都是“雙攝” 發(fā)展至今有何不同？

　　近年來(lái)，由于智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)遭遇創(chuàng)新瓶頸，手機(jī)產(chǎn)品愈發(fā)同質(zhì)化，手機(jī)廠商尤其是高端手機(jī)廠商都在努力尋求差異化，研發(fā)新的獨(dú)占功能保持產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力以及附加值，而手機(jī)產(chǎn)品差異化中最“簡(jiǎn)單”的一項(xiàng)就是“人機(jī)交互系統(tǒng)”差異化了（畢竟不同廠商產(chǎn)品本身在人機(jī)交互界面中就存在一定的差異化，因此在這方面尋求差異化相對(duì)更加迅速便捷）。

　　而在尋求人機(jī)交互的突破過(guò)程中，影像傳感器（攝像頭）的應(yīng)用是不可繞過(guò)的一環(huán)。隨著手機(jī)所承擔(dān)的事物越來(lái)越多，注定會(huì)搭載數(shù)量眾多、功能細(xì)化的傳感器。表面上看是如今手機(jī)攝像頭變多了，但是其背后實(shí)際上是各家廠商對(duì)于多攝像頭的應(yīng)用方案的探索與嘗試。

　　今天小編就為大家盤(pán)點(diǎn)一下智能手機(jī)發(fā)展至今，所使用的那些“雙”攝像頭技術(shù)。

　　裸眼3D：雙攝像頭初次面世

　　不知道大家是否知道，全球首款搭載雙攝像頭的手機(jī)是哪款么？就是HTC于2011年推出的HTC G17（EVO 3D）這款裸眼3D手機(jī)。

　　遙想當(dāng)年的HTC，在手機(jī)圈混得那叫一個(gè)風(fēng)生水起（“雪姨”也不用通過(guò)賣(mài)大樓的方式填補(bǔ)HTC的虧損），雖然當(dāng)年的機(jī)海戰(zhàn)術(shù)在業(yè)內(nèi)頗受爭(zhēng)議，但是不得不說(shuō)當(dāng)年HTC的產(chǎn)品線(xiàn)中的確出現(xiàn)了一系列獨(dú)具特色的產(chǎn)品。其中EVO 3D就是全球首款支持錄制裸眼3D視頻的手機(jī)產(chǎn)品，其搭載的兩顆平行式500萬(wàn)像素?cái)z像頭，最高可以支持錄制分辨率為720P的3D視頻。

　　從原理上看，EVO 3D所支持的裸眼3D錄像功能，只是通過(guò)兩顆平行攝像頭模擬左右眼分別記錄影像信息，并在后期分割成等距離的垂直線(xiàn)條，然后利用插排的方式將左右影像交錯(cuò)地融合在一起。在播放時(shí)，借助透光狹縫與不透光遮障垂直相間的光柵條紋等處理的屏幕（與3DS掌機(jī)原理相同），使人們雙眼所看到的影像產(chǎn)生差異而有立體的感覺(jué)。

　　令人遺憾的是，當(dāng)時(shí)這項(xiàng)技術(shù)由于長(zhǎng)時(shí)間觀看會(huì)讓一些“立體視覺(jué)”較差的人產(chǎn)生眩暈感，一度被人們認(rèn)為缺乏實(shí)用性，并沒(méi)有被推廣開(kāi)來(lái)。

　　同像素平行雙攝像頭：雙攝像頭方案正統(tǒng)繼承者之一

　　如果將現(xiàn)有的手機(jī)雙攝像頭方案按照傳承來(lái)劃分的話(huà)，那么同像素平行雙攝像頭方案無(wú)疑是最正統(tǒng)的繼承者之一（另一正統(tǒng)繼承者方案將會(huì)在下文出現(xiàn)）。同像素平行雙攝像頭采用了平行設(shè)計(jì)，兩個(gè)攝像頭硬件規(guī)格一模一樣，共同合作發(fā)揮作用。這種雙攝像頭可以共同參與成像，并且拍照時(shí)進(jìn)光量與感光面積是單鏡頭的2倍，之前發(fā)布的華為榮耀6Plus就采用這樣一個(gè)設(shè)計(jì)方案。

