聊聊智能手机双摄像头
夏昆冈 于 2016.09.02 12:04:53 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创
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现在双摄像头设计的智能手机越来越多,大有普及趋势,连千元级的产品都在跟风。这其中,有噱头成分,我们很反感夸大宣传双摄像头的功用,但也有技术因素,双摄像头给人很大的想象空间,它背后的技术很值得关注,这篇文章我们就来聊聊双摄像头。

  • 注:因为本文插队,原定于今日发表的LG G5 SE拍摄体验延期两天。

至截稿日,双摄像头机型[含多摄像头]已经有约20款左右,大致类型分为对称型和非对称型设计。

对称型

华为荣耀6 Plus和P9,均采用了双摄像头设计,两枚摄像头的光圈、感光器尺寸均一致,外观上也没有区别。P9相对特殊一点,它的两个摄像头由一个彩色和一个黑白摄像头组成,除此之外,像素数、感光器尺寸等等都一样。这样的设计,均被视为对称型。

非对称型

非对称型很容易理解,两枚摄像头并不相同,从外观上就能看出差别,而镜头光圈、感光器参数也均不一样。HTC M8双摄像头有主副之分,主摄像头负责成像,而副摄像头用于协助主摄像头完成景深探测,并不直接参与到画质改善当中。而LG G5 SE则是很简单粗暴的将两个焦距的摄像头组合在一起,一个等效28毫米,一个约等效9毫米,结合长宽比的切换,提供了更多的焦距选择。这种两个摄像头参数明显不一致的设计,被称作非对称设计。

亚马逊Fire Phone是手机圈的一股泥石流,它正面一共有5个摄像头,一个为标准前置摄像头,而其他4个红外摄像头用于侦测体感以协助实现亚马逊引以为荣的3D交互,但这款手机很失败,但它也很好的证明了,摄像头能做的事情不只是拍照。

双摄像头的功能

与单摄像头不一样的功能才是双摄像头存在的意义,关于双摄像头的应用前景,业界的脑洞是相当大的,但兑现灵感还需时间。

模拟浅景深

制造商=HUAWEI;型号=EVA-AL00;焦距=5毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F1.0;测光模式=模式;感光度=ISO50;白平衡=自动;对比度=标准;饱和度=标准;锐度=标准;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=2229000/1000000000秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2016.05.04 12:21:57
国产手机无一例外的将浅景深模拟双摄像头的重要卖点,但要做好真的很难,它依赖精确的算法,硬件上还需要进一步的增强。

我们用3D渲染软件来模拟双摄像头是如何剥离主体的。模拟场景中,双摄像头同时注视一个点,它们的焦点是重合的。因为摄像头的位置不同,所以有一定的机位差,从而导致像差。

然后我们分别渲染两台虚拟摄像头看到的画面,这么放在一起,很难看出大的不同。

如果将两张图叠加到一起,就看到玄机了。图像并不是完全相同,叠加让茶壶的左右侧产生了重影,重影的部分就是相差。越靠外,重影越大,越居中,重影越小。而这些重影,基本上也是茶壶的轮廓。这就是双摄像头剥离主体对象的基本原理。但你也很快发现,这种剥离方法并得不到精确的轮廓,远比不上人肉抠图的精度。不管是华为还是小米,其双摄像头的浅景深模拟功能都很初级,看看小图可能还行,放大就发现漏洞百出了。

说到这里,我们可以谈起一个变态设计了,就是来自Pelican Imaging的镜头阵列。它始终没商用化,还在试验阶段。这个设计又演化出了新的版本,它的设计核心就是,靠更多的摄像头来实现更多像差的采样,从而得到更加精准的轮廓。

无独有偶,LINX Imaging 也有类似的阵列方案,它实现的功能也是剥离主体,背景分离,对被摄对象进行3D化。比还在纸上谈兵的Pelican Imaging幸运的是,LINX已被苹果收购,说不定iPhone 7上就会采用它们的技术。

图像增强

图像增强包括许多方面的应用,例如双摄像头同时拍摄,然后进行合成处理,包括降噪、HDR等等,图像增强的应用只适合对称型的双摄像头设计。

制造商=HUAWEI;型号=EVA-AL00;焦距=5毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F2.2;测光模式=模式;感光度=ISO50;白平衡=自动;对比度=标准;饱和度=标准;锐度=标准;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1274000/1000000000秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2016.05.16 14:45:01
制造商=SAMSUNG;型号=SM-G9350;焦距=4毫米;等效焦距=26毫米;光圈=F1.7;测光模式=中央平均;感光度=ISO50;白平衡=自动;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/2008秒;曝光程序=程序模式;场景类型=标准;日期=2016.05.16 14:44:26

