之前,小米就已经把「液态镜头」的作用原理,以及特性放了出来。从现在公开的信息中可以看出,MIX FOLD 上的液态镜头主要带来了一个最大的优势,就是把微距功能融合进了长焦镜头里,在支持 30 倍变焦的同时,有着 3cm 的最近对焦距离。

我们人眼十分精密,有着极强的聚焦能力,通过睫状肌对晶状体的控制,既可以看得很近,也能看得很远,但视角不变。

MIX FOLD 上的液态镜头跟「人眼」的这个特性差不多,即可以「看得近(微距)」,也可以「看得远」,但焦距(视角)不可变,不然手机镜头就要「九九归一」了。只是把薄膜包裹下的透明流体,模拟为「晶状体」,而控制液体变化的马达,则类似为人眼的睫状肌。

镜头内的透明流体收到马达的压力后,可以很快的改变形态,并确定焦点,从而完成对焦,这个过程理论上是要比传统的机械装置更快更稳。而镜头内部的液体,据官方表示,会有着很好的透光性和耐极端环境特性,既然能量产,那对「液态镜头」的稳定性其实不必太担忧。

▲ MIX FOLD 摄像头模组中的第一颗便是「液态镜头」. 图片来自:小米

至于最终的「疗效」到底如何,我第一时间询问了一下前方现场感受过 MIX FOLD 的智健,他只是说到,没有特别的感觉。而这种感受算是对一项新技术的一种肯定,毕竟「真正的技术是让你感受不到它的存在」,至于对焦是否更快,素质是否更好,可能还是要等 MIX FOLD 的真机测试了,敬请期待。

不是新事物的液态镜头,却在移动影像上开出了花

在小米 MIX FOLD 问世之前,一些特种的「液态镜头」产业已经相当的成熟,不过它们跟「影像」关联不大,并非是为了成像拍摄而用,更多的还是在扫描记录上。

这些特种镜头最大的适用场景就是电商自动分拣中心传送带上的扫描摄像头,它们利用液态镜头能够快速自动对焦,和焦点范围大这两个特点,可以快速的扫描到不同体积商品上的条形码,从而记录在程序中,以方便库存管理。

▲ 传送带上负责扫码的动态自动对焦系统. 图片来自:COGNEX

除此之外,液态镜头还会用在一些显微镜中,以便快速精密地聚焦到各个物体平面。

总的来说,在工业和一些特殊领域,液态镜头从制造到用途已经比较完善,而它们的原理跟小米的「液态镜头」想差不大,均是通过马达(电流驱动器)向膜的边缘施加压力,进而改变电流体的曲率发生变化,进而完成焦点的移动。

▲ 改变电流体的曲率,从而进行对焦的液态镜头. 图片来自:Edmund Optics

但是,把「液态镜头」运用到大底传感器,且对成像要求很高的移动影像上来,MIX FOLD 却是第一个,也是目前唯一的一个。

早在 2010 年,影像大厂佳能、索尼都有申请过类似「液态镜头」的专利,但一直到现在也没有量产,或者推出相应的概念产品。可能是由于「液态镜头」在覆盖全画幅像场后,成像没有达到预期。

又或者是对于可换镜头的全画幅相机来说,微距镜头本来就是一枚长焦镜头,二者的功能在原有的机械结构下就可达成,没有太大的市场需求去催动它们持续创新,于是「液态镜头」项目也就搁浅。

反观移动影像领域,竞争要激烈的多得多,没有持续的创新,单单依靠上游供应商提供的元器件和算法,很难打出差异化来,也就很难在这个领域立足,更别说还想不断向高端市场冲刺了。也许「液态镜头」的出现只是个开始,后续可能会有更多的厂商带来其他很「明日」的技术出现。

微距集成进长焦镜头,有什么意义?

将微距功能集合进其他镜头,并不是小米 MIX FOLD 首创,只不过它们的方向不同。

2018 年起,以华为 Mate20 为代表的一批新款旗舰,纷纷砍掉了那颗被吐槽凑数的微距镜头。将微距功能整合进了超广角镜头中。

这不仅仅要靠软件算法,更重要的是硬件层面的定制,使超广角的对焦距离可以近至 2 厘米,从而实现微距拍摄。

将微距集成到超广角镜头里,既精简了后置摄像模组,又提升了手机微距拍摄的能力。毕竟高像素的超广角,解析力等方面均优于常见的 200-500 万像素的微距镜头。

如今,超广角支持微距拍摄已经是一个常见,且成熟到能下放至中端机型的功能了。为什么小米 MIX FOLD 还要大费周章,搞出个「液态镜头」,让微距和长焦镜头合二为一呢?

