聊聊智能手機雙攝像頭
夏昆岡 于 2016.09.02 12:04:53 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創
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現在雙攝像頭設計的智能手機越來越多,大有普及趨勢,連千元級的產品都在跟風。這其中,有噱頭成分,我們很反感夸大宣傳雙攝像頭的功用,但也有技術因素,雙攝像頭給人很大的想象空間,它背后的技術很值得關注,這篇文章我們就來聊聊雙攝像頭。

  • 注:因為本文插隊,原定于今日發表的LG G5 SE拍攝體驗延期兩天。

至截稿日,雙攝像頭機型[含多攝像頭]已經有約20款左右,大致類型分為對稱型和非對稱型設計。

對稱型

華為榮耀6 Plus和P9,均采用了雙攝像頭設計,兩枚攝像頭的光圈、感光器尺寸均一致,外觀上也沒有區別。P9相對特殊一點,它的兩個攝像頭由一個彩色和一個黑白攝像頭組成,除此之外,畫素數、感光器尺寸等等都一樣。這樣的設計,均被視為對稱型。

非對稱型

非對稱型很容易理解,兩枚攝像頭并不相同,從外觀上就能看出差別,而鏡頭光圈、感光器參數也均不一樣。HTC M8雙攝像頭有主副之分,主攝像頭負責成像,而副攝像頭用于協助主攝像頭完成景深探測,并不直接參與到畫質改善當中。而LG G5 SE則是很簡單粗暴的將兩個焦距的攝像頭組合在一起,一個等效28毫米,一個約等效9毫米,結合長寬比的切換,提供了更多的焦距選擇。這種兩個攝像頭參數明顯不一致的設計,被稱作非對稱設計。

亞馬遜Fire Phone是手機圈的一股泥石流,它正面一共有5個攝像頭,一個為標準前置攝像頭,而其他4個紅外攝像頭用于偵測體感以協助實現亞馬遜引以為榮的3D交互,但這款手機很失敗,但它也很好的證明了,攝像頭能做的事情不只是拍照。

雙攝像頭的功能

與單攝像頭不一樣的功能才是雙攝像頭存在的意義,關于雙攝像頭的應用前景,業界的腦洞是相當大的,但兌現靈感還需時間。

模擬淺景深

制造商=HUAWEI;型號=EVA-AL00;焦距=5毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F1.0;測光模式=模式;感光度=ISO50;白平衡=自動;對比度=標準;飽和度=標準;銳度=標準;曝光補償=0.0EV;曝光時間=2229000/1000000000秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.05.04 12:21:57
國產手機無一例外的將淺景深模擬雙攝像頭的重要賣點,但要做好真的很難,它依賴精確的算法,硬體上還需要進一步的增強。

我們用3D渲染軟體來模擬雙攝像頭是如何剝離主體的。模擬場景中,雙攝像頭同時注視一個點,它們的焦點是重合的。因為攝像頭的位置不同,所以有一定的機位差,從而導致像差。

然后我們分別渲染兩臺虛擬攝像頭看到的畫面,這么放在一起,很難看出大的不同。

如果將兩張圖疊加到一起,就看到玄機了。圖像并不是完全相同,疊加讓茶壺的左右側產生了重影,重影的部分就是相差。越靠外,重影越大,越居中,重影越小。而這些重影,基本上也是茶壺的輪廓。這就是雙攝像頭剝離主體對象的基本原理。但你也很快發現,這種剝離方法并得不到精確的輪廓,遠比不上人肉摳圖的精度。不管是華為還是小米,其雙攝像頭的淺景深模擬功能都很初級,看看小圖可能還行,放大就發現漏洞百出了。

說到這里,我們可以談起一個變態設計了,就是來自Pelican Imaging的鏡頭陣列。它始終沒商用化,還在試驗階段。這個設計又演化出了新的版本,它的設計核心就是,靠更多的攝像頭來實現更多像差的采樣,從而得到更加精準的輪廓。

無獨有偶,LINX Imaging 也有類似的陣列方案,它實現的功能也是剝離主體,背景分離,對被攝對象進行3D化。比還在紙上談兵的Pelican Imaging幸運的是,LINX已被蘋果收購,說不定iPhone 7上就會采用它們的技術。

