原理剖析 | 從單攝到浴霸花灑加特林的多攝，這些手機(jī)攝像頭到底有啥區(qū)別？

窮人小時(shí)候

有多少小伙伴和我一樣，在小學(xué)以前拍照都是件奢侈品？

春游、秋游，哪位同學(xué)家里有一臺膠卷式相機(jī)，齊刷刷、赤裸裸的羨慕，有沒有？！

有一次狠下心來花 30 塊大洋去照相館租了一臺，興致勃勃地赴約“賞楓行”，結(jié)果拿去洗照片的時(shí)候還發(fā)現(xiàn)膠卷裝反了，30 張照片全部曝光廢掉，心疼了我小半年（勿笑話）。

大家還記得那個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)嗎？大概是剛進(jìn)入高中的時(shí)候，班里的同學(xué)開始人手一部手機(jī)，拍照不再是一件值得惦記一陣子的事兒。而到了今天，朋友聚會、外出旅游、日常生活，不拍張照片都不好意思在朋友圈混，不來段視頻都不敢跟人說玩過抖音。

那么問題來了，你知道手機(jī)攝像頭從單攝到有浴霸之稱的四攝花了多長時(shí)間嗎？你知道如今這滿目琳瑯的手機(jī)攝像頭組合到底有啥區(qū)別嗎？下面跟著與非網(wǎng)一起來解鎖一下吧。（Ps：本文提到的都是后置攝像頭）

從無到有，手機(jī)單攝誕生記

J-SH04 | 圖片來源：wikipedia

誰是拍照手機(jī)的鼻祖？當(dāng)屬 2000 年 11 月出生的夏普 J-SH04。這款由日本 J-Phone 聯(lián)合夏普推出的手機(jī)采用的是后置式 11 萬像素的 CMOS 鏡頭，支持最大分辨率為 355*288。11 萬像素？現(xiàn)在聽著跟鬧著玩似的，但在當(dāng)年，售價(jià)高達(dá) 500 美元，已經(jīng)算是高富帥的標(biāo)配了。

一次手機(jī)攝像頭相關(guān)的科技狂潮從此拉開帷幕：第一臺自動對焦的手機(jī)松下 P505iS，第一臺像素過百萬的手機(jī)夏普 J-SH53，第一臺像素超過四千萬的手機(jī)諾基亞 808 Pure View……

單攝到雙攝是量變還是質(zhì)變？

我們先來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，請取出一支帶筆帽的筆，睜開雙眼，快速將筆插進(jìn)筆帽，是不是覺得小 case？那么請閉上一只眼，做同樣得動作，是不是覺得需要額外集中一下精力才可以？似乎就沒那么容易了，這是因?yàn)閱窝垡曈X與雙眼視覺是有區(qū)別的，而其最大的區(qū)別在于立體視。所謂的立體視指的是區(qū)分物體遠(yuǎn)近、前后、深淺、凸凹的視覺。

而最早的后置雙攝出現(xiàn)于 2011 年，當(dāng)時(shí)的火腿腸 HTC G17 和 LG Optimus 首批嘗鮮者。以 HTC G17 為例，這款擁有雙 500 萬像素的 3D 拍照手機(jī)算是 HTC 機(jī)海戰(zhàn)術(shù)的最頂峰，而其中的裸眼 3D 技術(shù)就是采用了雙目“立體視”原理。

隨著手機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對手機(jī)拍照的需求度越來越高，仔細(xì)想想是這樣的，男生總希望把照片拍的更清晰，而女生總希望手機(jī)自帶美顏效果，于是雙攝手機(jī)變得品目琳瑯，下面請自備小板凳，掏出瓜子，我們要進(jìn)入手機(jī)雙攝科普頻道啦！

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3D 雙攝

既然我們上面聊到了 HTC G17（EVO 3D），那我們就從這里聊得更深入一點(diǎn)，這款搭載了兩顆平行 500 萬像素?cái)z像頭的手機(jī)是世界首款支持錄制裸眼 3D 視頻的手機(jī)，最大支持 720P 的 3D 視頻錄制。

圖片來源：ivvi 官網(wǎng)

從原理上看，它是通過兩顆平行攝像頭模擬左右眼分別記錄影像信息，并在后期分割成等距離的垂直線條，然后利用插排的方式將左右影像交錯(cuò)地融合在一起。播放時(shí)，借助透光狹縫與不透光遮障垂直相間的光柵條紋等處理的屏幕，使雙眼所看到的影像產(chǎn)生差異，從而產(chǎn)生立體的感覺。

遺憾：HTC G17 最終折戟沉沙，因?yàn)殚L時(shí)間觀看會讓人產(chǎn)生眩暈感（題外話：現(xiàn)在紅紅火火的 IMAX 3D 電影也有些讓人眩暈，有木有？！）

景深雙攝

談到景深雙攝，應(yīng)該是女生們的最愛了，它可以突出拍攝主體，而背景物體則會呈現(xiàn)明顯的焦外虛化效果，類似攝影圈所謂的“刀銳奶化”特寫。

雖然效果差不多，可是在原理上卻是大相徑庭。專業(yè)攝影中通常是利用單反的大光圈攝像頭達(dá)到硬件上的“焦外虛化”，而手機(jī)攝像頭不具備這樣的優(yōu)勢，只能通過兩個(gè)攝像頭協(xié)力工作來完成。在這一點(diǎn)上和 3D 雙攝還是有共同之處的——立體視覺，所以你懂的，第一款景深雙攝代表作也出自于火腿腸——HTC One M8。

