乘光而行,揭秘小米光学创新-科记汇

“光”是摄影中的灵魂,有人称摄影就是“用光进行的绘画”,而记录光的技术——光学技术,是摄影的重要基础。本期我们采访了小米光学团队,带大家一起了解手机光学技术,以及背后工程师们对光学创新的所思所想。

1839年,达盖尔银盐摄影术的诞生,让人类找到了比绘画方式更快捷的方式记录,凝固人眼所见。

此后近百年时间里,人们一直在寻求将拍摄影像的器材小型化、便捷化进行探索。可以说,相机摄影史就是一部光学创新史,而光学是摄影艺术殿堂的重要基石。

例如在1914年,奥斯卡·巴纳克使用徕卡原型机Ur-Leica拍摄的威兹勒(Wetzlar)小镇的街景,照片命名为《韦次拉尔的铁矿广场》。这也标志着相机走向了35mm为主的时代,摄影史上最广为人知的照片,如经典摄影作品《胜利之吻》也是从这个时代开始。

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图:奥斯卡·巴纳克经典之作《韦次拉尔的铁矿广场》

伴随着时代的进步,相机从最初35mm胶片发展到了数码相机时代,但技术的进步并未停止,在过去十年时间里,手机摄影蓬勃兴起,这也让摄影光学延伸出了全新的第二条创新曲线——手机光学。

面对相比专业相机的先天性物理限制,手机光学创新如何以空间换性能,在方寸之间展现逼近相机的光学效果,正成为整个手机行业竞相争抢的创新制高点,而中国品牌的光学创新正日益引人关注。

“仅以手机镜头光学举例,现在国内企业的综合实力越来越强,甚至已经赶超绝大多数的国外大公司。”小米相机部光学专家 YIN 说,随着竞争日趋激烈,国内品牌每年定制的镜头越来越多,技术难度越来越高,由此也推动了中国手机镜头光学的飞跃进步。

01  拿下6项首创敢为行业先

2016年,小米相机部组建了全新的光学团队,广罗顶尖人才,并组建了在美国、日本、欧洲等地的海外研发团队。这一年,小米首次遭遇创业史上的销量滑坡危机。埋头钻研、苦练内功,也就成为了团队每个人内心深处的一团火。

随着持续的研发投入与团队的不懈努力,小米光学团队逐步打开了局面,近三年来他们拿下了6项行业首创和首发,敢捅天花板、敢为行业先也成为了光学团队的最鲜明特色:

2019年2月,小米9透明至尊版首创最大光圈F1.47的7P镜头,支持超广角、微距拍摄,开启手机摄影全新视野;

2019年11月,小米CC9 Pro尊享版搭载1亿像素镜头,并率先发布8P镜头;

2019年12月,Redmi K30 5G首创行业最小前置镜头,实现了业界难以置信的4.38mm 小孔径;

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图:Redmi K30 5G 配备4.38mm最小孔径前置镜头2020年11月,小米开发者大会MIDC 

2020首发自研的“伸缩式大光圈镜头”技术;2021年3月,小米MIX Fold首发液态镜头,实现了长焦与微距一镜兼顾;同期发布的小米11Pro和Ultra首发搭载了1/1.12英寸的三星GN2大底传感器,将手机CMOS尺寸推到了接近一英寸的级别。

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图:小米MIX FOLD 首发液态镜头

“小米在光学研发上的投入非常大,处在行业最前列的水准。”YIN介绍说,小米的每个光学实验室都采购了目前最先进的光学测量设备,能够测量各种光学镜头的全方位性能表现,尤其在可靠性、杂光鬼影等方面做深入测量。

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图:小米光学实验室部分测量设备

在他看来,小米光学之所以能够做到敢为天下先,率先探索新技术、新工艺,背后最宝贵的财富是强大的研发团队。他们都是行业顶尖级的专业,不少人在国内外各大光学厂商效力数十年,有丰富的光学理论和实际经验,对光学、力学、流动学、机械结构、电子等领域都有全面的知识领域覆盖。

02  角逐新时代从技术狂奔到体验致胜

随着近几年手机影像技术的高速发展,从大底、镜头设计、镀膜,到多主摄、变焦、防抖等各个细分领域,手机影像的光学赛道上千帆竞发,角逐日趋激烈。

与传统数码相机不同,手机可谓看作是一个“多媒体+互联网+通话+影像”的一个集合体,再加上手机体积的先天限制,让手机内部空间变得“寸土寸金”,在如何保证不改变手机形态上,最大化提升手机影像能力?除了感光元件、ISP以及配套的软件算法外,手机镜头的光学素质表现有着同等重要的地位。