圖像增強

圖像增強包括許多方面的應用,例如雙攝像頭同時拍攝,然后進行合成處理,包括降噪、HDR等等,圖像增強的應用只適合對稱型的雙攝像頭設計。

制造商=HUAWEI;型號=EVA-AL00;焦距=5毫米;等效焦距=27毫米;光圈=F2.2;測光模式=模式;感光度=ISO50;白平衡=自動;對比度=標準;飽和度=標準;銳度=標準;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1274000/1000000000秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.05.16 14:45:01
制造商=SAMSUNG;型號=SM-G9350;焦距=4毫米;等效焦距=26毫米;光圈=F1.7;測光模式=中央平均;感光度=ISO50;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/2008秒;曝光程式=程式模式;場景類型=標準;日期=2016.05.16 14:44:26

實際使用會發現,要做到真正意義上的顯著增強,其實很難,因為兩枚攝像頭所采集到的畫面并不是完全一樣,所以合成時或者要矯正,或者只能對重疊部分增強。不管如何,是做不到1+1=2的效果,例如華為P9,雖然理論上它采用了類似的技術應用,但比起優秀的單攝像頭機型,畫質上并沒有任何優勢。圖像增強的核心仍舊是算法,而雙攝像頭的意義是采樣倍率提高了一倍。

模擬變焦

由于手機本身體積的限制,實現光學變焦是比較困難的事情,雖然有過不少光學變焦硬塞到手機的例子,但都變成了歷史的咸魚。所以出現了利用原生16:9和裁切到4:3的方法提供兩種焦距,也有Lumia系列那樣通過感光器冗余設計實現兩個焦距的選擇,而用戶需要的是更多更多和更多。LG G5 SE干脆提供了2個焦距不一樣的攝像頭,結合原生16:9的設計,提供了更多的焦距選擇。對稱型的雙攝像頭又如何提供不同的焦距呢?

請睜開你的雙眼,然后閉上其中的一只,發現了什么?你會發現視野是不是不一樣?雙眼的寬,而單眼的窄。是的,人就是對稱型雙攝像頭設計,單眼焦距約等效50毫米,雙眼則約等效于35毫米。那么,對稱型的雙攝像頭的變焦方案就出來了,單攝像頭采樣、雙攝像頭采樣、雙攝像頭的交集采樣、對交集部分進行裁切采樣、對交集部分進行多幀裁切采樣等等,理論上可以實現部分的無損變焦,和部分損害相對小的有損變焦。理論要兌現,依然少不了強力算法的支援。

圖片來自網路

如果你的眼珠子能像變色龍朝不同方向,那么你的視野范圍還可以更大。人做不到,但攝像頭可能做得到,利用對變色龍眼睛的仿生可以實現更大的采樣視野,這樣也就更方便模擬更大的廣角視野了。

3D視訊拍攝

3D視訊是一個可能項目,但目前還沒有手機廠商推出這個功能。3D視訊需要雙攝像頭支援,而且必須是對稱型設計的。但要拍出“真實的縱深感”,需要攝像頭保持距離,多少合適?人眼的瞳距就是合適的,約6-7厘米。顯然,目前沒有一款雙攝像頭手機能滿足這一點,不過難說以后腦洞大開的廠商用特殊的外殼加外置攝像頭來協同主攝像頭來實現3D視訊拍攝。

人臉識別和體感

刷臉已經成為一種實用性生物認證技術,但目前還沒有出現在手機上,但也是遲早的問題,微軟Surface Pro4 和 Surface book上采用了該項技術,識別是一方面,硬體支援少不了,這些是通過雙攝像頭實現的,一枚普通的前置攝像頭加上一顆紅外攝像頭,實現對人臉包括瞳孔的資訊進行3D化建模,依靠相片是無法欺騙認證的。除了微軟的兩款Surface裝置之外,其他采用了英特爾Realsense 技術的Windows10裝置,也可以通過刷臉來完成驗證。

英特爾也正在致力于將Realsense 推廣到手機平臺,利用英特爾的算法包,Realsense可以實現類似于Kinect的體感應用或者3D建模,蘋果也在體感應用方面暗自發力。這些技術可以用于AR、VR、運動拍攝等應用場景,用手機配套的VR頭盔配合手機實現類似于HoloLens那樣的體驗也是有可能的。而Google的Project Tango,也是這么一個類似的開發項目。

雙攝像頭背后的算法研發

要讓雙攝像頭真正發揮到明顯優于單攝像頭,需要強勁的算法支援,而這恰恰是目前極為匱乏的,硬體反而不算什么,有錢能解決硬體問題解決不了軟體問題。晶片廠商都在開發自己的方案,包括高通、聯發科以及華為海思。感光器廠商也在努力,包括索尼、三星和OmniVision。對于大金主,就是買買買,例如蘋果收購LINX。一些傳統的圖像算法提供商或者業界老司機也在向第三方提供算法,例如Acrsoft和Altek。微軟和英特爾這樣資深科技公司,在體感、3D建模等方面有著的先人一步甚至幾步的技術優勢,它們會影響到畫質以外的雙攝像頭應用領域。

