2025年第十五屆全運(yùn)會開幕式現(xiàn)場

從1959年第一屆全運(yùn)會的膠片記錄，到2025年第十五屆全運(yùn)會的8K+AI直播，再到未來第十六屆全運(yùn)會的全域智能沉浸體驗(yàn)——攝像技術(shù)的發(fā)展史，就是一部攝像結(jié)構(gòu)與算法從分立到融合、從輔助到主導(dǎo)的創(chuàng)新史。

1959年9月13日，北京工人體育場燈火璀璨、萬眾矚目，第一屆全運(yùn)會開幕式隆重舉行，承載著希望的第一束“光”落在工體……

翻看當(dāng)時(shí)的影像資料，我們會發(fā)現(xiàn)，開幕式現(xiàn)場的照片，畫面質(zhì)樸，帶著原生的粗糙感，透著滿滿的年代感；視角單一，多是正面、側(cè)面、半身或者遠(yuǎn)景構(gòu)圖；色彩單調(diào)，基本為泛黃發(fā)灰的黑白調(diào)，缺乏層次感。攝影記者們肩扛手抬的是龐大、笨重的膠片攝像機(jī)。光圈、快門、焦距，每個(gè)參數(shù)的設(shè)定全憑攝影師的經(jīng)驗(yàn)與直覺，每一次快門都是一場與光線的博弈。每一個(gè)鏡頭都彌足珍貴，后期的調(diào)整空間微乎其微。那時(shí)的攝像頭，只是負(fù)責(zé)將光學(xué)影像“忠實(shí)”地記錄在感光膠片上。

2025年11月9日，廣州奧體中心的夜空下，第十五屆全運(yùn)會開幕式如期上演。2億像素設(shè)備靜靜捕捉著每一個(gè)精彩瞬間，8K全景攝像頭覆蓋每個(gè)角落，帶來超大視角的超高清畫面，實(shí)時(shí)渲染的 AR特效與運(yùn)動員的身影交相呼應(yīng)，超高速攝影讓水花濺起的每一顆水滴都清晰可見，數(shù)千架無人機(jī)在夜空中勾勒出動態(tài)的空中圖景——這是科技與藝術(shù)的碰撞。

如今，圖像早已不是單純的畫面記錄，而是由“0”和“1”構(gòu)成的數(shù)據(jù)流，可被無限計(jì)算、解析與重塑。曾經(jīng)笨重的“長槍大炮”，如今被小巧的手持設(shè)備取代；過去需要龐大轉(zhuǎn)播車支撐的直播工作，現(xiàn)在靠一個(gè)5G直播背包就能搞定，工作人員輕裝上陣，效率大幅提升。

66年間，鏡頭還是那個(gè)鏡頭，但光線在設(shè)備中的傳播路徑，早已被重新設(shè)計(jì)。這背后的飛躍，不只是鏡頭精密程度的提升，更重要的是攝像結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與圖像處理算法革命的深度融合。二者就好像是數(shù)字影像的“軀體”與“靈魂”，相互配合、共同發(fā)力，把成像技術(shù)推向了前所未有的高度。

01

攝像結(jié)構(gòu)的極限突破

攝像結(jié)構(gòu)是圖像采集的核心部分，就像攝像頭的“眼睛”。鏡頭好比于攝像頭的“晶狀體”，負(fù)責(zé)接收外界的光線，再通過調(diào)整鏡片組的位置聚焦光線，它直接決定了進(jìn)入相機(jī)的光線質(zhì)量和數(shù)量；傳感器則類似于攝像頭的“視網(wǎng)膜”，專門接收光線并把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，畫面清不清晰，很大程度上由它說了算。這些年，為了突破物理層面的限制，硬件結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新從未止步。

傳統(tǒng)攝像頭受限于固定的焦段和簡單的防抖設(shè)計(jì)，想“拍得遠(yuǎn)”又“拍得穩(wěn)”特別難，遠(yuǎn)一點(diǎn)的場景細(xì)節(jié)根本看不清，拍動態(tài)畫面時(shí)還容易模糊。為了解決這個(gè)問題，潛望式長焦和微云臺這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，正好補(bǔ)齊傳統(tǒng)攝像頭的短板。

