重新考虑光学镜头
除了像素数以外,DSC 制造商(包括摄影机、照相手机和其 它竞争产品)在考虑用什么特性来占有消费者钱包时,首先想到的就是镜头,镜头是影像的光子完成最初转换的地方。我主要关心两个光学属性:对焦和焦距。定焦相机(有些市场人士也叫无焦点)的使用有局限性。例如,它们不能完成手持的自拍,因此你会发现它们只出现在低端市场上。手动对焦对视力不好的用户既麻烦也不实用,并且不能用于拍摄快速运动的物体。即使对于用电机辅助的手动对焦(增加了功耗),这些缺点仍然存在。
但是,如果自动对焦相机选择了画面中错误的焦平面,或对焦速度过慢,消费者也不会满意。将镜头固定在一个较小的光圈(即选用一个较大的光圈值)可增加景深,从而改善清晰度。但是,这种技巧也会降低快门速度,使用户无法把稳相机,在低照度时无法捕捉到清晰图像。用这种技巧还需要消耗更多的电池能量,使图像不自然,闪光灯经常不足以覆盖照明距离。
景深也可能影响到用户希望前、后景模糊、突出主体的要求。因此,制造商现在用更多的处理能力来应付这个问题。现代相机(特别是当用户将其切换到“肖像”模式时)都可以在捕捉的画面中自动检测脸部,设定最佳的自动聚焦和自动曝光。
针对电机辅助聚焦消耗电池能量的问题有一个新的解决方案,即采
用液体透镜变焦技术。Varioptic 等公司和 IMRE(材料研究与工程学院)等研究机构都在推广这种技术(见附文“在线补遗改善图像”)。这些镜头的工作方式类似于人类的眼球,眼球周边围绕的肌肉敏捷地改变形状,从而改变其光学特性。以下引用自 Varioptics 的技术综述:“我们开发的液体镜头基于电润湿现象,一个水滴沉淀在一个金属基板上,并覆盖一层薄的绝缘层。加在基板上的电压改变液滴的接触角。液体镜头使用两种密度相同的液体,即一种是绝缘体,另一种是导电体。电压的变化就使液-液分界面的曲率发生变化,从而使镜头产生焦距变化”(参考文献 5 和图 1)。
另外,如果你的应用可以接受景深方式,也许你更感兴趣在不必减少光传输情况下(就像缩小光圈时遇到的问题一样),将其增加 5倍~10倍。在这种情况下,可以考虑OmniVision 在两年前收购CDM Optics时获得的波前编码技术,现在的营销名称是TrueFocus。CDM Optics的合作创建者和总裁Edward Dowski博士称:“波前编码 … 提供了系统范畴的优化,即专门的光学、
传感器和信号处理等共同提供高质量、低成本的成像。”通过将更高百分比的总体图像捕捉重任从光学部分移至图像处理器,可以用波前编码技术补偿低成本塑料镜头的图像质量,并且抵消温度和不同批次制造时的差异。
TrueFocus 也许并不令人吃惊,它是一套捆绑包,集成了 OmniVision 定义的光学装置和 OmniVision 设计的图像传感器,带有片上图像处理器。但是,产品经理 Michael Hepp 承认,其它传感器与处理器供应商也正在开发类似概念的方案。Nethra Imaging 的副总裁兼首席成像科学家 Ping Wah Wong 博士的话似乎印证了这个事实:“采用一种专门设计的镜头作预校正的数字聚焦技术,并在随后用图像处理来去除校正,已显示出很有前途,因为它可以去除镜头的自动变焦机构。”德州仪器公司
数码相机解决方案集团的首席技术官 Clay Dunsmore 也对 Wong的观点作出回应,他指出:“镜头可以做得更加紧凑,方法是将质量要求从光学领域转移到数字图像处理领域。例子包括拐角照明和几何失真。”

过去,两个主要焦距因素对光学部分影响最大:宽变焦范围与固定焦距,以及变焦范围的长焦或广角端。希望一机走天下的消费者们需要一个光学子系统能包含尽可能多功能的单元,同时他们也希望相机不要太重和太大。OmniVision 的 Hepp 指出,摩托罗拉的超薄 Razr 手机就是一个成功实例,它极大地影响了所有便携电子设备的用户期望,尤其是在美国。不幸的是,像滤镜一样接在主镜头前面的广角镜和长焦镜并未获得成功,原因有很多,例如不方便、增加成本,以及降低质量。而所谓的数字变焦(即像素插入功能)则逐渐从人们视线中消失,虽然它总比没有变焦要强,但它的质量很糟糕,尤其是在抓拍以及数码相机或摄影机有限的处理能力下。
这是一种苛求吗?无疑是这样。但很多技术都可以帮助解决一些看来相互矛盾的客户需求。Kodak的EasyShare V705就用两只镜头和两个710万像素传感器来解决光学问题,一个镜头是23mm,等效35mm的超广角固定镜头,另一个则是 39mm~117 mm 变焦镜头(图2)。其它的折衷例子还有 Kodak的P712 与 P880 性能系列相机,它们有类似的外形尺寸。P712含有 12×光学变焦,焦距范围从 36mm ~ 432mm。而 P880 则只有5×光学变焦,焦距范围从24mm ~ 140mm。