大家新年好，一直都有朋友問我能不能寫一寫關於手機攝像頭設計的內容，適逢今天沒那麼忙，就來簡單分析一下可能是手機攝影器材里最受關注的新一代華為P40 Pro吧，其實大致的規格在網上都已經有很多猜測了，但有一些細節還是值得說一說，因為還是隱藏了不少不容易為人察覺的技術升級項目。
已知的基礎信息有，後置5攝方案：
1、主攝基於索尼最新的1/1.7英寸6400萬像素IMX686，這顆傳感器首發於紅米K30 5G，不出意外華為應該會使用獨占的魔改版，比如換用P30開先河的RYYB濾鏡，畢竟這是實現極弱光成像的硬體基礎，算法插幀7680fps慢動作應該也會在P40上出現。
2、潛望式長焦鏡頭從5倍升級到10倍光學變焦（也就是從125mm升級到250mm），這裡或許會有一個新的設計，後面展開來簡單說說。
3、一個未披露規格的超廣，我認為會採用Mate30 Pro那顆1/1.54英寸傳感器或類似的大底設計，理由在於第4顆攝像頭是微距攝像頭，大底的最近對焦距離很難做小，如果採用與P30 Pro類似的傳統廣角方案就完全可以同樣用廣角鏡頭去兼任微距，沒有必要單獨列一個。
4、第5顆就是後置ToF，再加上前置雙攝，這在高端機里已算是標配，沒啥說的。
展開說說吧，第一部分是IMX686，雖然不清楚華為與索尼的獨占定製合同簽到了什麼時候，但理論上P40系列應該會得以延續，畢竟從商業模式來看這是一個妥妥的雙贏（三巨頭裡三星用自家的，蘋果也是索尼客戶，華為上定製恰好可以與之形成定位切分，再往下就基本都是方案整合商了，不用考慮太多）。所以P40系列的主攝我們可以大膽一點進行猜測，除了RYYB之外，索尼新發2x2 OCL方用P40 Pro來首發也是有可能的。
所謂2x2 OCL，簡單來說就是佳能全像素雙核和自家Quad Bayer的疊加，全像素雙核是2個水平布置的同原色濾鏡像素共用同一個微透鏡：
Quad Bayer則是4G+4R+4B+4G的組合：
而2x2 OCL就是在Quad Bayer的基礎上，讓4個相同原色子像素共用1個微透鏡：
於是，它就有了這兩種方案共同的優勢。首先是同微透鏡下的4個像素具備了相關性，它們甚至共享一個浮置擴散電容，因此所有像素均可同時參與對焦和成像工作（全像素雙核的優點），而不用像Quad Bayer或傳統Bayer那樣取部分像素以半遮擋設計單純負責對焦。
並且因為是2x2的布局，這意味著它縱橫斜向點擴散函數離散度都是不一樣的，如果能像佳能那樣生成全像素多核RAW，那麼你會看到四張焦上重疊、焦外存在不同視差的圖像，通俗來說也就是所有對焦點都變成了米字型，打破了片上相位差對水平紋理對焦無力的缺陷，因為全像素雙核是左右切分的，類比為單反獨立模塊的一字型，雖然半遮擋也能拿部分像素做上下遮擋來實現1字型並整合為十字型，但目前似乎沒有品牌這麼做，而且斜向就只能靠2x2 OCL這種設計。這同時也意味著2x2 OCL能更準確的判斷物平面位置，與ToF數據聯動優化數字虛化計算（事實上我還挺期待ToF傳感器是否能用上新技術，這個以後再細說吧）。
不過對於手機而言，最大的掣肘之處還是鏡頭像場覆蓋，片上相位差的精度受制於漸暈，而就P30 Pro RAW文件來看這個問題比較嚴重，這也迫使鏡頭模組供應商必須要進一步優化設計，而且還得是在小尺寸的前提下，否則對焦的優勢就比較難以達到理想高度。
與此同時，因為每個像素依然能單獨輸出，所以它保留了Quad Bayer進可求解析度、退可保高量子效率和單幀HDR的特點，根據相似型號三星GW1的測試來看，算法得當的情況下性能表現會相當不錯，再加上已有的弱光和高速優勢，以及國內已經比較成熟的7P/8P塑料鏡頭工藝，瓶頸相對比較少，如果真的用上了2x2 OCL，就很讓人期待華為在算法上又能玩出什麼新花樣來了。
第二部分是潛望式長焦鏡頭，P30 Pro實現了等效125mm，也就是相對主攝5倍的等效焦距，而P40 Pro的設計目標是10倍，那麼這就有一個很具體的限制，P30 Pro的潛望式攝像頭規格僅僅只有等效125mm F3.4，這意味著假設要在此基礎上做更長的焦距，不改變設計那麼F值必然會增加到F6往後去了，這時候就只能靠算法來彌補高ISO帶來的低信噪比，從目前的SoC ISP算力來說難度非常大，所以還得從根本入手來解決。
縮小傳感器尺寸是保證體型小巧而又能增大等效焦距的方法之一，但從畫質來說顯然是有損的，畢竟它本來就已經很小了，所以這個方案大機率不會採用，還得從鏡頭設計改起。
手機鏡頭的孔徑光圈都在鏡組最前方，所以開孔大小直接影響F值大小，潛望式設計的特殊性在於大部分光路在稜鏡反射後平行於機身，這意味著它的開孔完全受制於機身厚度，所以很顯然，這個問題最直接、也是最靠譜的方案就是在反射稜鏡前方加入大孔徑折射鏡，讓光線以聚攏的形式入射而非平行入射，進而增大整個鏡組的有效孔徑，在焦距增大的情況下實現F值保持不變或小數值變動的目的，原理類似於前置外掛鏡頭，可參考示意圖，隨手一畫比例不准，意會即可：
上半部分為直射入射，下半部分為增加大口徑折射鏡片之後，可明顯看到入瞳尺寸有了明顯的增大，除此之外，焦距變長也意味著光學總長變長，所以P40 Pro的潛望式設計可能會採用多次反射型設計，也即光束垂直入射、通過第一大口徑透鏡折射到第一反射稜鏡/面鏡90度反射，通過內部透鏡系統後抵達第二、三反射稜鏡/面鏡連續反射2個90度，最終抵達傳感器，這個設計可更有效的利用內部空間，並增加光學總長：
當然，無論是第一片大口徑高折射率鏡片，還是明顯增大的光程，毫無疑問都會增加像差，但對於一個光線高度小、光焦度也不大、還大幅依賴數字算法補償的系統來說這都不是事兒。所以最終P40 Pro長焦做到250mm F4這種規格我也並不會奇怪，重點考察的還得是裝配精度和結構強度，畢竟三次反射若稍有偏差就會導致明顯的成像問題，這對良率算是一個挑戰。
目前的猜想大概就是這些，如若都能實現，那毫無疑問華為P40 Pro又會是一次飛躍式進步，並且一定會引領整個行業的跟進，這樣一來從P20開始每一年在手機攝影上都能由國產品牌帶動質變，還是挺讓人開心的，當然，目前也已知三星S11系列也會配備1億像素主攝（RGBW 9合1）+潛望式長焦的強力組合，安卓旗艦級拍照手機的兩強對話在2020年也是很值得期待的。