潛望式長焦的巧思在于，它把傳統(tǒng)縱向排列的鏡組改成了橫置，再通過棱鏡或者反射鏡改變光的傳播路徑，這樣就給長焦鏡組騰出更長的物理空間，既能實(shí)現(xiàn)更高的光學(xué)變焦倍數(shù)，又不會讓機(jī)身變厚。比如寧波舜宇光電信息有限公司的“潛望式攝像模組及其變焦方法”專利，就是通過移動多組鏡片來實(shí)現(xiàn)連續(xù)光學(xué)變焦，解決了早期潛望式長焦只能固定焦段的問題。微云臺和傳統(tǒng)的光學(xué)防抖（OIS）不一樣，傳統(tǒng)OIS是靠移動鏡頭或傳感器來補(bǔ)償抖動，而微云臺是把整個(gè)攝像頭模組懸浮在一個(gè)磁性或機(jī)械框架里，能夠?qū)崿F(xiàn)更大角度、更主動的抖動補(bǔ)償。

像第十五運(yùn)會開幕式上拍那些運(yùn)動場景，尤其是用手持設(shè)備拍長焦的時(shí)候，微云臺能帶來特別好的穩(wěn)定效果。維沃移動通信有限公司的“攝像模組及電子設(shè)備”專利，就展示了一種雙滾珠式微云臺結(jié)構(gòu)，通過兩組正交的滾珠軸承，實(shí)現(xiàn)X、Y軸的雙向平移防抖，防抖角度和效果比傳統(tǒng)OIS好太多了。

現(xiàn)在手機(jī)上的攝像頭越做越多，鏡頭模組也跟著變大，慢慢開始擠壓其他元器件的空間，這讓手機(jī)的整體設(shè)計(jì)變得很被動。于是，液態(tài)鏡頭就應(yīng)運(yùn)而生了。它用液滴代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械鏡片，通過改變液滴的曲率半徑，就能實(shí)時(shí)、靈活地調(diào)整焦距，不用像傳統(tǒng)透鏡那樣靠機(jī)械移動來變焦。

如果再用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）做驅(qū)動液態(tài)鏡頭的“驅(qū)動器”，整個(gè)液態(tài)鏡頭系統(tǒng)會變得更集成、更小巧。三星公司的“利用電潤濕法制造液態(tài)鏡頭的方法及由此制造的液態(tài)鏡頭”專利，講述了怎么通過電壓精確控制兩種不互相混合的液體的界面形狀，實(shí)現(xiàn)毫秒級的對焦和焦距變化；東南大學(xué)也有相關(guān)專利 “焦距和視場可調(diào)的液體微鏡頭及其制造方法”，通過改變液體微鏡頭的曲率或者它在光路中的位置，來調(diào)整焦距和視場。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了市場，正處在大規(guī)模應(yīng)用的前夜，未來很可能會徹底取代傳統(tǒng)的音圈馬達(dá)對焦結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的攝像頭一般是把多個(gè)玻璃透鏡疊在一起，靠折射光線來成像。這種方式雖然能拍出高質(zhì)量的圖像，但每個(gè)透鏡的厚度，透鏡之間的間距，導(dǎo)致整個(gè)攝像頭的體積很大，應(yīng)用場景也受到限制。首爾大學(xué)工學(xué)院的研究人員就開發(fā)出一種結(jié)合超構(gòu)表面的新型透鏡模塊，用它做出了超薄攝像頭。

超構(gòu)表面是一種人工設(shè)計(jì)的二維材料結(jié)構(gòu)，能逐個(gè)像素精確控制光的強(qiáng)度、相位和偏振等屬性。他們把超構(gòu)表面集成在玻璃基板上，光線就能以折疊的方式在玻璃基板里反射、移動，成功實(shí)現(xiàn)了厚度僅為0.7毫米的透鏡系統(tǒng)，比現(xiàn)在智能手機(jī)上的折疊透鏡系統(tǒng)輕薄很多。浙江大學(xué)也申請了“基于超表面的折疊鏡頭系統(tǒng)和相機(jī)”的相關(guān)專利，核心目的也是減少鏡頭的厚度。