首先我们要理解微距和长焦镜头的关系。了解相机镜头的朋友们都知道,微距镜头其实就是长焦镜头。比如佳能的「百微」镜头、索尼 FE 90mm 镜头,都是微距镜头里的经典款。

▲ 使用佳能百微拍摄. 图片来自:Ery Budi Nurhudha

从焦段的角度衡量,超过 50mm 的镜头就可以被称作长焦镜头了。那么长焦镜头都可以作微距拍摄吗?答案是不一定,问题的核心在于最近对焦距离。

手机上的长焦镜头,囿于镜头构造,很难在近距离的情况下对焦到被摄物体上。不信打开长焦镜头,对准你的手指拍摄。当距离过近,手机就会虚焦或自动切换到主摄镜头进行数字裁切。

此前 Redmi K30 Pro、小米 11 等手机为了实现用长焦镜头拍摄微距,都对镜头进行了特殊定制,使其长焦微距镜头的对焦范围被限定在 3-7cm 不等。

这就导致这颗长焦镜头,只能拍摄微距,无法拍摄远处的场景。想要拍远,只能依靠主摄的数字裁切。

▲ Redmi K30 至尊纪念版的长焦微距镜头

小米 MIX FOLD 的液态镜头,很好地解决了手机端长焦镜头的对焦问题,简单来说就是远近都能拍得清。

而小米研发这颗镜头的目的,也绝不仅仅是为了贩卖概念、展示技术力并树立差异化。因为用长焦端拍摄微距,比超广角有着诸多优势。

首先,由于焦段的成倍增加,长焦端拍摄微距,要比同一位置的超广角拥有更大的放大倍率。被摄物体可以在取景器中被放得更大。

▲ 图片来自:知乎

其次,长焦端拍摄微距,可以实现更好的压缩感,更浅的景深。也就是说可以让被摄物体更突出,画面更简洁,背景虚化得更好。

不仅能省下一颗镜头的位置,还能实现效果更好的微距拍摄,这就是当前小米液态镜头的意义所在。

手机如何重回「单摄时代」?

实话说,当我第一眼看到小米液态镜头的海报,以及听闻这个概念的时候,我以为它是用「黑科技」实现了连续光学变焦。

和我有同样想法的朋友不在少数。本以为这项技术能「消灭」手机背部繁多的摄像头,用一颗镜头就能实现从广角到长焦的全焦段拍摄。但后来发现想象过于美好,液态镜头主要是用来解决对焦问题的。

那么手机如何在保留当前摄影体验的基础上回归单摄呢?这就需要借助相机变焦镜头的思路了。比如 2015 年发布的华硕鹰眼 ZenFone Zoom。其后置的单颗镜头,可以实现三倍光学变焦(28mm-84mm)。

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尽管它实现了连续变焦,但镜头模组的厚度依旧被控制在了 12mm 以内,秘诀在于潜望镜结构。华硕将镜头模组平行于机身放置,通过两组棱镜,将景象折射进传感器中,解决了机身厚度的问题。

接着通过镜头模组的马达,控制镜片前后移动,以实现连续光学变焦。

这听起来是一个很棒的解决方案。但产品的体验如何呢?我们当时最大的感受就是成像速度慢、快门延迟高,画质也只能说差强人意。

如果把这套方案放在今天,兴许在大底传感器、更先进的 SoC、计算摄影的加持下,画质问题能得到有效解决。可以说它生错了时代。

值得一提的是,这款手机在广角端最近对焦距离为 5cm,使用长焦端对焦时,最近对焦距离为 30 cm。如果能应用上液态镜头技术,或许它在长焦端也能实现 5cm 的微距拍摄。

和华硕 ZenFone Zoom 的方案相似,vivo 在 APEX 2020 上带来了一颗能够实现 5-7.5 倍光学变焦的镜头。其内置了两群组固定,两群组可移动的「四群组镜片组合」,保证了连续变焦下的高画质。

为了实现 8.8mm 的机身厚度,APEX 2020 的电池容量只有 2000mAh。由此可见连续光学变焦镜头模组之大,让其目前难以大规模应用。

▲APEX 2020 的变焦体验

在去年 6 月,欧菲光宣布其研发出史上最薄潜望式连续变焦模组。厚度仅有 5.9 mm。

该款模组的镜头由「1GMO6P」3 个群组构成,等效焦距达到 85~170 毫米,光圈为 F3.1~5.1。如果以主摄 28mm 的焦段为基准,这款镜头相当于能实现 3-7 倍的连续光学变焦。

不过,若想让潜望式变焦模组大规模应用到手机上,还有许多路要走。比如成像质量、组装难度、成本等等。

但这种方案依旧让人期待。或许不久的将来,我们可以看到一款搭载液态镜头+潜望式变焦模组的手机。当两种「黑科技」结合起来,手机的背面将迎来一块新天地。

本文作者:杜沅傧、换新言
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