正文
本章小结:
以华为P30 PRO为标志,2019年至今已有6款安卓高端机搭载潜望式结构,总体来看,目前安卓阵营除小米外已全部推出搭载潜望式摄像头机型,其中华为/OPPO潜望式结构手机已迭代至第二代产品。2019年搭载潜望式摄像头手机出货量估计为0.15亿部,来自华为、OPPO和VIVO。比较各家方案而言,各方案原理相同,均采用“接力式”原理,通过三颗定焦镜头切换+算法辅助实现“类光变”无损拍摄;差异之处在于硬件参数及软件算法不同。展望未来,预计安卓系有望全线搭载潜望式结构,并从高端下沉至中低端机型,零部件厂商也正配合进行降成本研发,Sigmaintell乐观看2020年出货量有望达1亿颗,2023年有望突破4亿颗;然新冠疫情蔓延至全球,或对2020年潜望式摄像头出货量产生一定程度负面影响。关于疫情对厂商出货的影响我们还将持续观察。
回顾发展史,19年至今已有7款高端机搭载潜望式结构,华O迭代至二代
2004-2018年:潜望式结构在手机端应用较少,轻薄化趋势下真正光学变焦难以普及。
继相机端应用之后,潜望式镜头结构在手机端也进行了尝试,初期搭载潜望式结构的手机,均通过镜头模组内的电动马达移动镜片组,改变镜头焦距,从而实现无损的长焦拍摄效果,为真正意义上的光学变焦。2004年,夏普推出了世界上第一台搭载潜望式结构的手机V602SH,具备2倍光学变焦,搭载1.3MP像素的CCD感光元件。2008年,索爱也推出搭载潜望式结构、具备3倍光学变焦的手机SO905iCS,搭载5.1MP像素的CCD感光元件,其主打拍照,性能达到了卡片相机级别,但未在国内上市。2015年,华硕推出具有3倍光学变焦效果的手机ZenFone Zoom,搭载13MP像素的CMOS感光元件,采用日本HOYA的10片式摄像头模组,是智能机时代首部搭载潜望式结构的手机。然而真正意义上的光学变焦摄像头应用于手机端存在耗电高和体积大的问题:变焦镜头需利用马达驱动镜片组内的部分镜片移动进行变焦,这种变焦方式无需广角镜头与算法处理配合即可实现无损拍摄,但是会增加手机的能耗负担,同时还需要更大的散热空间,导致机身普遍偏厚,华硕ZenFone Zoom厚度为11.9mm,相比之下华为P30 PRO厚度为8.14mm,上述特性与手机轻薄化趋势难以兼容。因此,真正的光学变焦功能未能在手机端普及。
2019年至今:已有7款安卓高端机搭载潜望式结构,其中华为和OPPO已迭代至二代产品。
在2
017年的MWC上,OPPO与以色列Core Photonics合作,公布了一项5倍无损变焦潜望式结构技术,宣称已把潜望式摄像头模组的厚度降低到5.7mm,比普通2倍变焦光学模组的厚度还薄10%。国内第一款采用潜望式接力变焦模组的是华为于2019年3月发布的P30 PRO,其后置搭载20MP(超广角)+40MP(广角主摄)+8MP(潜望式长焦)+ToF模组(景深镜头),可实现5倍光学变焦、10倍混合变焦及50倍数码变焦。2019年4月,OPPO发布的新款旗舰机RENO 10倍变焦版同样采用潜望式结构设计,其后置搭载8MP(超广角)+48MP(广角主摄)+13MP(潜望式长焦),可实现10倍混合光学变焦及60倍数码变焦。2019年12月,VIVO发布的X30 PRO也搭载了潜望式摄像模组,其后置搭载8MP(超广角)+64MP(广角主摄)+13MP(潜望式长焦)+32MP(人像镜头),可实现5倍光学变焦、10倍混合光学变焦及50倍数码变焦。2020年2月,三星发布S系列旗舰新机Galaxy S20 Ultra,为三星首款搭载潜望式结构的机型,其后置搭载12MP(超广角)+108MP(广角主摄)+48MP(潜望式长焦)+ToF模组(景深镜头),可实现10倍混合光学变焦及100倍数码变焦。2020年3月,OPPO推出旗下第二款搭载潜望式结构机型Find X2 PRO,后置搭载48MP(超广角)+48MP(广角主摄)+13MP(潜望式长焦),其中潜望式长焦镜头与RENO变焦版所搭载的规格相同,同样可实现10倍混合光学变焦及60倍数码变焦。同月,华为P40系列新推出两款搭载潜望式结构机型,其中P40 PRO后置搭载40MP(超广角)+50MP(主摄)+12MP(潜望式长焦)+TOF模组(景深镜头),可实现5倍光学变焦、10倍混合光学变焦及50倍数码变焦;
