从单一仿生到百花齐放 智能手机的多种双摄配置方案

2017年06月01日 06:39来源于:摩兔网

虽然说采用双摄方案的智能手机并不算是新鲜的事物,也早有厂商推出过采用多种双摄方案的智能手机产品。但对用户来说,了解即将要购买的双摄手机所采用的方案也是非常有必要的,只有这样,用户才能用好自己的双摄手机,更好地记录生活,拍摄出更好的照片。

时下的双摄智能手机,大多四种基本方案,分别是:彩色镜头+彩色镜头(RGB+RGB)、彩色镜头+黑白镜头(RGB+Mono)、广角镜头+长焦镜头(Wide+Tele)和彩色镜头+深度镜头(RGB+Dept),下面我们就对这四种双摄方案进行简单的技术解析,希望能对用户选择智能手机提供帮助。

彩色相机+彩色相机(RGB+RGB)

这是最初出现的双摄解决方案,一般是采用同像素双彩色相机,极少数是采用不同像素的双彩色相机。由于技术特点,这类双摄方案一般采用平行设计,双相机共同合作发挥作用,共同参与成像。与采用单相机的产品相比,此类双摄解决方法在进行拍照时,进光量与感光面积是单相机的2倍,通过优化算法,还能提升成像分辨率,解决暗光拍摄环境下的成像困难,因此一经推出便获得了广泛的关注。

此类技术的特点是先确保两个相机的对焦和深度一致,再确保两个相机的取景视野不重叠,然后通过模拟三角定位原理来得到被摄物体距离摄像头的距离,通过算法保留对焦平面内景物清晰度,如果用户选择背景虚化,就通过算法进行模糊处理,模拟出光圈虚化效果。

注意我们在这里多次提到算法,因为此类方案从对焦到拍照,再到成像,需要经过多次算法处理,因此虽然成像效果较单镜头好,但成像的时间过长,尤其是采用同像素仿生设计双摄方案,等待成像的事件足够让用户抓狂,因此厂商们开始寻求更快的解决方案,不同像素双彩色相机就是此类方案的改进版。在此类改进方案中,高像素相机负责记录细节、色彩等,低像素相机虽然参与成像的份额减少,但主要用于与主相机一起提供立体视差从而计算景深。时下,这种改进版的双摄方案也是市场的主流之一。

彩色相机+黑白相机(RGB+Mono)

一般来说,提高暗光环境下拍摄质量的方法有三种:提高ISO感光度、延长曝光时间和增大光圈,但三种方式各有问题,提高ISO感光度带来的必然是噪点增多,会影响最后的成像质量;延长曝光时间则会要求加入防抖,增加成本和体积;增大光圈显然还带来其他的难度,所以厂商们此时想起引入黑白相机。

在说黑白相机前,我们不妨从成像原理说起,我们在消费电子产品上看到颜色都是通过红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色按不同比例合成的,所以我们一般会以RGB来做代称。随着技术进步,又发展出了RGBW分支,实际上这是指加入了对白色(White)的支持。在成像方面,当彩色镜头成像前,光会事先通过拜尔滤色镜。在RGB时代,拜尔滤色镜的设计是绿色占一半,红蓝色各占四分之一;在RGBW分支上,拜尔滤色镜的红、白、蓝、绿色各占四分之一,由于白光亮度高于绿光,因此在低光环境下,采用RGBW滤色镜的产品拍摄能力更好。但是需要注意的是,由于有滤色镜的存在,光线在通过滤色镜时会有能量损失。

现在我们回到黑白相机上,由于黑白镜头本身没有拜尔滤色镜,因此所有的光线都进入了相机,虽然略有传输损失,但与通过滤色镜的能量损失相比几乎可以忽略不计,因此黑白相机可获得更大的进光量,光学传感器的灵敏度也更高,图像更加明亮,细节信息能够保留得更好。在彩色相机+黑白相机的双摄解决方案中,彩色相机负责记录颜色,黑白相机负责轮廓、细节,然后再通过算法进行融合,最后的成像结果是画面纯净度提高,暗光环境下拍摄能力的提高。引入黑白相机的另外一个意外好处是,用户可以利用黑白相机来拍摄出具备不同风味的照片,成像效果比通过算法模拟黑白镜头的滤镜更好。

广角镜头+长焦镜头(Wide+Tele)

一般来说,智能手机配备的镜头都是广角定焦镜头,这是由产品本身的形态所决定的。用户在最近几年的时间里虽然对光学变焦有一定的需求,但智能手机产品大多只能提供数码变焦功能,这是由于光学变焦严重依赖组合光学透镜的原理,限于对体积、重量的限制,支持无损光学变焦的智能手机产品始终无法成为主流。

既然单镜头实现光学变焦有着先天的困难,那厂商们在设计双摄解决方案时就想到了加入不同焦段的镜头来解决这一难题。广角镜头具备开阔的视野,在拍摄近景时使用;长焦镜头虽然视野较窄,但用于远景时更好。两种镜头的混合搭配,能够实现相对平滑的变焦。需要注意的是,一般焦距在85mm至300mm区域内的镜头才是长焦镜头,但这是用于体积更为庞大的相机产品,时下用于智能手机的长焦镜头焦距最多只有56mm,虽然不能与相机相比,但用于体积小巧的智能手机上,也可以称之为长焦了。

在原理方面,此类双摄解决方案更像是采用可更换镜头的相机方案,在不同场景下使用不同的镜头,但选择镜头的时机由智能手机根据环境自行判断。在实现背景虚化功能方面,采用此类解决方案的产品会强制使用长焦镜头成像,广角镜头负责辅助识别主体和背景。在这里有两个部分需要注意,一是此类方案在进行变焦时极度依赖环境光,在光线条件不好的情况下,长焦镜头是无法启动的,也无法手动开启;二是变焦方式,此类方案的光学变焦只有1或2两个值,因为是通过切换镜头实现的,与一般相机的光学变焦有着本质上区别。

彩色相机+深度相机(RGB+Dept)

从严格的技术意义上讲,这种双摄的解决方案更多的是属于未来技术的范畴,虽然并不是没有此类方案的产品,但相对来说,此类方案的推广还有待实际市场的表现来加以鉴定。不过如果我们将技术定义变得更宽泛一些,就会发现此类方案与不同像素双彩色相机的方案略有类似,这对宣传推广会带来很大困扰。

总体来说,所谓的深度相机就是可以直接获取场景中物体距离摄像头物理距离的相机,这种相机的原理是根据TOF、结构光、激光扫描等方式来获取深度信息的相机,现在比较常见的深度相机是TOF相机。在原理方面,TOF相机的测距原理是通过给目标连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行时间来得到目标物距离,与激光测距仪的原理高度相似。当获得深度图后,相机会通过算法将深度信息融合到普通RGB相机拍摄的彩色图片中去,随后得到立体的图像。

在应用方面,彩色相机+深度相机(RGB+Dept)的解决方案主要着眼于未来,可用于智能交互领域的手势识别,并加以实时处理;也可用于关于AR游戏,由于其融入了实时的深度信息,所以体验更加真实;还可用于三维空间测量,由于能够实时获得深度信息,所以实现三维空间测量也是必然的,这种测量既可以是物体,也可以是人;最后是还可用于三维扫描/重建,可用于测量三维模型数据,并结合3D打印技术加以应用。

 
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