作者：安知樂(lè) 知產(chǎn)財(cái)經(jīng)

　　隨著智能手機(jī)攝影的普及和發(fā)展，越來(lái)越多的人開始用手機(jī)記錄生活日常，如山水風(fēng)景、美食靜物、自拍vlog等等。拍攝場(chǎng)景的多元化對(duì)手機(jī)影像技術(shù)提出了更高的要求。較之于傳統(tǒng)攝像機(jī)和照相機(jī)，雖然手機(jī)攝影在便攜性和操作“親民”性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但在一些拍攝場(chǎng)景下，智能手機(jī)拍攝出來(lái)的照片往往在攝影效果上不比傳統(tǒng)照相機(jī)，而其中影響手機(jī)攝影效果的重要因素就是智能手機(jī)對(duì)鏡頭“光圈”的調(diào)節(jié)能力。

　　光圈是如何影響攝影效果的

　　光圈是攝影領(lǐng)域中的重要參數(shù)，它是指鏡頭孔徑的開口大小，通過(guò)調(diào)整光圈大小，可以控制進(jìn)入鏡頭的光線量，從而影響照片的明暗度和景深。[1]通常情況下，光圈越大，景深越淺，背景模糊的效果也就越明顯；光圈越小，景深越深，背景清晰的效果也就越明顯。通常情況下，拍攝人像、花卉、寵物時(shí)，一般使用大光圈、較淺景深，突出人物或靜物；拍攝風(fēng)景、建筑等，一般使用小光圈、較深景深，展示場(chǎng)景全景并突出層次感。

使用較大光圈的拍攝效果[2]

使用較小光圈的拍攝效果[3]

　　傳統(tǒng)相機(jī)搭載有較大體積的鏡頭，人們可以通過(guò)手動(dòng)或者自動(dòng)方式調(diào)節(jié)光圈大小，對(duì)攝影效果有更高要求的攝影師在拍攝不同場(chǎng)景時(shí)還會(huì)更換不同的鏡頭?！氨场敝O(shè)備拍照成為攝影愛(ài)好者常見(jiàn)的旅拍狀態(tài)，傳統(tǒng)相機(jī)上的鏡頭顯然因過(guò)于龐大而無(wú)法布置在一直追求輕薄的手機(jī)身上。出于技術(shù)難度和成本的考慮，手機(jī)廠商更傾向于使用算法模擬景深效果。例如在拍攝人像時(shí)，通過(guò)算法模擬淺景深的效果，將背景虛化，突出人物。這種方式的缺點(diǎn)是處理后的照片看起來(lái)比較不真實(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的邊緣銳化和人物背景不自然的現(xiàn)象。而如果要獲得像單反鏡頭一般的自然景深效果，就要廠商在手機(jī)上安裝可變光圈。

　　有限的固定檔位切換

　　2019年初，三星發(fā)布的Galaxy S9系列手機(jī)的主攝配備了F/1.5和F/2.4兩檔可變光圈，用戶可以根據(jù)場(chǎng)景需求選擇合適的光圈檔位，帶來(lái)了移動(dòng)影像的新體驗(yàn)。然而，兩檔可變光圈對(duì)移動(dòng)影像帶來(lái)的收益有限，如果要滿足特定場(chǎng)景下對(duì)進(jìn)光量的精確控制，模擬單反可變光圈設(shè)計(jì)，手機(jī)可變光圈勢(shì)必需要實(shí)現(xiàn)更廣泛的可調(diào)節(jié)光圈數(shù)值。多檔可變光圈無(wú)論對(duì)硬件設(shè)計(jì)還是軟件控制算法都提出了極高的要求。因此，三星在Galaxy S9/S10系列手機(jī)上使用了可變光圈技術(shù)后，由于市場(chǎng)反饋不佳，S20系列手機(jī)即全系取消了該設(shè)計(jì)。

　　由此可見(jiàn)，要在手機(jī)上真正實(shí)現(xiàn)媲美單反的多檔可變光圈，無(wú)論硬件還是軟件都存在多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。

三星Galaxy S9系列手機(jī)??F1.5/2.4 可變雙光圈設(shè)計(jì)[4]

　　華為的十檔可變的“超聚光主攝”

