Damian Dinning 讲解诺基亚全焦相机模块

我每天都要花一部分时间浏览 twitter（推特）网评论、论坛留言和技术博客等，最近我发现随着新产品诺基亚 E7、C7 和 C6 的上市，我们非常有必要解释一下它们所采用的诺基亚全焦相机模块背后的技术。

有一种很严重的误解——低科技 = 低价格 = 低性能。接下来，我将用几分钟的时间来澄清这个误解，您可以看一下我的说法与您的观点是否相同……

定焦相机模块没有移动组件，它们所采用的镜头非常简单而且价格较低。事实确实如此。考虑到这个背景，我可以理解为什么上面的误解会出现。毕竟，定焦相机模块已经存在好多年了。而且，一般来说，低价、低性能的产品都采用这种相机模块，是吧？

然而，定焦相机模块和诺基亚全焦相机模块之间唯一的相似点便是它们都不含移动镜头元件。除此以外，再无任何其它相似之处。

首先来谈谈自动对焦相机模块。是的，机械对焦模块非常复杂，它所包含的移动镜头元件和镜头驱动机构的体积都非常小，需要高精度工程加工处理，以致在开发过程中必须使用电子显微镜进行分析。但是，如果不考虑机械构造，全焦相机模块其实比自动对焦相机模块更为复杂，关于这一点的争议非常少。不过，在进行深入讨论之前，我想先解释一下诺基亚为什么选择开发全焦相机模块。

顺应需求而生的全焦相机模块

几年前，我们便非常清楚地意识到，市场越来越需要体积更小的相机模块。随着移动设备内所集成的组件越来越多，每个组件的体积都需要大幅缩小。除此以外，我们还注意到，使用移动设备的自发性越来越高让临时用户深感烦恼。

因此，我们必须开发出与当时的自动对焦相机模块相比速度更快、争议更少、体积更小的相机模块。综合各方面因素，我们开发了全焦相机模块并广泛用于产品之中，针对目标用户的需求在性能与操作便利性之间实现了当前最好的平衡。

以下为全焦相机模块的独特优势：

1. 借助诺基亚全焦相机模块，您可以轻松抓拍精彩瞬间，无论光照条件或拍摄对象在画面中的位置如何，只要图像或视频中的对象在距离镜头 50 厘米以外，都不用担心它会落在焦距之外。
2. 没有等待自动对焦所造成的拍摄时滞。虽然诺基亚 N8 相机模块的自动对焦速度是所有手机中最高，平均只需耗时 350 毫秒，但延迟仍然还是存在的。
3. 不论是拍照还是拍摄视频，只要景物距离镜头 50 厘米以外，就能被全部保持在焦距上。事实上，这便是“全焦相机模块”一名的来源。传统手机相机模块的景深比全焦相机模块要浅，因此远方的景物会模糊不清。当然，经验更丰富的摄影师可能更喜欢使用浅景深效果拍摄出的画面。但是，经验较少的用户会感觉“所有景物全部在焦点范围内”的画面很美，他们是主流。
4. 更薄的相机模块——有助实现更纤巧的产品设计。

那么，是什么让全焦相机模块最终成为现实呢？

全焦相机模块成为现实需要两大因素：非常复杂的镜头设计和极为完善的图像处理流程。下面就让我们详细讨论一下这两个因素。

复杂的镜头设计

客观的说，诺基亚在推动镜头设计方面功不可没，如今我们的设计在几年前看来还是不可能的。诺基亚 E7、C7 和 C6 手机中集成的最新一代全焦相机模块采用四元件塑胶镜头设计。有些人看到这里可能会想：“塑胶的，哈哈！早说过了，都是便宜的镜头。”然而，事实却是我们现在所用的镜头设计极为复杂，根本不可能使用玻璃大批量的生产。只简单地用“塑胶”一词来概括背后所有的努力，对镜头设计人员来说是非常不公平的。

在最新一代全焦模块中，四个镜头元件采用了三种不同的聚合物。每种聚合物都是依据各个镜头元件的独特设计精心挑选的。例如，聚合物液体流入高精度镜头模组中的方式将影响镜头的光学特征。出于这一原因，镜头设计人员将根据材料融入模组时的流动特征，以及材料的冷却方式、表面精度和内部压力等众多其它特性，综合选择不同的聚合物。这还没有将算上光学指数、光扩散属性和可能的光行差（如色散）等光学性能特征的影响。

通过模糊处理提高清晰度

这听起来可能比较疯狂，但全新复杂镜头设计的一个主要方面便是对图像进行模糊处理。您没有看错，正是对图像进行模糊处理，不过这与往镜头上涂凡士林以制造扩散效应不同，此处的模糊处理将经过非常严格的控制。

传统的镜头均采用球面。这意味着镜头在整个表面上的曲率半径完全相同。现在，这种镜头形状制作起来非常容易。下一步则是非球面镜头。在这种情况下，从镜头中央位置向外移动时，曲率半径会发生改变。这要求制造流程必须非常精确，不过有助于设计出体积更小、更复杂的镜头。例如，诺基亚 N8 手机中的所有镜头均为非球面镜头。

诺基亚的全焦镜头设计却远不仅如此。镜头表面的形状比之前所有设计都要复杂很多。从镜头元件的中央位置向边缘移动时，镜头的表面曲率将发生多次变化。传统的镜头制造流程根本不适合此类镜头设计。生产此类镜头的唯一方法便是浇铸模组。我们的普通镜头公差一般不超过千分之几毫米。但是，这些特殊镜头的公差需要更高！

三四年前，大批量生产精度如此高的镜头根本就是不可能完成的任务。正是这一突破性的进步为诺基亚全焦相机模块的面市奠定了坚实的基础。然而，这只是整个故事的一部分。只要您对镜头制造流程稍有了解，便应该清楚更高的精确度会导致成本增加，而不是相反。不过，该成本是生产全焦相机模块所必不可少的。

添加秘密武器

现在，我们所获得的是经过轻微模糊处理后的图像。接下来便是高度复杂的图像处理流程，此时稍显模糊的图像将经过适当处理，确保照片/视频中距离镜头 50 厘米至无限远范围内的景物均非常清晰，而且镜头可以装在 E7 和 C7 等超薄手机里。

可惜的是，我不能透露有关该处理流程的过多细节，因为这是公司机密。不过，我可以告诉大家的是，虽然没有可移动的镜头元件，而且图像再经处理前稍显模糊，但这些算法能够以数字的方式动态地聚焦图像。这样一来，位于不同距离的景物会动态地影响单个图像的处理流程。每幅图像的具体处理算法视图像内容而定，并非所有图像均采用相同的处理算法。

此时，数据离开相机模块——之前是模糊的，现在经处理后恢复清晰，被传送至图像处理器。图像将在这里接受色彩修正等更传统的图像处理。也就是说图像将在相机模块和图像处理器内经过双重优化。

单单是设计图像处理器内的图像处理流程便已经非常复杂了，现在我们还需要确保两个数据处理流程能够很好地相互结合。通常情况下，我们可能需要在相机模块处理流程中执行进一步优化，以便在图像处理器的传统优化流程中引起额外的连锁反应。

不过，在以上所有流程都结束后，最后的结果是图像或视频中所有位于镜头 50 厘米以外的景物都在焦点范围之内，只需要简单的按一下快门。表面上看似简单，但实际却极为复杂。