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双摄像头

聊聊智能手机双摄像头

     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,平博·(pinnacle)体育平台官方网站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,这篇文章平博·(pinnacle)体育平台官方网站就来聊聊双摄像头。

    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

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Huawei 华为 荣耀6 Plus 智能手机 - 主摄像头

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Huawei 华为 P9 智能手机 - 主摄像头

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

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HTC One M8 智能手机 - 摄像头

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LG G5SE 智能手机 - 双摄像头

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。

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Amazon 亚马逊 Fire Phone

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

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Huawei 华为 P9 智能手机-实拍-北京什刹海火德真君庙石狮[大光圈模式]

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。

通过3D渲染来模拟双摄像头

平博·(pinnacle)体育平台官方网站用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。

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左摄像头看到的茶壶

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右摄像头看到的茶壶

然后平博·(pinnacle)体育平台官方网站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。

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左右图像叠加

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。

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矩阵镜头

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Pelican Imaging 3D摄像头

说到这里,平博·(pinnacle)体育平台官方网站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。

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LINX imaging 的摄像头方案

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。

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Huawei 华为 P9 智能手机-实拍-野渡无人舟自横

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

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对比场景-实拍-野渡无人舟自横-三星Galaxy S7 Edge

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?

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双眼和单眼小黄人

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。

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变色龙

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

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3D 视频拍摄设备

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

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Microsoft 微软 Surface Pro 4笔记本电脑

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intel RealSense 技术装备的手机

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,平博·(pinnacle)体育平台官方网站反复提及,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,平博·(pinnacle)体育平台官方网站不担心,突破是必然的,不浮躁能少走弯路,更快突破。

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