“保证持续领先的竞争力,就需要在手机镜头光学性能和镜头功能两方面进行提升。”YIN表示在光学性能方面,主要聚焦在镜头的大光圈、高解析力、低色散、消除杂散光上,而在镜头功能方面,要尽可能的覆盖多焦段光学镜头,增加手机拍照的可玩性,满足消费者所有拍摄需求。

对小米光学团队而言,最重要的已不是驾熟就轻的单点突破,而是将多点的创新融会贯通,构建体验致胜的综合实力。

例如,在手机整个镜头模组不断增加的同时,如何与大底传感器实现更完美的匹配。在小米10 Pro中,手机主摄的影像系统采用了尺寸更大的1/1.33英寸、1.08亿像素的大尺寸传感器,小米光学团队通过大量的测试将8P镜头模组与大尺寸传感器完美匹配,而f/1.6的大光圈带来的极高的进光量,镜头的光学素质也保证相机即使在1.08亿全像素拍摄时,依然可以让照片呈现出细腻的色彩层次以及丰富画面细节。

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图:小米10 Pro样片,1亿像素+8P镜头+混合光学变焦

当下,除了主摄之外,手机多镜头提供不同焦段已经成为了手机的影像标配,主摄之外其他镜头的成像能力和画质表现,也越来越受消费者的关注。小米光学团队为此也在不断拓展多焦段的用户体验丰富度,例如小米11 Ultra搭载了的潜望长焦镜头的光学素质直到现在都是顶尖水准,给用户最好的手机长焦拍摄体验。小米MIX FOLD上首创的液态镜头,将微距功能融入在长焦镜头里,支持30倍变焦的同时,有着3cm的最近对焦距离,让我们看到了长焦镜头的形态,也为拍摄增添了不少乐趣。

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图:小米MIX FOLD样片,长焦微距

在YIN看来,手机影像背后是一个复杂而又严谨的技术过程,手机成像的好坏,除了光学镜头素质之外,还有处理器、ISP、软件算法、AI算法等等,多方技术的配合,才能得到一张让用户看起来满意的照片。

比如,目前多镜头协同拍摄可以解决手机数码变焦带来的画质下降难题,但处理性能的提升以及AI算法的进化,也对镜头品质、光学设计提出了高可靠性的新挑战,光学工程师们需要在提升镜头品质的同时,尽可能降低制造公差带来的影响。

为此,小米光学团队研发出了一套光学系统评测软件,以此来平衡各种因素对整个光学系统的影响到底是多少,也可以根据用户的反馈,对各种因素加以不同的权重,来让光学设计做相应的侧重。

从技术狂奔到注重综合体验,同时沉淀手机光学的评价标准,小米光学创新正在为小米高端化以及移动影像的全面升级,夯实基础、筑牢根基。

03  创新不止  新惊喜即将到来

手机光学不断逼近专业相机的征程,要走多远,未来还有哪些值得期待的新突破?

在YIN看来,未来手机镜头的创新会在计算光学、平面光学(IR、Cover Glass、棱镜)、几何光学(潜望、折射)、物理光学(DOE衍射原件、Mate lens、纳米压印)等多方面持续发力;同时还会在光学材料、镀膜材料和工艺,组装设备、制造工艺以及成本上进行突破,这些创新都将为手机摄影带来全新的体验。

在这场激动人心的演进浪潮中,并非每次创新都能够捅破天花板,一举改写移动摄影格局,但每次创新都有它探索的意义。唯有创新不止,手机光学才能真正惠及用户,带来前所未有的影像体验。

今年5月,小米宣布与徕卡达成影像战略合作。这次合作深度空前,从光学、成像、图像处理、体验等智能手机影像全链路,实现了双方影像能力的全面融合。对小米光学团队而言,这是一次全新的机遇,可以与百年影像品牌一起,联手探索手机光学的前沿领域。

现在,小米光学团队已经为7月新品的发布做好了最充足的准备,光学新惊喜也将向每一位米粉呈现,敬请期待。

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(市场有风险,投资交易需谨慎。所涉标的不做任何推荐,据此投资交易,风险自负。)