实际使用会发现,要做到真正意义上的显著增强,其实很难,因为两枚摄像头所采集到的画面并不是完全一样,所以合成时或者要矫正,或者只能对重叠部分增强。不管如何,是做不到1+1=2的效果,例如华为P9,虽然理论上它采用了类似的技术应用,但比起优秀的单摄像头机型,画质上并没有任何优势。图像增强的核心仍旧是算法,而双摄像头的意义是采样倍率提高了一倍。

模拟变焦

由于手机本身体积的限制,实现光学变焦是比较困难的事情,虽然有过不少光学变焦硬塞到手机的例子,但都变成了历史的咸鱼。所以出现了利用原生16:9和裁切到4:3的方法提供两种焦距,也有Lumia系列那样通过感光器冗余设计实现两个焦距的选择,而用户需要的是更多更多和更多。LG G5 SE干脆提供了2个焦距不一样的摄像头,结合原生16:9的设计,提供了更多的焦距选择。对称型的双摄像头又如何提供不同的焦距呢?

请睁开你的双眼,然后闭上其中的一只,发现了什么?你会发现视野是不是不一样?双眼的宽,而单眼的窄。是的,人就是对称型双摄像头设计,单眼焦距约等效50毫米,双眼则约等效于35毫米。那么,对称型的双摄像头的变焦方案就出来了,单摄像头采样、双摄像头采样、双摄像头的交集采样、对交集部分进行裁切采样、对交集部分进行多帧裁切采样等等,理论上可以实现部分的无损变焦,和部分损害相对小的有损变焦。理论要兑现,依然少不了强力算法的支持。

图片来自网络

如果你的眼珠子能像变色龙朝不同方向,那么你的视野范围还可以更大。人做不到,但摄像头可能做得到,利用对变色龙眼睛的仿生可以实现更大的采样视野,这样也就更方便模拟更大的广角视野了。

3D视频拍摄

3D视频是一个可能项目,但目前还没有手机厂商推出这个功能。3D视频需要双摄像头支持,而且必须是对称型设计的。但要拍出“真实的纵深感”,需要摄像头保持距离,多少合适?人眼的瞳距就是合适的,约6-7厘米。显然,目前没有一款双摄像头手机能满足这一点,不过难说以后脑洞大开的厂商用特殊的外壳加外置摄像头来协同主摄像头来实现3D视频拍摄。

人脸识别和体感

刷脸已经成为一种实用性生物认证技术,但目前还没有出现在手机上,但也是迟早的问题,微软Surface Pro4 和 Surface book上采用了该项技术,识别是一方面,硬件支持少不了,这些是通过双摄像头实现的,一枚普通的前置摄像头加上一颗红外摄像头,实现对人脸包括瞳孔的信息进行3D化建模,依靠相片是无法欺骗认证的。除了微软的两款Surface设备之外,其他采用了英特尔Realsense 技术的Windows10设备,也可以通过刷脸来完成验证。

英特尔也正在致力于将Realsense 推广到手机平台,利用英特尔的算法包,Realsense可以实现类似于Kinect的体感应用或者3D建模,苹果也在体感应用方面暗自发力。这些技术可以用于AR、VR、运动拍摄等应用场景,用手机配套的VR头盔配合手机实现类似于HoloLens那样的体验也是有可能的。而Google的Project Tango,也是这么一个类似的开发项目。

双摄像头背后的算法研发

要让双摄像头真正发挥到明显优于单摄像头,需要强劲的算法支持,而这恰恰是目前极为匮乏的,硬件反而不算什么,有钱能解决硬件问题解决不了软件问题。芯片厂商都在开发自己的方案,包括高通、联发科以及华为海思。感光器厂商也在努力,包括索尼、三星和OmniVision。对于大金主,就是买买买,例如苹果收购LINX。一些传统的图像算法提供商或者业界老司机也在向第三方提供算法,例如Acrsoft和Altek。微软和英特尔这样资深科技公司,在体感、3D建模等方面有着的先人一步甚至几步的技术优势,它们会影响到画质以外的双摄像头应用领域。

