從“見證”到“沉浸”：全運會拍攝技術背后的攝像革命

2025年第十五屆全運會開幕式現場

從1959年第一屆全運會的膠片記錄，到2025年第十五屆全運會的8K+AI直播，再到未來第十六屆全運會的全域智能沉浸體驗——攝像技術的發展史，就是一部攝像結構與算法從分立到融合、從輔助到主導的創新史。

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……

翻看當時的影像資料，我們會發現，開幕式現場的照片，畫面質樸，帶著原生的粗糙感，透著滿滿的年代感；視角單一，多是正面、側面、半身或者遠景構圖；色彩單調，基本為泛黃發灰的黑白調，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。光圈、快門、焦距，每個參數的設定全憑攝影師的經驗與直覺，每一次快門都是一場與光線的博弈。每一個鏡頭都彌足珍貴，后期的調整空間微乎其微。那時的攝像頭，只是負責將光學影像“忠實”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，第十五屆全運會開幕式如期上演。2億像素設備靜靜捕捉著每一個精彩瞬間，8K全景攝像頭覆蓋每個角落，帶來超大視角的超高清畫面，實時渲染的 AR特效與運動員的身影交相呼應，超高速攝影讓水花濺起的每一顆水滴都清晰可見，數千架無人機在夜空中勾勒出動態的空中圖景——這是科技與藝術的碰撞。

如今，圖像早已不是單純的畫面記錄，而是由“0”和“1”構成的數據流，可被無限計算、解析與重塑。曾經笨重的“長槍大炮”，如今被小巧的手持設備取代；過去需要龐大轉播車支撐的直播工作，現在靠一個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，鏡頭還是那個鏡頭，但光線在設備中的傳播路徑，早已被重新設計。這背后的飛躍，不只是鏡頭精密程度的提升，更重要的是攝像結構創新與圖像處理算法革命的深度融合。二者就好像是數字影像的“軀體”與“靈魂”，相互配合、共同發力，把成像技術推向了前所未有的高度。

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攝像結構的極限突破

攝像結構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”，負責接收外界的光線，再通過調整鏡片組的位置聚焦光線，它直接決定了進入相機的光線質量和數量；傳感器則類似于攝像頭的“視網膜”，專門接收光線并把它轉換成數字信號，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，硬件結構上的創新從未止步。

傳統攝像頭受限于固定的焦段和簡單的防抖設計，想“拍得遠”又“拍得穩”特別難，遠一點的場景細節根本看不清，拍動態畫面時還容易模糊。為了解決這個問題，潛望式長焦和微云臺這兩項技術應運而生，正好補齊傳統攝像頭的短板。

潛望式長焦的巧思在于，它把傳統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，既能實現更高的光學變焦倍數，又不會讓機身變厚。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現連續光學變焦，解決了早期潛望式長焦只能固定焦段的問題。微云臺和傳統的光學防抖（OIS）不一樣，傳統OIS是靠移動鏡頭或傳感器來補償抖動，而微云臺是把整個攝像頭模組懸浮在一個磁性或機械框架里，能夠實現更大角度、更主動的抖動補償。

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

現在手機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，這讓手機的整體設計變得很被動。于是，液態鏡頭就應運而生了。它用液滴代替傳統的機械鏡片，通過改變液滴的曲率半徑，就能實時、靈活地調整焦距，不用像傳統透鏡那樣靠機械移動來變焦。

如果再用微機電系統（MEMS）做驅動液態鏡頭的“驅動器”，整個液態鏡頭系統會變得更集成、更小巧。三星公司的“利用電潤濕法制造液態鏡頭的方法及由此制造的液態鏡頭”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，實現毫秒級的對焦和焦距變化；東南大學也有相關專利 “焦距和視場可調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，來調整焦距和視場。這項技術已經從實驗室走進了市場，正處在大規模應用的前夜，未來很可能會徹底取代傳統的音圈馬達對焦結構。

傳統的攝像頭一般是把多個玻璃透鏡疊在一起，靠折射光線來成像。這種方式雖然能拍出高質量的圖像，但每個透鏡的厚度，透鏡之間的間距，導致整個攝像頭的體積很大，應用場景也受到限制。首爾大學工學院的研究人員就開發出一種結合超構表面的新型透鏡模塊，用它做出了超薄攝像頭。

超構表面是一種人工設計的二維材料結構，能逐個像素精確控制光的強度、相位和偏振等屬性。他們把超構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，成功實現了厚度僅為0.7毫米的透鏡系統，比現在智能手機上的折疊透鏡系統輕薄很多。浙江大學也申請了“基于超表面的折疊鏡頭系統和相機”的相關專利，核心目的也是減少鏡頭的厚度。

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圖像處理的算力魔法

如果說攝像結構是攝像頭的“眼睛”，那圖像處理就是它的“大腦”。就算采集到的原始圖像數據再好，要是沒有強大的算法做“后期”處理，也發揮不出它的價值。現在的圖像處理，已經全面進入了“計算攝影”的時代。

