一颗不够就再来一颗 双摄手机原理解析

手机拍照自功能机时代就已经成为人们日常经常使用的一个功能，自进入智能机以来地位更是被不断的拔高。注意力所在之地往往就是创新的迸发处，这一点在手机拍照上再恰当不过，无数的技术越来越多的被应用到手机拍照上：3D拍照、背景虚化、光学变焦、光学防抖、双核对焦...以及越来越大的光圈和传感器尺寸等等，每一项技术都对手机拍照无论是照片质量还是整体体验都有非常大的提升。但，“仅仅”就这样了...

如今，大部分厂家都推出了自家双摄手机

  于是就是近两年火遍天的“双摄”了。如果说11/12年的LG Optimus、HTC EVO 3D属于手机“双摄”的萌芽时期，14/15年的荣耀6 Plus、奇酷旗舰版等属于“双摄”的探索/发展期，那么16/17年iPhone 7 Plus、华为P10、vivo Xplay6、小米6、OPPO R11、nubia Z17、一加5们一个个问世代表着手机“双摄”的正式普及和成熟。也昭示着手机“双摄”时代正式来了。

  现在，似乎人人都在讨论“双摄”。手机发展的一个趋势就是轻薄化，7mm逐渐成为手机薄厚的一个标杆和分水岭。要想在如此轻薄的手机上追求更高的成像质量，即使有前面提到的技术加持，而受制于传感器尺寸和镜头素质（这两项直接决定了手机的成像质量），如同政治上所讲的的主因和次因，因此即使单摄像头参数很好，也依然会有高感表现差、背景虚化不到位、特写不足等等问题。这时候，在一颗摄像头的基础上再加入一颗，以此来提高手机整体拍照质量便成了新的突破口。

  其实双摄像头的理论基础就是把原本要求纵向空间的光学体系，在横向空间的平面上铺展开来。这样即达到了成像水平，也不会使摄像头突出影响手机整体的美观。目前，主流双摄像头的功能主要可以分为两大类：1、利用双摄像头产生立体视觉，获得影像的景深，利用景深信息进行背景虚化，3D扫描，辅助对焦，动作识别等应用；2、利用左右两张不同的图片信息进行融合，以期望得到更高的分辨率，更好的色彩，动态范围等更好的图像质量或实现光学变焦。这两大类大致可以分为4点：1、通过双摄测距，可以进行距离相关的应用，这方面目前应用最广泛的就是背景虚化；2、光学变焦；3、暗光增强；4、3D拍摄及建模。其中每一点展开来都是一大篇幅，在这里就不做过多赘述。

  那么问题来了，双摄像头的工作原理究竟是怎样的？虽然都是两颗摄像头，但是不同的手机，主摄像头和副摄像头的工作原理却有很大的不同。目前，双摄手机工作原理主要有以下几种：1、彩色+彩色摄像头（RGB+RGB），优势在于可以计算景深，从而实现背景虚化和重新对焦（即先拍照后对焦）；2、彩色+黑白相机（RGB+Mono），优势在于可以提升暗光或夜晚手机成像质量；3、广角+长焦镜头（Wide+Tele），这个组合最大优势在于可以实现光学变焦（目前大多数主流手机厂商采用的双摄原理）；4、彩色+深度相机（RGB+Depth），可以实现三围重建等。前面提到的双摄的功能就是通过这四种组合实现的。

  四种中，彩色+黑白相机（RGB+Mono）和广角+长焦镜头（Wide+Tele）两种应用的最广泛，两种双摄的代表分别是华为P9/10系列、Mate 9系列和iPhone 7 Plus、OPPO R11系列以及小米6等。今天我们首先就先来讲讲目前被广大厂商所认可和采用的广角+长焦镜头的双摄方案，例子就已这其中的代表iPhone 7 Plus和当下最火手机之一OPPO R11。