真正重要的是算法,算法優秀,才能顯出雙攝像頭的硬體優勢,這樣的觀點,我們反復提及,因為,國產手機比起洋手機更熱衷于雙攝像頭,并不是因為國產手機的技術先進,而是大部分人消費者簡單的認為2個就比1個強,你來我往,互相迎合。在這種認識基礎上,出現各種漫無邊際的吹噓,甚至神化,居然不小心單眼都被滅了,居然還有人信,居然還被點燃了愛國心。

雙攝像頭的前景

對于雙攝像頭[包括多攝像頭]的前景,Soomal非常看好,雙攝像頭如果應用得當,手機將不只是卡片相機殺手的角色了,它將走出一條具有智能手機特色的拍攝體驗之路。攝像頭的功能也不再是簡單的拍照工具,而是更為豐富的測量和交互的輔助傳感器,它將成為智能裝置的眼睛,這將是一次真正意義上的進步,它不但影響智能手機行業,還會深刻的影響到智能機器人、安防等領域。

雙攝像頭機型如雨后春筍一樣出現,但希望各路廠商珍惜市場機會,不要透支信用,過度的夸大宣傳只會讓人對雙攝像頭生厭。別讓雙攝像頭變成商業營銷的附屬品,而是成為一次真正的技術革新。至于技術,我們不擔心,突破是必然的,不浮躁能少走彎路,更快突破。

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花為曾經說過,農藥6P手機的攝像頭目前只發揮了20%,還表示將在一兩年內替代單眼。不久前看到幾張華為手機的拍攝樣張,效果非常棒絕對不比單眼差,樣張EXIF資訊里裝置型號寫著5D Mark3,華為什么時候發布了一款拍照這么屌的手機?真正做到了“重新定義手機拍照”和“替代單眼”,這么低調居然沒開發布會!很多廠商都吹牛,但是只有華為,吹過的牛皮都做到了!
發表于2016.10.18 10:13:28
76
我猜可能攝像頭的兩個鏡頭還得自動調整對射角吧?

比如近距離,兩眼視角差大的同時,焦點也跟著變近并且聯動眼球向內旋轉,越近偏離正軸角度越大
發表于2016.10.04 23:22:22
75
114.229.102.***
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發表于2016.09.27 10:09:32
73
一天到晚一個黑白一個彩色合起來如何如何巴拉巴拉......

搞攝影的一個字/詞“視角”懂不?視角不同人腦是無縫精準合成還能感知空間感(空間定位/運動/移動/速度......)但,你個攝像頭目前無法做到這個精準......別扯神馬算法(也許以后算法合成能好點)看看水果的雙攝像頭方案,就知國內不經大腦人云亦云胡說八道無知當真理是多么蛤蛤蛤!
發表于2016.09.27 10:09:08
72
一個廣角 一個標頭 剛剛好
但我覺得以后外掛會興起 我反正是看好
大底+光學防抖+外掛 想想都興奮
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發表于2016.09.26 21:50:28
71

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發表于2016.09.22 22:32:12
70
116.226.***.***
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LG P920 第一款雙500W攝像頭 可以拍3D視訊 裸眼3D熒幕
發表于2016.09.22 11:04:56
69
183.240.203.***
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發表于2016.09.22 00:09:16
68
124.224.149.***
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發表于2016.09.21 20:04:08
67
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發表于2016.09.19 20:30:07
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159.226.067.***
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發表于2016.09.18 17:32:36
65
183.027.107.***
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發表于2016.09.15 00:18:00
64
121.028.***.***
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我以前用了一款夏普的手機,當時的賣點是裸眼3D,這款手機也是雙攝像頭的,可以拍出左右格式的3D視訊,除了解析度低一些,效果還是能過得去的。
發表于2016.09.09 14:39:02
63
雙攝像頭是趨勢,但對于技術的需求也更為強烈。不然就成了擺設。
人臉識別在手機支付寶上是有應用的,雖然是 beta版,但用下來識別成功率還不錯,在5s上比指紋還好一些,手易出汗在5S上指紋識別率就大大下降。
發表于2016.09.09 12:14:13
62
218.018.139.***
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發表于2016.09.09 09:20:21
61
116.226.080.***
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發表于2016.09.08 17:50:34
60
183.195.156.***
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發表于2016.09.07 13:05:44
59
175.155.058.***
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發表于2016.09.06 09:19:53
58
國內商家一直以的通病
發表于2016.09.05 17:35:45
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