　　其配備的兩顆后置800萬(wàn)鏡頭，成像分辨率可以達(dá)到1300萬(wàn)像素，有效像素尺寸提升到1.98um，成像質(zhì)量可以與多數(shù)家用數(shù)碼相機(jī)媲美。千萬(wàn)不要認(rèn)為將相同的兩個(gè)鏡頭拼到一起就可以發(fā)揮出應(yīng)有的作用，實(shí)際上其背后也要有強(qiáng)大的技術(shù)支持，不僅要開(kāi)創(chuàng)獨(dú)特的算法保證兩個(gè)攝像頭的對(duì)焦和深度信息問(wèn)題，還要解決雙攝像頭的擺放問(wèn)題。

　　對(duì)于專(zhuān)業(yè)的攝影師，他們很清楚拍照都有固定的取景范圍必須保證兩個(gè)攝像頭的取景視野不會(huì)重疊，而且當(dāng)前的手機(jī)技術(shù)，并不能將兩枚 攝像頭做到像人眼一樣真正平行，所以目前僅能將兩枚攝像頭取景交錯(cuò)角縮小到θ=0.1，再通過(guò)算法讓合成的照片不至于出現(xiàn)疊影。

　　金無(wú)足赤人無(wú)完人，這種雙攝像頭的擺放問(wèn)題就導(dǎo)致了這類(lèi)雙攝像頭的缺陷，如果在日常使用中出現(xiàn)意外導(dǎo)致兩個(gè)攝像頭的擺放位置出現(xiàn)位移，那么內(nèi)置的算法就難以再對(duì)攝入的照片進(jìn)行優(yōu)化，因此搭載這類(lèi)雙攝像頭的手機(jī)一般都需要強(qiáng)硬的外殼支撐，避免雙攝像頭位置發(fā)生錯(cuò)位。

　　彩色 黑白雙攝：大小不夠，兩顆來(lái)湊

　　彩色 黑白雙攝方案的出現(xiàn)，和相機(jī)一直以來(lái)“底大一級(jí)壓死人”的傳統(tǒng)有關(guān)（CMOS在不考慮其他因素的情況下，面積越大成像效果越好）。彩色 黑白雙攝這項(xiàng)方案，解決的就是由于CMOS面積受限而導(dǎo)致成像素質(zhì)降低的問(wèn)題，原理很簡(jiǎn)單，就是在彩色CMOS（主攝像頭）的基礎(chǔ)之上，增加了一塊黑白CMOS（副攝像頭）。由于原理相對(duì)簡(jiǎn)單，因此也受到眾多手機(jī)廠商的青睞，360 Q5系列、奇酷手機(jī)、華為P9等產(chǎn)品均使用了該方案。

　　彩色 黑白雙攝在拍攝圖像時(shí)，兩顆CMOS會(huì)同時(shí)成像，其中彩色CMOS負(fù)責(zé)顏色信息（事實(shí)上是全部拍照信息），黑白CMOS只負(fù)責(zé)記錄拍攝物體的灰度信息（當(dāng)然也不能記錄顏色信息），最后通過(guò)后期處理，將兩張圖片合成為一張。

　　至于為何要使用一顆黑白CMOS？這點(diǎn)與CMOS成像原理密不可分。我們通常所用的手機(jī)CMOS在成像時(shí)，每個(gè)像素點(diǎn)都是“色盲”：它們只能感應(yīng)光的強(qiáng)度，無(wú)法捕獲顏色信息。因此為了獲得一張有顏色的照片，廠商在每個(gè)像素點(diǎn)上方都覆蓋了一層彩色濾光片，光線(xiàn)被濾光片過(guò)濾一部分后將會(huì)在感光元件上產(chǎn)生與該顏色光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電流，再經(jīng)過(guò)“反拜耳運(yùn)算”將像素點(diǎn)的顏色計(jì)算出來(lái)，從而構(gòu)成圖像。但是由于CMOS元件本身就是一個(gè)通電的元件，其內(nèi)部電流會(huì)干擾感光元件上感應(yīng)到的電流，這也就是為何我們會(huì)在弱光照片中看到偽色噪點(diǎn)。