　　2022年華為在其Mate50系列手機(jī)上首次商用了十檔可變光圈——這是華為推出的首款搭載可變光圈的手機(jī)產(chǎn)品，也是整個(gè)智能手機(jī)領(lǐng)域首款真正商用多檔位光圈調(diào)節(jié)的產(chǎn)品。2023年，華為又推出了其P60系列手機(jī)，在Mate50系列手機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化了可變光圈技術(shù)，為用戶帶來(lái)了媲美傳統(tǒng)相機(jī)的光圈使用體驗(yàn)。華為在影像領(lǐng)域深耕多年，率先商用多檔可變光圈，是其研發(fā)實(shí)力和技術(shù)積累最直觀的體現(xiàn)。

Huawei P60 Pro 超光聚主攝[5]

　　據(jù)華為公開的功能特征信息，華為P60系列手機(jī)采用了全新的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括超聚光主攝、F1.4-F4.0十檔可變光圈、高透光鏡組和RYYB超感光傳感器。在日常使用中，P60系列手機(jī)物理光圈可以根據(jù)場(chǎng)景智能調(diào)節(jié)光圈大?。涸诠饩€較暗的環(huán)境下，光圈自動(dòng)切換為F1.4，此時(shí)的照片擁有更出彩的暗部細(xì)節(jié)；在光線較充足、陽(yáng)光明媚的環(huán)境下，光圈切換為F2.0，此時(shí)畫面細(xì)膩，景致有度；在多人合影的場(chǎng)景下，光圈切換為F4.0，此時(shí)無(wú)論前后，人物都是焦點(diǎn)。同時(shí)，P60系列手機(jī)提供的更廣泛的光圈范圍，幫助實(shí)現(xiàn)了更精細(xì)的景深控制和更好的成像效果。

Huawei P60 Pro：多人合影[6]

　　從光圈數(shù)值范圍、檔位等參數(shù)上都可以看出華為P60系列在可變光圈技術(shù)上下足了功夫。那么，華為是如何在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)多檔位、大范圍光圈數(shù)值的可變光圈技術(shù)的呢？我們嘗試從華為申請(qǐng)的專利上一探究竟。

　　在某公開的專利數(shù)據(jù)庫(kù)，我們以“可變光圈 AND 手機(jī)”作為檢索式檢索，可以看到華為有44條相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，全球排名第一，其中發(fā)明專利技術(shù)領(lǐng)域涵蓋有多檔可變光圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì)等。上述數(shù)據(jù)足以體現(xiàn)華為在可變光圈技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)投入以及技術(shù)領(lǐng)先地位。

　　以下我們通過(guò)對(duì)華為三件發(fā)明專利的介紹，嘗試了解其是如何突破多檔位可變光圈技術(shù)落地手機(jī)攝影這一難點(diǎn)問(wèn)題的。

　　首先，華為解決了可變光圈的設(shè)計(jì)尺寸的問(wèn)題。將傳統(tǒng)相機(jī)中的可變光圈硬件“塞”進(jìn)手機(jī)嚴(yán)苛的尺寸中，第一要攻克的難點(diǎn)就是“鏡頭不要太突出”，模組尺寸仍要保持原有設(shè)計(jì)，不能明顯變高。在專利局網(wǎng)站上可以檢索到華為的一件名為“可變光圈、攝像模組以及電子設(shè)備”的中國(guó)發(fā)明專利CN 115480433 A。該發(fā)明中的一個(gè)實(shí)施例提到，將帶動(dòng)葉片運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)支架63內(nèi)置于座體61中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)的磁鐵67和線圈68設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)支架側(cè)壁和座體圍合出的避讓空間中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)支架在座體中旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)六葉片進(jìn)行開合。由于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵和線圈被巧妙地藏在了座體的避讓孔615中，可變光圈的尺寸被大大減小。同時(shí)搭配結(jié)構(gòu)緊湊的SMA 8線馬達(dá)，進(jìn)一步降低鏡頭高度，使得整體鏡頭模組的尺寸小型化。

