都是“雙攝” 發(fā)展至今有何不同？

　　近年來，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)品的競爭力以及附加值，而手機(jī)產(chǎn)品差異化中最“簡單”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更加迅速便捷）。

　　而在尋求人機(jī)交互的突破過程中，影像傳感器（攝像頭）的應(yīng)用是不可繞過的一環(huán)。隨著手機(jī)所承擔(dān)的事物越來越多，注定會搭載數(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)圈混得那叫一個風(fēng)生水起（“雪姨”也不用通過賣大樓的方式填補(bǔ)HTC的虧損），雖然當(dāng)年的機(jī)海戰(zhàn)術(shù)在業(yè)內(nèi)頗受爭議，但是不得不說當(dāng)年HTC的產(chǎn)品線中的確出現(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條，然后利用插排的方式將左右影像交錯地融合在一起。在播放時，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。

　　令人遺憾的是，當(dāng)時這項(xiàng)技術(shù)由于長時間觀看會讓一些“立體視覺”較差的人產(chǎn)生眩暈感，一度被人們認(rèn)為缺乏實(shí)用性，并沒有被推廣開來。

　　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劃分的話，那么同像素平行雙攝像頭方案無疑是最正統(tǒng)的繼承者之一（另一正統(tǒng)繼承者方案將會在下文出現(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就采用這樣一個設(shè)計(jì)方案。

　　其配備的兩顆后置800萬鏡頭，成像分辨率可以達(dá)到1300萬像素，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。千萬不要認(rèn)為將相同的兩個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，不僅要開創(chuàng)獨(dú)特的算法保證兩個攝像頭的對焦和深度信息問題，還要解決雙攝像頭的擺放問題。

　　對于專業(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攝像頭的取景視野不會重疊，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角縮小到θ=0.1，再通過算法讓合成的照片不至于出現(xiàn)疊影。

　　金無足赤人無完人，這種雙攝像頭的擺放問題就導(dǎo)致了這類雙攝像頭的缺陷，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攝入的照片進(jìn)行優(yōu)化，因此搭載這類雙攝像頭的手機(jī)一般都需要強(qiáng)硬的外殼支撐，避免雙攝像頭位置發(fā)生錯位。

　　彩色 黑白雙攝：大小不夠，兩顆來湊

　　彩色 黑白雙攝方案的出現(xiàn)，和相機(jī)一直以來“底大一級壓死人”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)降低的問題，原理很簡單，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）。由于原理相對簡單，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，兩顆CMOS會同時成像，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，每個像素點(diǎn)都是“色盲”：它們只能感應(yīng)光的強(qiáng)度，無法捕獲顏色信息。因此為了獲得一張有顏色的照片，廠商在每個像素點(diǎn)上方都覆蓋了一層彩色濾光片，光線被濾光片過濾一部分后將會在感光元件上產(chǎn)生與該顏色光照強(qiáng)度相對應(yīng)的電流，再經(jīng)過“反拜耳運(yùn)算”將像素點(diǎn)的顏色計(jì)算出來，從而構(gòu)成圖像。但是由于CMOS元件本身就是一個通電的元件，其內(nèi)部電流會干擾感光元件上感應(yīng)到的電流，這也就是為何我們會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。

　　無論質(zhì)量多么上乘的濾光片，只要過濾掉某些顏色的光線，光線強(qiáng)度就必然會有一定程度的衰減。而沒有濾光片的黑白CMOS則不會有這部分衰減，在硬件層面上要比同像素尺寸的彩色CMOS串?dāng)_更小，畫面純凈度更好。不過由于沒有濾光片只能記錄畫面的灰度，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帶來了兩倍的感光面積，但其同時也帶來了雙倍的像素?cái)?shù)量和雙倍的噪音，其并不能解決單位像素面積小的問題，僅僅是通過黑白CMOS減少了一點(diǎn)光線強(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，加上雙攝沒有完善的量產(chǎn)光學(xué)防抖解決方案，在提升畫質(zhì)方面并沒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，兩顆攝像頭才會一起工作。這一派別實(shí)際上還可以再分為“膠水廣角”和“膠水長焦”兩個方案，前者我們在LG G5上曾經(jīng)見到過，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1600萬像素（IMX 234）的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，還搭載了一顆800萬像素的廣角攝像頭，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，畫面元素會更加豐富。

　　不過使用超大廣角也不是沒有代價(jià)的，在畫面邊緣會出現(xiàn)物體變形的現(xiàn)象，有些類似魚眼相機(jī)。

　　如果說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長焦攝像頭拍出來的照片相當(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)勢在于對于畫質(zhì)的無損。

　　不過由于手機(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移動鏡片調(diào)整焦距，實(shí)現(xiàn)全焦段的無損光學(xué)變焦。而蘋果僅在1x和2x這兩個焦段是無損的，而其它放大倍數(shù)都屬于數(shù)碼變焦，只是蘋果通過旋鈕讓兩顆攝像頭切換過渡得極其自然。

　　景深雙攝：硬件不夠，算法來湊

　　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。

　　就像人類有兩只眼睛，兩只眼睛存在間距，對于同一景物，左右眼的相對位置是不同的，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)與周圍物體間的距離、深度、凸凹等等都能辨別出來，這樣形成的像就是立體的像，這種視覺就是立體視覺。所以，想要記錄拍攝時的景深信息，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，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。然后通過手機(jī)SOC的后期運(yùn)算，可以判斷場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)先拍照后對焦。

　　X攝傳感器：另類正統(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，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，例如通過攝像頭捕捉用戶面部位置，在手機(jī)屏幕上顯示實(shí)時3D界面（亞馬遜的Fire Phone），或者是通過前置的紅外攝像頭進(jìn)行虹膜解鎖（有史以來安卓陣營最短命的機(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大會上正式推出了全球首款消費(fèi)級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1600萬像素?cái)z像頭，還有兩個額外的攝像頭，一個用來感知景深，一個進(jìn)行運(yùn)動追蹤。得益于兩顆額外的攝像頭，Phab 2 Pro可以實(shí)時為用戶周圍的環(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，初級的“膠水”雙攝，小升級的彩色 黑白雙攝，全靠算法的景深雙攝，到三星特種攝像頭進(jìn)行生物識別，再到運(yùn)動捕捉攝像頭在VR/AR領(lǐng)域中的應(yīng)用，手機(jī)雙攝方案的應(yīng)用面越來越寬，使用方式也越來越多樣化。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，手機(jī)雙攝就將徹底改變我們使用手機(jī)的方式。