多幀合成與HDR（高動態范圍）技術就是快速連續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節，又不會讓高光部分過曝。這在十五運會開幕式上特別有用，畢竟夜空下，舞臺上的燈光和陰影區域光比很大，用這種技術就能很好地處理。

榮耀終端有限公司有一項“圖像處理方法及電子設備”專利，介紹了一種基于深度學習的多幀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為物體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、高動態范圍的照片。現在這項技術還和AI深度結合，能智能識別拍攝的場景內容，比如人臉、天空、建筑等，然后分區域進行自適應的HDR處理，讓拍出來的照片既保留細節，又看起來特別自然。

人工智能的加入，讓相機學會了“思考”，圖像處理也從以前的“基于規則”變成現在的“基于數據”。通過在海量圖像數據上訓練出來的神經網絡模型，相機現在能看懂自己拍攝的內容了。比如AI場景識別與語義分割，它能自動識別出照片里的風景、人像、食物、文檔等內容，還能把這些不同元素精確地分離開，然后針對性地調整色彩、飽和度、銳度。

以前的降噪算法處理照片時，很容易把圖像細節也一起去掉，而AI降噪模型能分清哪些是噪聲、哪些是圖像紋理，去噪的同時還能保留甚至增強細節。超分辨率技術就更厲害了，能從低分辨率圖像里“還原”出高分辨率的細節，實現無損的數字變焦。

OPPO廣東移動通信有限公司的“圖像處理方法、裝置、電子設備及可讀存儲介質”專利，實現了對不同區域進行 AI分區降噪，還能對臉部區域進行超分辨率增強。這在體育轉播中特別有價值，比如從遠景畫面里，就能清晰地捕捉到運動員的面部表情。

多模態融合技術在攝像頭圖像處理里，核心就是打破傳統拍攝的局限，通過結合其他類型傳感器的數據，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，讓機器視覺從“看得見”變成“看得懂”“看得準”。

依托深度學習模型，多模態融合能深入挖掘不同數據源的特征，通過特征對齊和交互，把多維信息變成判斷依據，顯著提高對復雜場景的理解精度。華為的“圖像處理方法以及相關設備”專利，就詳細講了怎么利用ToF深度圖來優化人像模式的邊緣處理，讓人像拍攝效果更好。

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1+1>2的技術交響曲

攝像結構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。多主攝為計算攝影提供了堅實的數據基礎，要是沒有多個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現。傳感器技術的進步也在推動算法不斷演進，比如Dual Pixel或全像素全向對焦傳感器結構，每個像素點都有相位對焦能力，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的提升。

華為的“光學鏡頭、攝像模組及電子設備”專利就很有代表性。它采用獨特的“一底雙長焦”技術，通過可移動棱鏡機構，能根據拍攝需求靈活調整棱鏡位置，實現光路的動態切換，讓設備在長焦和超長焦兩種拍攝模式間自由轉換。這個方案采用了共享式硬件架構，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。

這項專利把攝像結構的創新設計，和圖像處理中對高畫質、多焦段的需求完美結合起來。在不同焦段拍攝時，能根據場景需求優化圖像采集，再加上華為在圖像處理算法上的積累，進一步提升了圖像的清晰度、色彩還原度和細節表現，滿足了用戶在不同拍攝場景下對圖像質量的高要求，也為移動影像技術的發展樹立了新的標桿。

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展望未來的“視覺奇觀”

順著當前的技術發展脈絡，我們可以大膽設想，4年后的第十六屆全運會，拍攝技術會給我們帶來怎樣的“沉浸式”體驗？

智慧光場相機的普及，可能會重新定義“焦點”與“視角”。未來的手機或專業攝像機，或許都會搭載光場相機技術，它能記錄下場景中所有光線的方向、強度和顏色信息。這意味著，我們在觀看開幕式回放時，可以在后期隨意改變對焦點，從前景的運動員切換到背景的舞臺設備，甚至能在一定范圍內自由變換視角，就好像自己拿著相機在現場移動拍攝一樣。

神經渲染與生成式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”，而是進入“感知場景并生成內容”的階段。通過少量視角的拍攝，再結合強大的AI模型，就能實時生成任意視角、任意光照下的超逼真3D場景。到那時候，我們或許可以戴著VR設備，在第十六屆全運會的開幕式現場“自由行走”，從任何角度欣賞表演。超異構計算與端云協同，會讓算力變得“無邊界”。

等6G技術普及后，實現極高的帶寬和極低的延遲，復雜的渲染、超分辨率重建這些特別耗算力的任務，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，畫面是經過云端超級算力實時增強的，真正實現“所見即所得”的沉浸感。

1959年第一屆全運會開幕式現場

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

（文章來源：《創意世界》2026年1月號）

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編校：苑寶平，審讀：郭麗

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