100倍变焦是如何做到的？详细解析 Samsung S20 Ultra 混合式光学变焦的运作原理
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本次 Samsung Galaxy S20 Ultra 搭载了“1亿800万画素 ”以及“100倍变焦”功能，双双
创下了智慧手机的里程碑。在强悍规格的背后，也令我们好奇的是，三星是如何做到的？
在硬件趋于极限的同时，智慧手机镜头也纷纷尝试往更多元的方向发展，例如多镜头的应用
性、算法提升的夜景拍摄能力、运用景深镜头打造的散景虚化能力，以及更高倍的变焦倍
率。相较于过往的机种，Smasung Galaxy S20 Ultra 搭载了破格的 100 倍混合式光学变焦
功能，这也令我们额外关注 S20 Ultra 的相机配置。
100倍变焦是如何做到的？详细解析 Samsung S20 Ultra 混合式光学变焦的运作原理
首先我们还是概略复习一下 S20 Ultra 的相机配置（S20 Ultra 详细报导可见：一百倍变
焦、1亿800万画素登场！Samsung Galaxy S20 Ultra 正式发表），镜头分别如下：
广角主镜头：1亿 800 万画素、79 度视角、光圈 F1.8
超广角镜头：1200 万画素、120 度视角、光圈 F2.2
望远镜头：4800 万画素、24 度视角、光圈 F3.5
虽然看似雷同，但 S20 Ultra 其实更新了全部的镜头
虽然倍率相同，但广角镜与超广角镜部分皆与上一代 S10 系列有所差别，首先是超广角镜
头部分，前一代旗舰 S10／S10+ 的超广角镜头其视角为 123 度，而此次 S20／S20+／S20
Ultra 则为 120 度，虽然倍率同样都是主镜头的 0.5 倍。广角主镜头方面亦有所调整，上
一代 S10 系列采用的是 F1.5／F2.4 的可变光圈式设计（双光圈模式），S20 系列主镜头
光圈则统一改为 F1.8。
此外，广角主镜头镜头视角也有微幅缩减，S10 系列主镜头视角为 77 度视角（相当于全幅
等效 26mm），S20 系列主镜头视角则为 79 度（相当于全幅等效 27mm）。虽然规格有微幅
差距，但实际运用上并不会感到明显的差异，可视为相当雷同的功能。
关键的望远镜头
当然，我们最感兴趣的还是首度搭载的望远镜头，这颗镜头具备最远 100 倍变焦的实力。
我们先来回顾一下它的规格：4800 万画素、24 度视角、光圈 F3.5。虽然原厂没有给出数
据，不过经由视角换算，我们可以得知镜头视角 24 度相当于全幅等效焦距 100mm。
也就是说，S20 Ultra 的四镜头可视为搭载了三颗定焦镜与景深镜头的协同运作成果，焦段
分别是 13mm、27mm、100mm，其中 27mm～100mm 约可视为 4 倍变焦，这也符合了 S20 Ult
ra 相机接口的操作逻辑，变焦倍率选择钮分别有 0.5、1.0x、2.0x、4.0x、10x、30x、100
x。
为何光圈是 F3.5？
至于望远镜头光圈 F3.5 是否会太小？其实这是光学原理下必然的成果，因为光圈的光学公
式为：
实体焦距／光通孔径＝光圈（F值）
其中光通孔径与镜头尺寸成正相关，一般而言光通孔径较大的镜头，其镜片也会较大。白话
一点来说，以上这公式的意涵是，当镜头光通孔径不变时（可约略理解为体积不变），焦距
提升、光圈势必会缩减，若要维持相同的光圈，镜头体积势必需要大幅提升，这也解释了为
什么望远镜头尺寸大多较大的原因。
我们可以将目前整理而成的规格制成以下简表：
超广角镜头 广角镜头 望远镜头
光圈 F2.2 F1.8 F3.5
画素 1200万 1亿800万 4800万
视角 120度 79度 24度
全幅等效焦距 约13mm 约27mm 约100mm
100 倍变焦是如何做到的？
然而，S20 Ultra 是如何在视角 24 度（约相当于全幅等效焦距 100mm）的镜头上实现 100
倍变焦的呢？关键在于这颗镜头是 4800 万画素，它具备更多的可用画素来因应 AI 运算
以及裁切需求。
举例来说，在一般状况下我们可以透过裁切照片来达到近似于光学变焦的效果，当然以技术
面来说，“裁切”并不会改变镜头焦距，镜头透视也会是相同的（因为透视主要与距离有关
），但裁切可以改变视角，因此若我们忽视物理光学效应，例如不计入实体焦距带来的景深
效果，并忽视画素损失造成的画质差异，那么裁切确实可以达成一部分站在原地光学变焦的
效果。
因此，虽然 S20 Ultra 的望远镜头等效焦距为 100mm，但使用 4,800 万的高画素感光元件
，透过裁切以及 AI 运算，仍然可以支援最高 100 倍的变焦倍率。
所以，现在你知道为何 Samsung S20 Ultra 的 100 倍变焦会被称作是“混合光学变焦”以
及“AI 超高分辨率变焦”了吧？它有光学变焦的成份在内，但也并非完全仰赖光学变焦，
仍然有数位变焦的机制在内。
100倍变焦是如何做到的？详细解析 Samsung S20 Ultra 混合式光学变焦的运作原理
讲这么多，不就是数位变焦吗？
这么说也不完全正确，在本次发表会上笔者实际测试了 S20 Ultra 的 100 倍变焦功能，它
的运作逻辑是这样的，在 4 倍变焦之后的倍率会启动望远镜头，4 倍变焦之前的倍率仍会
使用 1 亿 800 万画素的主镜头来完成拍摄需求。
我们来做一个简单的计算，S20 Ultra 的望远镜头是 4,800 万画素，而从 4 倍～100 倍之
间无论是哪个变焦倍率，S20 Ultra 皆可输出 1,200 万画素的望远照片。4,800 ÷ 1,200
= 4，换言之望远镜头在 4 倍的倍率之内都是“无损变焦”的。但别忘了，望远镜头本身的
起始倍率就已经是四倍，4 x 4 = 16，因此可获知 S20 Ultra 在 16 倍变焦之前都确实可
以做到无损变焦。
100倍变焦是如何做到的？详细解析 Samsung S20 Ultra 混合式光学变焦的运作原理
若要获得最佳画质的话呢？
因此，如果是画质控的话，在不考虑望远端手震、远距离空气散射等等会让画质减损的前提
下，望远镜头在 16 倍以前的变焦倍率画质都可维持几乎无损。但在 16 倍以上的变焦倍率
呢？这就要靠数位变焦以及 AI 运算的功力了。
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s20u在镜头上的堆料端牛肉有目共睹
大底大像素的优势让这次在夜拍及放大的大幅进步
可惜的是应该是碍于硬件空间配置舍弃了用了两年的可变光圈
望远镜头透过近四倍光学变焦再配合4800万的高像素及Ai的运算达到近乎无损的16被类光学
变焦