　　那么那些相機(jī)是如何通過(guò)優(yōu)化減少偽色噪點(diǎn)的呢？

　　Plan A：優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，降低噪聲

　　Plan B：增大感光元件靈敏度

　　Plan C：增大單位像素面積

　　Plan D：增大光圈，提高進(jìn)光量

　　而彩色 黑白雙攝方案采用的，則是Plan E：去掉濾光片，減少光強(qiáng)損失。

　　無(wú)論質(zhì)量多么上乘的濾光片，只要過(guò)濾掉某些顏色的光線(xiàn)，光線(xiàn)強(qiáng)度就必然會(huì)有一定程度的衰減。而沒(méi)有濾光片的黑白CMOS則不會(huì)有這部分衰減，在硬件層面上要比同像素尺寸的彩色CMOS串?dāng)_更小，畫(huà)面純凈度更好。不過(guò)由于沒(méi)有濾光片只能記錄畫(huà)面的灰度，想要拍攝出一張彩色照片，還需要另外一顆彩色攝像頭記錄顏色信息進(jìn)行后期合成。

　　雖然說(shuō)CMOS參數(shù)中感光面積的權(quán)重非常大，但事實(shí)上，雖然兩顆CMOS帶來(lái)了兩倍的感光面積，但其同時(shí)也帶來(lái)了雙倍的像素?cái)?shù)量和雙倍的噪音，其并不能解決單位像素面積小的問(wèn)題，僅僅是通過(guò)黑白CMOS減少了一點(diǎn)光線(xiàn)強(qiáng)度的衰減。從硬件層面考慮，該方案充其量只能算是小尺寸CMOS的補(bǔ)救，加上雙攝沒(méi)有完善的量產(chǎn)光學(xué)防抖解決方案，在提升畫(huà)質(zhì)方面并沒(méi)有真正的大底大像素單攝像頭有效。

　　膠水雙攝：最不像雙攝的雙攝

　　首先要聲明一點(diǎn)，這里的膠水并不是指用膠水將兩個(gè)攝像頭粘在一起，而是指手機(jī)雖然擁有兩顆攝像頭，但在拍照時(shí)只有其中一顆攝像頭負(fù)責(zé)成像，僅僅在使用某些特殊功能時(shí)，兩顆攝像頭才會(huì)一起工作。這一派別實(shí)際上還可以再分為“膠水廣角”和“膠水長(zhǎng)焦”兩個(gè)方案，前者我們?cè)贚G G5上曾經(jīng)見(jiàn)到過(guò)，后者則是出現(xiàn)在了最新一代的iPhone 7 Plus上。

　　LG G5 除了擁有一顆1600萬(wàn)像素（IMX 234）的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，還搭載了一顆800萬(wàn)像素的廣角攝像頭，最大廣角端可達(dá)135度，能拍攝出相當(dāng)于10mm~12mm左右的35mm等效焦距（短焦）的照片。更大的廣角端讓取景器中可以收錄更多內(nèi)容，畫(huà)面元素會(huì)更加豐富。

　　不過(guò)使用超大廣角也不是沒(méi)有代價(jià)的，在畫(huà)面邊緣會(huì)出現(xiàn)物體變形的現(xiàn)象，有些類(lèi)似魚(yú)眼相機(jī)。

　　如果說(shuō)LG G5 的廣角攝像頭讓照片拍得更多，iPhone 7 Plus則是反其道而行之，在標(biāo)準(zhǔn)攝像頭（等效焦距28nm）之外增加了一顆56mm等效長(zhǎng)焦鏡頭，讓照片可以拍得更遠(yuǎn)。借由兩顆攝像頭間的切換，56mm長(zhǎng)焦攝像頭拍出來(lái)的照片相當(dāng)于28mm攝像頭2倍光學(xué)變焦后的效果，而光學(xué)變焦的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)于畫(huà)質(zhì)的無(wú)損。

　　不過(guò)由于手機(jī)的光學(xué)構(gòu)造，決定了它不可能像真正的鏡頭一樣可以通過(guò)移動(dòng)鏡片調(diào)整焦距，實(shí)現(xiàn)全焦段的無(wú)損光學(xué)變焦。而蘋(píng)果僅在1x和2x這兩個(gè)焦段是無(wú)損的，而其它放大倍數(shù)都屬于數(shù)碼變焦，只是蘋(píng)果通過(guò)旋鈕讓兩顆攝像頭切換過(guò)渡得極其自然。