P40 PRO+升级版参数再创记录,
搭载40MP(超广角)+50MP(主摄)+8MP(长焦)+8MP(潜望式长焦)+TOF模组(景深镜头),
可实现10倍光学变焦、20倍混合光学变焦及100倍数码变焦。
总体来看,目前安卓阵营除小米外已全部推出搭载潜望式摄像头机型,其中华为/OPPO潜望式结构手机已迭代至第二代产品,华为P40 PRO+实现了从5倍光变到10倍光变的飞跃,但镜头像素保持不变,而华为P40 PRO则在潜望式长焦镜头的像素上进一步升级;OPPO也在像素方面有所改善。
比较各家方案,均采用“接力式变焦”,焦距比、算法和像素决定性能
各方案原理相同,均采用“接力式”原理,通过三颗定焦镜头切换+算法辅助实现“类光变”无损拍摄。
2019年至今的6款搭载潜望式结构机型的“接力式变焦”方案工作原理没有差别,均为利用三颗定焦镜头的物理焦距不同,通过镜头切换和算法辅助实现比较平滑的“类光变”无损拍摄效果。以华为P40 PRO为例:2020年3月推出的华为P40 PRO搭载广角主摄(等效焦距23mm)+超广角(等效焦距18mm)+潜望式长焦(等效焦距125mm)方案,在广角主摄与长焦镜头的配合下可实现5X光学变焦(实际等效焦段为23mm-125mm),同时18mm超广角镜头赋予其0.8X超广角变焦的能力。华为P40 PRO光学变焦的具体过程为:(1)变焦倍数为0.8X时,单颗超广角镜头进行无损拍摄;(2)变焦倍数为0.8-1X时,单颗超广角镜头在自身焦段范围内实现数码变焦;(3)变焦倍数为1X时,单颗广角主摄像头进行无损拍摄;(4)变焦倍数为1-5X时,单颗广角主摄像头在自身焦段范围内实现数码变焦;(5)变焦倍数为5X时,单颗潜望式长焦镜头进行无损拍摄;(6)变焦倍数为5-10X时,广角主摄镜头和潜望式长焦镜头依然配合数码变焦实现工作,但以潜望式长焦镜头拍摄为主,主要靠算法裁剪,因此画质将出现明显的损伤。在算法的辅助下,上述过程可以在变焦倍数0.8-10X间可以实现平滑的“接力”效果,虽然没有改变单颗镜头的焦距,但可以实现类似光学变焦的拍摄效果。
各方案差异之处:硬件参数及软件算法不同。
其中光变倍数看长焦与广角镜头的焦距之比,混合变焦倍数看算法,数码变焦倍数看镜头像素。
——镜头硬件有差异:长焦镜头等效焦距与广角镜头等效焦距之比决定了光学变焦倍数,比例越大,变倍效果越好。
P40 PRO+拥有10倍光学变焦效果(240/23≈10.43),P40 PRO、P30 PRO和X30 PRO的光学变焦效果均达到5倍,RENO变焦版和S20 Ultra未直接公布光学变焦倍数。我们根据后两者摄像模组的参数测算其倍数,若以RENO变焦版的主摄焦段视作1倍光学变焦,其广角主摄镜头、潜望式长焦镜头等效焦距分别为27mm、160mm,计算得出其支持6倍左右光学变焦效果(160/27≈5.93),同理测算出S20 Ultra支持4倍左右光学变焦效果(102/26≈3.92)。四家厂商在尝试首款潜望式结构机型后,陆续发布了其他未搭载潜望式摄像头的新款机型,华为Mate30系列手机只支持3倍光学变焦,OPPO RENO2在镜头隐藏在机身内的情况下只能实现5倍混合变焦。经对比我们发现,要在保持机身轻薄的同时实现4倍以上的真光学变焦效果,搭载潜望式结构是目前的必然选择。
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软件算法有差异:厂商内置的算法在后台进行合成,达到混合变倍功能。
在光学变焦倍数与混合变焦倍数之间,广角主摄镜头与潜望式长焦镜头配合进行数码变焦,两个摄像头同时拍摄远景和近景照片,在后台进行算法合成,成像效果可以达到光学变焦的效果。已发布的6款机型虽然摄像模组参数有所差异,但通过算法调用均实现了10倍的混合变焦效果;而P40 PRO+则进一步升级,其拥有的10倍潜望式镜头可实现20倍混合光学变焦。