專利文獻(xiàn)附圖4：可變光圈的部分分解示意圖

　　其次，華為解決了多檔光圈設(shè)計(jì)的問(wèn)題。最近的三星手機(jī)只能實(shí)現(xiàn)兩檔可變光圈的切換，要真正實(shí)現(xiàn)單反物理可變光圈的無(wú)極調(diào)節(jié)，光圈孔設(shè)計(jì)至關(guān)重要。從華為專利中可以看出，華為采用的是六葉片圍合成一個(gè)近似圓來(lái)形成光圈孔。通過(guò)座體61中轉(zhuǎn)動(dòng)支架63旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)六葉片運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光圈孔的無(wú)極控制。值得注意的是，不管是傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭還是三星S9系列手機(jī)鏡頭，葉片都采用堆疊模式，即葉片之間上下錯(cuò)開擺放，每個(gè)葉片運(yùn)動(dòng)在不同的平面，當(dāng)葉片數(shù)量較多的時(shí)候，勢(shì)必會(huì)造成葉片的整體高度變高，從而導(dǎo)致鏡頭變厚。

傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭的葉片結(jié)構(gòu)[7]

　　華為則很巧妙地使用了分層擺放的設(shè)計(jì)解決了這一難題，將六葉片分成2組，每組3片，2組葉片之間上下分層擺放，避免葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生碰撞，從而降低了葉片的整體高度。在葉片運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支架63的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)了固定孔662的移動(dòng)，從而帶動(dòng)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)完成光圈檔位的調(diào)節(jié)。同時(shí)，為了更精確地控制葉片的位置，華為還設(shè)計(jì)了可用于檢測(cè)磁鐵67a的磁場(chǎng)強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)芯片71（霍爾傳感器），根據(jù)不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度獲取可變光圈所處的位置，從而能夠更精確地閉環(huán)控制可變光圈的檔位，從而實(shí)現(xiàn)十檔可變光圈的葉片設(shè)計(jì)。

專利文獻(xiàn)附圖20：可變光圈的部分分解示意圖

Huawei P60 Pro 超光聚主攝[8]

　　最后，華為還解決了抖動(dòng)場(chǎng)景下可變光圈成像的難題。手機(jī)鏡頭一般配置了OIS防抖模塊，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)用戶豎直舉起手機(jī)拍攝時(shí)，手機(jī)會(huì)帶來(lái)的晃動(dòng)會(huì)影響成像的質(zhì)量，OIS防抖模塊在豎直平面移動(dòng)鏡頭，抵消拍攝時(shí)鏡頭的抖動(dòng)。華為很巧妙地將可變光圈結(jié)構(gòu)固定在OIS防抖模塊上，這樣即使在鏡頭在OIS防抖模塊工作的時(shí)候，可變光圈也能夠和OIS防抖模塊作為一個(gè)整體一起運(yùn)動(dòng)，從而保證光心位置始終在鏡頭的中央，極大地改善了OIS防抖場(chǎng)景下因光心偏移帶來(lái)的邊緣圖像模糊的問(wèn)題，可以更好地捕捉細(xì)節(jié)和邊緣。相比之下，市面上現(xiàn)存的兩檔可變光圈，通常固定在鏡頭的AF模組上，當(dāng)OIS防抖模塊工作時(shí)，可變光圈不能隨著防抖模塊一起運(yùn)動(dòng)，因此防抖場(chǎng)景下，可變光圈會(huì)遮擋圖像的邊緣部位，造成圖像解析度嚴(yán)重受損。

Huawei P60 Pro 拆解圖[9]

　　除了在硬件技術(shù)上要盡可能的縮小規(guī)模，為獲得高質(zhì)量照片或視頻，手機(jī)相機(jī)也需要有高質(zhì)量成像的拍照方法加持。在此基礎(chǔ)上，華為還提供了優(yōu)質(zhì)的可變光圈變焦技術(shù)。

　　以CN 115767262 A號(hào)專利為例，華為提供了一種專門用于搭載有可變光圈手機(jī)的拍照方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在極暗或者極亮場(chǎng)景下拍攝時(shí)，因受限于有限的動(dòng)態(tài)范圍而造成的圖像部分過(guò)曝或者欠曝的不良成片效果。專利公開了一種技術(shù)方案，在啟動(dòng)拍照模式時(shí)獲取并預(yù)覽圖像及環(huán)境亮度信息，通過(guò)圖像亮度、環(huán)境亮度參數(shù)確定出幀策略，在不同場(chǎng)景下，各幀采用的HDR模式、光圈檔位、曝光時(shí)間以及感光度都不同，從而獲取高質(zhì)量的照片。通過(guò)華為多檔可變光圈的加持，華為P60系列的拍照體驗(yàn)升級(jí)，從“超級(jí)月亮”到“超級(jí)夜色”，持續(xù)領(lǐng)先夜景拍攝體驗(yàn)。