数码变焦与光学变焦对比

  前面提到，广角+长焦镜头组合带来的最大优势就是可以在手机上实现光学变焦。光学变焦（Optical Zoom）其实是相机上的一个名词，它是通过改变光学镜片组结构来改变镜头焦距，从而实现变焦。但是镜片组结构复杂，整体尺寸无法安置于手机中。而此前的手机如果想要放大图片，方法是后期对图片进行裁切然后将一部分放大，这样做的后果是图片内的每个像素面积就会增大，图像的画质就会被严重压缩。而广角+长焦双摄则解决了这一难题，在手机中实现了光学变焦。

  广角+长焦双摄的光学变焦在于左右摄像头拥有不同的可视角，这样两个摄像头就会有不同的取景范围。当想要拍摄广角照片时，可以使用左摄像头取景。如果想要长焦照片，则用右摄像头取景，获得长焦效果。通俗点说即，广角镜头取景更宽更广，但是取不到远处物体；而长焦镜头虽然取景比较窄，但是能“看”的更远。这样，广角和长焦镜头组合搭配，在拍照时通过镜头切换和算法来实现比较平滑的变焦。

  以iPhone 7 Plus为例，其采用了1200万像素、28mm焦距的广角镜头+1200万像素、56mm像素的长焦镜头，通过28mm广角和56mm长焦摄像头的切换来实现2倍无损变焦。虽然还无法达到单反相机上的无级光学变焦，但是目前在手机上已经是绝对的领先方案了，OPPO R11、小米6、一加5等采用了同样的方案。

  接下来再说说OPPO R11，其采用了1600万+2000万像素摄像头的广角+长焦的解决方案，拥有f/1.7的超大光圈，支持2倍光学变焦和10倍的数码变焦。在这里可能很多人会有疑问，即为什么长焦镜头像素会比平时主要使用的广角镜头像素要高？这在于广角镜头在变焦时会损失图像信息，此时高像素的长焦镜头就会进行弥补，从而保证手机成像质量并提高手机变焦性能。

OPPO R11“2倍光学变焦”

  此外，广角+长焦双摄还会根据所拍摄的环境光线等决定使用哪一颗摄像头进行拍摄。简单说，当光线良好时，通常会使用副摄像头，当光线不佳时则会使用主摄像头。这在于，主摄像头拥有更好的性能，在弱光下在保证画面亮度下还能很好的控制噪点，这也是为什么一般在采用广角+长焦双摄方案的手机主镜头光圈都比副摄像头光圈大的部分原因所在，如OPPO R11，主摄像头光圈f/1.7，副摄像头光圈f/2.6；iPhone 7 Plus主摄像头光圈f/1.8，副摄像头光圈f/2.2。这还解决了另一个问题，即前面拿iPhone 7 Plus为例时提到，广角+长焦双摄手机的光学变焦是通过在广角和长焦两个镜头之间的切换实现的，因此如果此时你用手挡住副摄像头即长焦镜头，当从广角切换到长焦时，长焦镜头就会进行检测，发现此时环境较差从而切换回广角镜头，因此会发现在挡住长焦镜头的情况下变焦依然可以实现。

  到这里，相信大家已经对于双摄以及广角+长焦双摄的原理应该有了一个大致的印象，在经过了野蛮生长后，回到最终的体验上，拼的依然是厂家自身的研发实力和技术积累，若从拍照这方面来看，目前做的比较出色的要数苹果、三星和OPPO了。而双摄特殊性在于它影响的是手机的拍照，而并不像2K屏幕或者全面屏等可有可无，因为当单摄像头的创新无法再对手机成像有大的提升时，双摄就会显得至关重要，或者也可以说双摄是手机成像发展过程中所必须经历的一步。而以iPhone 7 Plus、OPPO R11为代表的广角+长焦的双摄方案目前是最成熟同时体验最出色的双摄方案之一。而就目前的成像成像体验来说，无论变焦还是虚化，都没有令人失望。对于手机拍照来说，没有什么是一颗摄像头解决不了的，如果有，那就再来一颗吧。