02

圖像處理的算力魔法

如果說攝像結(jié)構(gòu)是攝像頭的“眼睛”，那圖像處理就是它的“大腦”。就算采集到的原始圖像數(shù)據(jù)再好，要是沒有強(qiáng)大的算法做“后期”處理，也發(fā)揮不出它的價(jià)值。現(xiàn)在的圖像處理，已經(jīng)全面進(jìn)入了“計(jì)算攝影”的時(shí)代。

多幀合成與HDR（高動態(tài)范圍）技術(shù)就是快速連續(xù)拍攝多張不同曝光的照片，然后把它們合成為一張，既保證暗部有豐富細(xì)節(jié)，又不會讓高光部分過曝。這在十五運(yùn)會開幕式上特別有用，畢竟夜空下，舞臺上的燈光和陰影區(qū)域光比很大，用這種技術(shù)就能很好地處理。

榮耀終端有限公司有一項(xiàng)“圖像處理方法及電子設(shè)備”專利，介紹了一種基于深度學(xué)習(xí)的多幀HDR融合算法。它不光能把圖像對齊，還能智能識別出照片序列里因?yàn)槲矬w移動或者手抖造成的“鬼影”，然后把這些“鬼影”剔除，最終生成一張干凈、高動態(tài)范圍的照片。現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)還和AI深度結(jié)合，能智能識別拍攝的場景內(nèi)容，比如人臉、天空、建筑等，然后分區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)的HDR處理，讓拍出來的照片既保留細(xì)節(jié)，又看起來特別自然。

人工智能的加入，讓相機(jī)學(xué)會了“思考”，圖像處理也從以前的“基于規(guī)則”變成現(xiàn)在的“基于數(shù)據(jù)”。通過在海量圖像數(shù)據(jù)上訓(xùn)練出來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，相機(jī)現(xiàn)在能看懂自己拍攝的內(nèi)容了。比如AI場景識別與語義分割，它能自動識別出照片里的風(fēng)景、人像、食物、文檔等內(nèi)容，還能把這些不同元素精確地分離開，然后針對性地調(diào)整色彩、飽和度、銳度。

以前的降噪算法處理照片時(shí)，很容易把圖像細(xì)節(jié)也一起去掉，而AI降噪模型能分清哪些是噪聲、哪些是圖像紋理，去噪的同時(shí)還能保留甚至增強(qiáng)細(xì)節(jié)。超分辨率技術(shù)就更厲害了，能從低分辨率圖像里“還原”出高分辨率的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無損的數(shù)字變焦。

OPPO廣東移動通信有限公司的“圖像處理方法、裝置、電子設(shè)備及可讀存儲介質(zhì)”專利，實(shí)現(xiàn)了對不同區(qū)域進(jìn)行 AI分區(qū)降噪，還能對臉部區(qū)域進(jìn)行超分辨率增強(qiáng)。這在體育轉(zhuǎn)播中特別有價(jià)值，比如從遠(yuǎn)景畫面里，就能清晰地捕捉到運(yùn)動員的面部表情。

多模態(tài)融合技術(shù)在攝像頭圖像處理里，核心就是打破傳統(tǒng)拍攝的局限，通過結(jié)合其他類型傳感器的數(shù)據(jù)，來大幅提升圖像的“信息維度”和“場景理解能力”，解決那些單靠攝像頭解決不了的難題，讓機(jī)器視覺從“看得見”變成“看得懂”“看得準(zhǔn)”。

依托深度學(xué)習(xí)模型，多模態(tài)融合能深入挖掘不同數(shù)據(jù)源的特征，通過特征對齊和交互，把多維信息變成判斷依據(jù)，顯著提高對復(fù)雜場景的理解精度。華為的“圖像處理方法以及相關(guān)設(shè)備”專利，就詳細(xì)講了怎么利用ToF深度圖來優(yōu)化人像模式的邊緣處理，讓人像拍攝效果更好。

03

1+1>2的技術(shù)交響曲

攝像結(jié)構(gòu)與圖像處理從來都不是孤立存在的，它們深度耦合、相互成就。多主攝為計(jì)算攝影提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，要是沒有多個(gè)攝像頭提供的多視角、多焦段信息，很多融合算法根本無法實(shí)現(xiàn)。傳感器技術(shù)的進(jìn)步也在推動算法不斷演進(jìn)，比如Dual Pixel或全像素全向?qū)箓鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)，每個(gè)像素點(diǎn)都有相位對焦能力，能為AI算法提供極其豐富的深度信息，讓人像模式的摳圖精度和視頻對焦速度有了質(zhì)的提升。