Huawei P60 Pro：從“超級(jí)月亮”到“超級(jí)月色”[10]

　　除了在拍照?qǐng)鼍埃A為還設(shè)計(jì)了一種拍攝方法及相關(guān)裝置，能夠在拍照/視頻錄制場(chǎng)景下，基于攝像頭采集的圖像識(shí)別顯著主體（例如展示的商品）和目標(biāo)人物，基于顯著主體和目標(biāo)任務(wù)的深度，確定對(duì)焦對(duì)象和光圈的檔位，這一技術(shù)方案體現(xiàn)在華為申請(qǐng)的 CN 115484383 A專利文獻(xiàn)中。這一自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈檔位的功能在電商直播場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)明顯，比如錄制過(guò)程中，當(dāng)主播將口紅靠近相機(jī)展示口紅單品時(shí)，相機(jī)自動(dòng)加大光圈檔位減少景深，口紅能夠充分展示細(xì)節(jié)，而當(dāng)主播面向鏡頭涂口紅時(shí)，相機(jī)會(huì)自適應(yīng)的減少幾檔光圈，能夠使得觀眾同時(shí)看清楚口紅和主播，進(jìn)而獲得更便利的錄制體驗(yàn)和更好的視頻效果。

專利文獻(xiàn)附圖4B：一種顯著主體檢測(cè)框架的示意圖

　　從“二檔”到“十檔”，從F1.4到F4.0，華為通過(guò)在可變光圈的硬件、軟件層面持續(xù)創(chuàng)新，突破了可變光圈技術(shù)在移動(dòng)影像領(lǐng)域的多年瓶頸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)相機(jī)光圈調(diào)節(jié)體驗(yàn)的復(fù)刻，又一次引領(lǐng)了移動(dòng)影像領(lǐng)域的技術(shù)變革。相信在不久的未來(lái)，隨著可變光圈技術(shù)的不斷成熟，它將有望應(yīng)用于更多的手機(jī)型號(hào)中，為用戶提供更高質(zhì)量的圖像和更好的攝影體驗(yàn)，為手機(jī)攝影帶來(lái)更多的可能性。去年，華為在積累了雙攝系統(tǒng)、超級(jí)夜景、可變光圈、計(jì)算光學(xué)等豐富的影像技術(shù)后，推出了全新品牌“華為影像 XMAGE”。[11]正如華為影像XMAGE在宣傳語(yǔ)所表達(dá)的“探索移動(dòng)影像未來(lái)發(fā)展”，自成一派的華為影像XMAGE在未來(lái)將如何制造更多驚喜，我們拭目以待。

　　注釋：

　　1.https://finance.sina.cn/tech/2021-07-26/detail-ikqcfnca8691722.d.html?fromtech=1

　　2.圖片來(lái)源：https://consumer.huawei.com/cn/phones/mate50/

　　3.圖片來(lái)源：https://consumer.huawei.com/cn/phones/mate50/

　　4.圖片來(lái)源：https://mobile.pconline.com.cn/1103/11032625.html

　　5.圖片來(lái)源：https://consumer.huawei.com/cn/phones/p60/

　　6.圖片來(lái)源：https://consumer.huawei.com/cn/phones/p60-pro/

　　7.圖片來(lái)源：http://photo.popart.hk/newweb/archives/191162

　　8.圖片來(lái)源：https://consumer.huawei.com/cn/phones/p60/

　　9.圖片來(lái)源：https://new.qq.com/rain/a/20230414V099ZR00

　　10.圖片來(lái)源：https://consumer.huawei.com/cn/phones/p60-pro/

　　11.https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2023-02-27/doc-imyicmyx4959677.shtml

（本文僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，不代表知產(chǎn)財(cái)經(jīng)立場(chǎng)）