真正重要的是算法,算法优秀,才能显出双摄像头的硬件优势,这样的观点,我们反复提及,因为,国产手机比起洋手机更热衷于双摄像头,并不是因为国产手机的技术先进,而是大部分人消费者简单的认为2个就比1个强,你来我往,互相迎合。在这种认识基础上,出现各种漫无边际的吹嘘,甚至神化,居然不小心单反都被灭了,居然还有人信,居然还被点燃了爱国心。

双摄像头的前景

对于双摄像头[包括多摄像头]的前景,Soomal非常看好,双摄像头如果应用得当,手机将不只是卡片相机杀手的角色了,它将走出一条具有智能手机特色的拍摄体验之路。摄像头的功能也不再是简单的拍照工具,而是更为丰富的测量和交互的辅助传感器,它将成为智能设备的眼睛,这将是一次真正意义上的进步,它不但影响智能手机行业,还会深刻的影响到智能机器人、安防等领域。

双摄像头机型如雨后春笋一样出现,但希望各路厂商珍惜市场机会,不要透支信用,过度的夸大宣传只会让人对双摄像头生厌。别让双摄像头变成商业营销的附属品,而是成为一次真正的技术革新。至于技术,我们不担心,突破是必然的,不浮躁能少走弯路,更快突破。

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花为曾经说过,农药6P手机的摄像头目前只发挥了20%,还表示将在一两年内替代单反。不久前看到几张华为手机的拍摄样张,效果非常棒绝对不比单反差,样张EXIF信息里设备型号写着5D Mark3,华为什么时候发布了一款拍照这么屌的手机?真正做到了“重新定义手机拍照”和“替代单反”,这么低调居然没开发布会!很多厂商都吹牛,但是只有华为,吹过的牛皮都做到了!
发表于2016.10.18 10:13:28
76
我猜可能摄像头的两个镜头还得自动调整对射角吧?

比如近距离,两眼视角差大的同时,焦点也跟着变近并且联动眼球向内旋转,越近偏离正轴角度越大
发表于2016.10.04 23:22:22
75
114.229.102.***
114.229.102.***
发表于2016.09.27 10:09:32
73
一天到晚一个黑白一个彩色合起来如何如何巴拉巴拉......

搞摄影的一个字/词“视角”懂不?视角不同人脑是无缝精准合成还能感知空间感(空间定位/运动/移动/速度......)但,你个摄像头目前无法做到这个精准......别扯神马算法(也许以后算法合成能好点)看看水果的双摄像头方案,就知国内不经大脑人云亦云胡说八道无知当真理是多么蛤蛤蛤!
发表于2016.09.27 10:09:08
72
一个广角 一个标头 刚刚好
但我觉得以后外挂会兴起 我反正是看好
大底+光学防抖+外挂 想想都兴奋
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发表于2016.09.26 21:50:28
71

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发表于2016.09.22 22:32:12
70
116.226.***.***
116.226.***.***
LG P920 第一款双500W摄像头 可以拍3D视频 裸眼3D屏幕
发表于2016.09.22 11:04:56
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183.240.203.***
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发表于2016.09.22 00:09:16
68
124.224.149.***
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发表于2016.09.21 20:04:08
67
115.044.132.***
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发表于2016.09.19 20:30:07
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159.226.067.***
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发表于2016.09.18 17:32:36
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183.027.107.***
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发表于2016.09.15 00:18:00
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121.028.***.***
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我以前用了一款夏普的手机,当时的卖点是裸眼3D,这款手机也是双摄像头的,可以拍出左右格式的3D视频,除了分辨率低一些,效果还是能过得去的。
发表于2016.09.09 14:39:02
63
双摄像头是趋势,但对于技术的需求也更为强烈。不然就成了摆设。
人脸识别在手机支付宝上是有应用的,虽然是 beta版,但用下来识别成功率还不错,在5s上比指纹还好一些,手易出汗在5S上指纹识别率就大大下降。
发表于2016.09.09 12:14:13
62
218.018.139.***
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发表于2016.09.09 09:20:21
61
116.226.080.***
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发表于2016.09.08 17:50:34
60
183.195.156.***
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发表于2016.09.07 13:05:44
59
175.155.058.***
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发表于2016.09.06 09:19:53
58
国内商家一直以的通病
发表于2016.09.05 17:35:45
57
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