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手机多摄像头应用

1、摄像头类型

  主摄镜头:决定多数人手机拍照90%以上的使用场景,对于一般用户选择手机,重点看这个摄像头的成像质量;

  长焦镜头:在人像模式的虚化当中,可以与主摄一起协同成像测距。结合数码变焦可以清晰拍摄远方的景物,但使用频率没有主摄高;

  广角镜头:广角镜头是近年来热门的镜头,拍摄风光大片很棒,可玩性高,但因为画面畸变存在比较难驾驭,需要一定的摄影技巧;焦距在12-20mm。

  微距镜头:绝大多数情况下手机的主摄可以满足一般用户近距离拍摄的需要,而且手机微距镜头的成像质量普遍不高,因此重要性比较低;微距镜头的成像素质并不高。

  景深镜头:源于早期的双摄机型当中,诸如HTC One M8,可以模拟单反的景深效果,但是手机已经逐步抛弃这种成像方案;

  ToF镜头:面向大众人群的软件服务一直没有完善的配套,用户感知不强。

  小结:重点看主摄,其次喜欢拍远的考虑长焦,喜欢拍风景考虑广角,其它的微距、ToF、景深摄像头有的话是好事,没的话也不用担心。

  景深摄像头不参与成像,主要作用是记录景深信息,帮助实现背景虚化,之前的手机主打的先拍照后对焦也是通过景深镜头来实现这个功能。在iPhone 7 Plus带起的广角+长焦的主流双摄方案下,长焦端可以实现不错的景深虚化效果再加上算法模拟等,所以景深镜头逐渐从旗舰手机中消失了。

  ToF摄像头也不参与成像,也叫做立体深感摄像头。因为为iPhone X带来了人脸解锁功能为大家所熟悉。

分析

  等效焦距EFL=43.27*f/d

  主摄镜头:推荐1200万、4800万(支持4合一像素)

  长焦镜头:等效焦距长,可以增大f或者减少d(也就是感光元件尺寸)。

  超广角镜头:等效焦距短,可以减少f或者增大d

2、双摄像头

  两个摄像头的配置组合不同,两个摄像头组合起来的工作原理也就大有不同。双摄分为主摄和副摄,配置有:

  彩色+彩色(RGB + RGB):这种配置可以有效地计算景深,以实现先拍照后对焦。

  彩色+黑白(RGB + Mono):优势在于暗光环境下成像。淘汰

  广角+长焦(Wide + Tele):通过广角镜头加长焦镜头实现光学变焦。这种光学变焦方式实际上是一种双焦距。在工作的时候,两个镜头同时拍摄出一张远景和一张近景照片,通过后端算法合成一张照片,支持实时的光学变焦,且保证图像质量一致。

  超广角+广角,例如苹果11

  高清+景深,例如华为畅享10

  彩色+深度(RGB + Depth):可以实现三维重建等功效。

  流行的有彩色+黑白和广角+长焦两种双摄配置,其代表手机分别为华为P10和小米6。

  以上1、2、3的组合本质上是一种“叠加”。即把两个镜头拍摄的图像叠加融合,来达到提升拍摄质量、背景虚化、光学变焦等功能。这种应用双摄像头拍摄的图像差距越小越好,这样算法进行“叠加”的时候才能更精确。理论上两个摄像头离的越近越好,两个镜头的间距很短,一般都是10mm左右。而人类双眼的基线均值是64mm,相比之下目前的双摄手机只能计算较近物体的景深(浅景深)。

  深度相机,可以直接获取场景中物体距离摄像头物理距离的相机。根据原理不同,主要有飞行时间(TOF)、结构光、激光扫描几种方式(注:有些地方将双目立体视觉相机也列为深度相机的一种,它是单纯依靠算法计算得到的深度信息)。目前使用较多的是TOF相机。

  TOF(Time of flight,飞行时间),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,通过探测光脉冲的往返时间来得到目标距离。

3、多摄像头

  将三个不同功能的摄像头组合,其中任意两个摄像头搭配即可实现一种双摄的功能,也可多个摄像头同时工作,以实现更加复杂的功能。

三摄像头

  彩色+黑白+长焦,例如华为P20 Pro

  彩色+广角+微距,例如iQOO Neo3 5G

  广角+景深+快拍,例如华为畅享20

  超感光+广角+长焦,例如华为Mate 30 5G

  高感光+超广角景深二合一+超微距,例如荣耀X10

四摄像头

  超广角+变焦+主摄+景深辅助镜头,例如三星Galaxy A9s

  超感知+电影+长焦+3D深感,例如华为P40 Pro

  高清+超广角+微距+景深,例如华为Nova 5i

  超感光+人像+广角+微距,例如vivo X50

  超感光+人像+超广角景深二合一+长焦,例如vivo X50 Pro+

五摄像头

  超感知+电影+变焦+长焦+3D景深,例如华为P40 Pro+

  超清+长焦+人像+超广角+微距,例如小米CC9 Pro

4、应用

  背景虚化:大光圈

  重对焦:计算得到的景深信息,可以实现先拍照后对焦。

  夜景/暗光拍照增强:彩色镜头+黑白镜头。黑白镜头的大光圈保证了足够的进光量,让画面景物细节轮廓凸显,彩色镜头负责捕捉色彩,经过算法合成后可以呈现较好的夜景拍照效果。

  光学变焦:通过广角+长焦镜头搭配,实现光学变焦。

  提高动态范围(HDR):单摄像头HDR通常是修改不同的曝光时间来得到不同曝光环境下的图片,然后进行合成,这样图像处理的时间比较长,导致用户体验很差,而且当场景中有运动物体或者相机有移动的话会导致鬼影的问题。利用双摄像头,只需要对两个摄像头设置不同的曝光参数,然后对结果进行合成就可以实现。

  三维应用:通过双摄像头可以计算出景深信息。比如可以测算物体的物理尺寸和距离,用来做三维测量;可以通过扫描来对真实物体进行三维建模;可以实现逼真的互动性很强的增强现实游戏等。

  双摄手机虽然有以上介绍的优势,但仍然存在不少问题:由于目前大部分双摄手机基线(两个摄像头的距离)较短,无法计算较远处的景深。背景虚化、重对焦等功能仍然和单反相机有很大差距。

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