華為的“光學(xué)鏡頭、攝像模組及電子設(shè)備”專利就很有代表性。它采用獨(dú)特的“一底雙長焦”技術(shù)，通過可移動棱鏡機(jī)構(gòu)，能根據(jù)拍攝需求靈活調(diào)整棱鏡位置，實(shí)現(xiàn)光路的動態(tài)切換，讓設(shè)備在長焦和超長焦兩種拍攝模式間自由轉(zhuǎn)換。這個(gè)方案采用了共享式硬件架構(gòu)，長焦和超長焦兩種焦段模式共用同一塊大底CMOS傳感器以及配套的傳感器防抖模塊，不僅有效減小了整體模組的體積，還控制了成本。而且大底CMOS傳感器采用斜置安裝的方式，為光路切換騰出更大的操作空間，拍攝效果也更好。

這項(xiàng)專利把攝像結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，和圖像處理中對高畫質(zhì)、多焦段的需求完美結(jié)合起來。在不同焦段拍攝時(shí)，能根據(jù)場景需求優(yōu)化圖像采集，再加上華為在圖像處理算法上的積累，進(jìn)一步提升了圖像的清晰度、色彩還原度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)，滿足了用戶在不同拍攝場景下對圖像質(zhì)量的高要求，也為移動影像技術(shù)的發(fā)展樹立了新的標(biāo)桿。

04

展望未來的“視覺奇觀”

順著當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，我們可以大膽設(shè)想，4年后的第十六屆全運(yùn)會，拍攝技術(shù)會給我們帶來怎樣的“沉浸式”體驗(yàn)？

智慧光場相機(jī)的普及，可能會重新定義“焦點(diǎn)”與“視角”。未來的手機(jī)或?qū)I(yè)攝像機(jī)，或許都會搭載光場相機(jī)技術(shù)，它能記錄下場景中所有光線的方向、強(qiáng)度和顏色信息。這意味著，我們在觀看開幕式回放時(shí)，可以在后期隨意改變對焦點(diǎn)，從前景的運(yùn)動員切換到背景的舞臺設(shè)備，甚至能在一定范圍內(nèi)自由變換視角，就好像自己拿著相機(jī)在現(xiàn)場移動拍攝一樣。

神經(jīng)渲染與生成式AI的深度融合，會讓攝像頭不再滿足于“拍到什么就處理什么”，而是進(jìn)入“感知場景并生成內(nèi)容”的階段。通過少量視角的拍攝，再結(jié)合強(qiáng)大的AI模型，就能實(shí)時(shí)生成任意視角、任意光照下的超逼真3D場景。到那時(shí)候，我們或許可以戴著VR設(shè)備，在第十六屆全運(yùn)會的開幕式現(xiàn)場“自由行走”，從任何角度欣賞表演。超異構(gòu)計(jì)算與端云協(xié)同，會讓算力變得“無邊界”。

等6G技術(shù)普及后，實(shí)現(xiàn)極高的帶寬和極低的延遲，復(fù)雜的渲染、超分辨率重建這些特別耗算力的任務(wù)，都能無縫分流到云端去完成。我們只需要戴上輕便的XR眼鏡，就能享受到超高清的VR直播流，畫面是經(jīng)過云端超級算力實(shí)時(shí)增強(qiáng)的，真正實(shí)現(xiàn)“所見即所得”的沉浸感。

1959年第一屆全運(yùn)會開幕式現(xiàn)場

從1959年第一屆全運(yùn)會的膠片記錄，到2025年第十五屆全運(yùn)會的8K+AI直播，再到未來第十六屆全運(yùn)會的全域智能沉浸體驗(yàn)，攝像技術(shù)的發(fā)展史，就是一部攝像結(jié)構(gòu)與算法從分立到融合、從輔助到主導(dǎo)的創(chuàng)新史。而這一切創(chuàng)新的最終目的，都源于一個(gè)樸素又永恒的愿望：更好地觀察、記錄并理解我們所在的這個(gè)世界，讓每一個(gè)精彩的瞬間，都能被更清晰、更生動、更深刻地留存與傳遞。（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心）

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2026年1月號）

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編校：苑寶平，審讀：郭麗

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