　　景深雙攝：硬件不夠，算法來(lái)湊

　　在手機(jī)的攝像頭設(shè)計(jì)中，由于光圈是固定的，在硬件層面上并不能實(shí)現(xiàn)單反中大光圈“焦外虛化”的效果。但是硬件不夠，軟件來(lái)湊，手機(jī)運(yùn)算性能如此強(qiáng)大，為何不能后期處理出“焦外虛化”的照片呢？因?yàn)閱螖z像頭不能記錄物體的景深。

　　就像人類(lèi)有兩只眼睛，兩只眼睛存在間距，對(duì)于同一景物，左右眼的相對(duì)位置是不同的，這就產(chǎn)生了雙目視差，即左右眼看到的是有差異的圖像。兩張具有視差的圖像轉(zhuǎn)入大腦視中樞，合成一個(gè)物體完整的像。因?yàn)殡p眼視差的存在，你才能看清這一點(diǎn)與周?chē)矬w間的距離、深度、凸凹等等都能辨別出來(lái)，這樣形成的像就是立體的像，這種視覺(jué)就是立體視覺(jué)。所以，想要記錄拍攝時(shí)的景深信息，我們還需要另外一顆攝像頭，例如HTC One M8的景深攝像頭。

　　景深攝像頭的原理并不復(fù)雜：在拍攝時(shí)，主攝像頭負(fù)責(zé)當(dāng)前被攝物體的取景，而景深攝像頭則負(fù)責(zé)在拍攝的瞬間記錄多張焦點(diǎn)由近至遠(yuǎn)的不同照片。然后通過(guò)手機(jī)SOC的后期運(yùn)算，可以判斷場(chǎng)景中其他物體距離拍攝物體的遠(yuǎn)近，從而進(jìn)行不同程度的后期虛化（距離被攝物體焦平面越遠(yuǎn)的物體虛化越明顯）。

　　景深照片成像的好壞，取決于各家的算法能否清晰地分辨被攝物體的邊緣。有些廠商憑借成熟的算法，甚至可以實(shí)現(xiàn)先拍照后對(duì)焦。

　　X攝傳感器：另類(lèi)正統(tǒng)雙攝方案

　　這一部分解決方案，脫胎于最早的雙攝解決方案：3D雙攝方案。這一系列解決方案是將攝像頭的本質(zhì)功能發(fā)揮到了極致（從本質(zhì)上說(shuō)，攝像頭其實(shí)就是一種傳感器），借由搭載不同的特殊用處攝像頭，廠商們實(shí)現(xiàn)了多種不同功能，例如通過(guò)攝像頭捕捉用戶(hù)面部位置，在手機(jī)屏幕上顯示實(shí)時(shí)3D界面（亞馬遜的Fire Phone），或者是通過(guò)前置的紅外攝像頭進(jìn)行虹膜解鎖（有史以來(lái)安卓陣營(yíng)最短命的機(jī)皇：三星Note7就搭載了該項(xiàng)技術(shù)，并且實(shí)際使用體驗(yàn)相當(dāng)成熟）。

　　AR雙攝：最科幻的雙攝像頭方案

　　今年6月，聯(lián)想正式在TechWorld2016大會(huì)上正式推出了全球首款消費(fèi)級(jí)AR智能手機(jī)——聯(lián)想Phab 2 Pro。由于多種原因，這款手機(jī)一直推遲到11月才開(kāi)始上市。

　　作為世界首款谷歌Project Tango手機(jī)，Phab 2 Pro機(jī)身背部除了一顆標(biāo)準(zhǔn)的1600萬(wàn)像素?cái)z像頭，還有兩個(gè)額外的攝像頭，一個(gè)用來(lái)感知景深，一個(gè)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)追蹤。得益于兩顆額外的攝像頭，Phab 2 Pro可以實(shí)時(shí)為用戶(hù)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行3D建模，并在手機(jī)屏幕上呈現(xiàn)出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。

　　總結(jié)

　　從最早的3D雙攝，初級(jí)的“膠水”雙攝，小升級(jí)的彩色 黑白雙攝，全靠算法的景深雙攝，到三星特種攝像頭進(jìn)行生物識(shí)別，再到運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭在VR/AR領(lǐng)域中的應(yīng)用，手機(jī)雙攝方案的應(yīng)用面越來(lái)越寬，使用方式也越來(lái)越多樣化。雖然這里面有成功也有失敗，但探索的腳步從未停止，也許在不久的將來(lái)，手機(jī)雙攝就將徹底改變我們使用手機(jī)的方式。