相机成像的原理是物体上方的光线通过镜头，然后投射到它后面的感光元件上。光线会聚的点称为焦点。从焦点到后面要成像的平面的距离称为焦距。从上图可以看出，镜头后面有三个平面，即三个焦距分别是“焦距1”、“焦距2”和“焦距3”。从图中可以看出，两条橙色线之间的距离就是图像的大小。在“焦距1”中，由于焦距相对较小，通过透镜的光在“发散”之前就投射到平面上，所以图像会相对较小。“焦点2”稍长，成像会“更大”。以此类推，焦距越大，成像越大。
光学变焦的原理是通过改变焦距来改变图像大小。在光学变焦相机的镜头中，有可以移动的镜头。相机后面的感光元件是固定的，当镜头移动时，就相当于焦点在移动。当焦点移动时，到后感光元件的距离改变，焦距改变。当焦距改变时，图像的大小也会改变。
所以可以用不专业但通俗易懂的术语来解释，即光学变焦只是改变光的传播距离，光本身并不改变。就像一个人，走了一公里两公里就没有变化了。(虽然多走路可以减肥，但我们暂且忽略一公里内消耗的脂肪！光线在传输更远的距离后也会衰减，但相机的镜头一般都很短，所以我们暂时忽略这种衰减。)由于光线没有改变，焦距改变后呈现的图像不会改变。所以光学变焦最大的特点就是放大后图像的像素不会发生变化，也就是画面不会受到影响。
数码变焦
数字变焦的方法很多，实际应用也很复杂，绝对是一项技术活动。但是如果我们只是开始理解数字变焦的原理，而不考虑如何实现，那就太简单了。(至于怎么实现，都是为了科技人员，让他们想想破脑袋。
其实数码变焦最基本的原理就是进行固定拍照。如果还是不明白，拿出手机，点击一张图片，然后放大。这个变焦过程就是数字变焦。(怎么样？技术人员想在头破血流的情况下做什么，都可以用你的手来实现。你有成就感吗？)当你把它放在大比例下，整个屏幕可能只能看到原图的一部分。这部分放大后会越来越模糊。因为数码照片是由像素组成的，所以可以认为是由小点或小方块组成的。这些方块之间有一个间隙。在原图中，这个距离太小，我们肉眼无法察觉，所以整个画面看起来很美。然而，当逐渐放大时，像素和像素点之间的间距也会放大。这样，画面不仅看起来模糊，而且肉眼也很僵硬。所以数码变焦会损害图像质量。
在实际应用的过程中，相机的数码变焦过程会有相应的算法来尽可能的弥补这个缺点。通常，在数字变焦的同时，这些像素之间的“间隙”是通过技术手段来填补的。毕竟用软件填充的东西不如真实效果好。颜色的明暗变化和种类繁多是无法计算的。因此，数字变焦放大后，虽然可以通过软件使图像不那么僵硬，但细节难免会丢失。
因此，一般来说，光学变焦相当于直接拉近物体，让你看得更清楚，而数字变焦只相当于放大拍摄的画面。光学变焦需要移动镜头来实现变焦和对焦，但如今，手机正在追求轻薄。由于镜头没有足够的“空间”来移动镜头，光学镜头在手机中的应用仍然不普及。一旦有人做了就会成为亮点，所以只要光学变焦镜头用在手机上，绝对会成为宣传的重点。然而，一旦使用光学变焦，在拍摄远视时的效果是无法与普通数码变焦镜头相比的。
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