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像素硬件有差异:像素清晰度决定了数码变焦倍数,越高清变倍率越大。
当变焦倍数达到混合光变倍数以上时,成像效果仅取决于由潜望式长焦镜头的像素。P40 PRO+因潜望式长焦镜头焦距长达240mm,经过像素裁减后可达到100倍数码变焦,而S20 Ultra潜望式长焦镜头等效焦距仅有102mm,不足P40 PRO+的一半,但通过使用48MP的高像素感光元件,进行裁切以及AI运算后仍然可以支持高达100倍的变焦倍率,与P40 PRO+在所有机型中并列第一。
趋势上,潜望式结构获手机厂和零部件厂商共同认可,有望下沉至中低端
终端手机厂商对潜望式态度:华为引领,安卓系全线跟进,北美大客户暂未搭载,后续有待观望。
摄像头是智能手机创新升级的主要方向之一,光学性能提升对消费者视觉体验有明显升级,拍摄性能已成为各手机品牌竞争的焦点。目前大部分手机厂商对潜望式结构摄像头布局较为积极,华为引领下,安卓阵营大部分已推出潜望式结构手机,唯一未推出的小米目前已有相关专利。北美大客户暂未推出相关产品,布局情况仍有待后续观望。
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安卓阵营:
全线跟进。
其中
华为
对潜望式结构最为积极,于2019年推出首款搭载潜望式长焦的P30 PRO,开启智能手机潜望式镜头发展元年;2020年发布的P40系列中P40 PRO和P40 PRO+继续搭载潜望式摄像头,推广度进一步提升,且PRO+更是开创性配备多反射潜望式长焦镜头;我们预计华为下一代Mate 40系列亦有望搭载潜望式结构摄像头,打造光学亮点。
OPPO与VIVO
紧随其后,均于2019年推出首款搭载潜望式结构机型,OPPO还在2020年推出了第二款。
三星
虽落后一年,在2020年才推出首款,但其布局较早,2019年并购Core Photonics(其为2017MWC上与OPPO合作公布潜望式结构技术的摄像头公司),随后三星电机成功开发了超薄型5倍光学变焦模块,并已在19年5月进入量产;预计在S20 Ultra之后,三星Galaxy系列手机亦有望搭载潜望式结构。小米目前尚未推出搭载潜望式结构机型,但是国家知识产权局2019年7月2日公示了小米一项专利,专利摘要显示“本公开是关于一种摄像头组件及电子设备,所述摄像头组件包括:主镜头和至少一个潜望式辅助镜头”;且小米此前已经向世界知识产权局(WIPO)提交了潜望式镜头专利,专利文件显示该机型采用了弹出式前置摄像头设计,后置竖排四摄,其中顶部为潜望式镜头,这一设计与华为P30 PRO和OPPO Reno 10倍变焦版所采用的方案类似,我们预测小米下一代产品或将搭载潜望式摄像头。
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北美客户:对潜望式结构态度尚不明晰。
北美客户早在2014年就申请了名为可折叠长焦相机镜头系统的专利,试图解决摄像头凸出的问题,在这组镜头里有可以移动的浮动镜组,通过数分之一毫米的微小浮动来实现变焦,原理与前文提及的华硕ZenFone Zoom类似,但并未有后续进展。2019年10月8日,美国专利及商标局公布了北美客户名为折叠镜头系统的新专利,其内部有三到五个镜片,通过棱镜折射实现变焦,三镜片设置可以提供80-200mm焦距,适用于长焦拍摄,五镜片设置提供50-85mm,主要用于广角镜头。然而,相关潜望式结构专利虽然代表了北美客户的研究和开发方向,但并不能保证潜望式结构会被应用在其未来的新机型上。目前北美客户对潜望式结构的态度仍不明朗,我们将对其后续布局情况进行持续跟踪。
上游厂商对潜望式结构态度:均看好潜望式发展,积极研发致力推动机型下沉,但技术趋势尚存争议。
上游包括棱镜模块、镜头、算法和模组在内的供应商普遍看好潜望式结构的发展,认为光学升级趋势源于需求端的爆发,将持续利好行业。其中部分厂商正致力于改进方案、降低成本,以将潜望式结构的机型下沉至中低端;在镜头发展的技术趋势上,虽然采用玻塑混合还是全塑镜头依然有争议,但多数厂商均同时布局。