景深雙攝的原理不算復(fù)雜，即主攝像頭負(fù)責(zé)取景，景深攝像頭負(fù)責(zé)在拍攝的瞬間記錄多張焦點(diǎn)由近至遠(yuǎn)的不同照片，然后通過 CPU+GPU 來判斷拍攝場景中其余物體與被拍攝主體的遠(yuǎn)近距離，最后根據(jù)越遠(yuǎn)虛化程度越高的原則進(jìn)行后期處理，呈現(xiàn)在大家的視野中。

圖片來源：蘋果官網(wǎng)

了解了景深雙攝的工作原理，你是不是覺得景深攝像頭不需要像素多么高？從單純景深功能的層次來講確實(shí)如此，最終成片的好壞，還是取決于主攝像頭的強(qiáng)大還有各大邊緣處理算法的巧妙度。

Ps：目前還有一種測量景深的方案——TOF 攝像頭（原理類似于激光測距）。而它的第一次出現(xiàn)大約是在 2016 年左右，谷歌和聯(lián)想合作推出了全球首款消費(fèi)級 AR 智能手機(jī)——Phab 2 Pro。相比之下，TOF 方案具有響應(yīng)速度快，深度信息精度高，識別距離范圍大，不易受環(huán)境光線干擾等優(yōu)勢，因此應(yīng)用越來越廣泛。

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“彩色+黑白”雙攝

黑白攝像頭？嗯哼，你沒有看錯(cuò)。出于 CMOS 面積受限“底大一級壓死人”的缺點(diǎn)，以彩色 CMOS 主攝像頭+黑白 CMOS 副攝像頭的雙攝方案被提了出來，像華為的 P9、魅族的 PRO 7 都采用了該方案。

話不多說，“彩色+黑白”雙攝是如何工作的呢？這要從 CMOS 成像說起，其實(shí)每個(gè)像素點(diǎn)都是“色盲”，它們只能感應(yīng)光的強(qiáng)度，而無法捕獲顏色信息。那么又有小伙伴要問了，照片的顏色是從那里來的呢？別著急，這是通過在每個(gè)像素點(diǎn)上方覆蓋一層彩色濾光片來實(shí)現(xiàn)的。具體來說，這些濾光片分布遵循 RGBG 排列的拜耳陣列（或其變種 RGBW 排列），在這種排列下，光在射入每個(gè)像素點(diǎn)的過程中，會被濾光片過濾掉一部分，只保留該部分顏色的強(qiáng)度，然后單色光射在感光元件上產(chǎn)生與光強(qiáng)度相對應(yīng)的電流。最后經(jīng)過“反拜耳運(yùn)算”將陣列中相鄰的四個(gè)像素合成，猜出這四個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的顏色，于是就構(gòu)成了一張完整的彩色照片。而無論多么上乘的濾光片，只要過濾掉某些顏色的光線，光線強(qiáng)度就必然會有一部分衰減。這個(gè)時(shí)候，沒有濾光片的黑白 CMOS 就有了優(yōu)勢，即較同像素尺寸的彩色 CMOS 串?dāng)_更小，信噪比更高，畫面純凈度更好。

圖片來源：知網(wǎng)

也就是說“彩色+黑白雙攝”在拍攝時(shí)，兩顆 CMOS 同時(shí)成像，其中彩色 CMOS 負(fù)責(zé)顏色信息，黑白 CMOS 只負(fù)責(zé)記錄拍攝物體的灰度信息，最后通過后期處理，將兩張圖片合成為一張。

遺憾：雙攝情況下的光學(xué)防抖不夠完善。

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“膠水”雙攝

所謂的“膠水”雙攝，其實(shí)是模塊化的捆綁，說白了就是一個(gè)模組上會配兩款攝像頭，通常情況下只有其中一個(gè)負(fù)責(zé)成像，另一款攝像頭只有在某些特殊情況下才會開啟打醬油模式。比如 LG G5 的主鏡頭+廣角鏡頭、iPhone 7 Plus 的主鏡頭+長焦鏡頭都采用了該模式。

圖：廣角鏡頭下的風(fēng)景

這種雙攝模式有何優(yōu)勢？由于采用的是獨(dú)立成像技術(shù)，無論是主攝像頭還是打醬油攝像頭，都可以搭載光學(xué)防抖功能，因此在光線不足的條件下，出片率和成像質(zhì)量可以得到提升。

了解了這么多有趣的雙攝知識，現(xiàn)在你還覺得雙攝只是單攝的簡單堆疊嗎？顯然在玩法上已經(jīng)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

雙攝過后只有“多攝”：管它是浴霸、花灑還是加特林

Nokia 9 PureView | 圖片來源：DxOMARK

時(shí)間來到 2018 年，以華為、OV 為代表的一眾國產(chǎn)安卓手機(jī)率先開啟了“三攝時(shí)代”，而一向以工業(yè)審美著稱的蘋果今年也加入了“浴霸”三攝行列。

站在使用者的角度上來看，排除價(jià)格的上升、審美上的外觀缺陷以外，“多攝”手機(jī)確實(shí)增加了不少新鮮、有趣的功能，比如遠(yuǎn)景+近景+微距+人像+逆光+夜景全場景覆蓋。

但從原理或是科技的角度來講，無論是出自跟風(fēng)心理還是實(shí)用需求，這些個(gè)浴霸、花灑、加特林式的手機(jī)攝像頭無非是功能上的排列組合，而算法玩的好的，可以錦上添花，算法玩不好的，就是東施效顰了。

此處分享一份來自 DxOMARK 最新的排行榜單——2019 智能手機(jī)最佳攝像頭前十。

信息來源：DxOMARK

與之相對應(yīng)的是攝像頭配置前十名（來自與非網(wǎng)整理），如下。

寫在最后

如今手機(jī)攝像頭越來越多，從本質(zhì)上來說，攝像頭只是手機(jī)上的眾多傳感器之一，所以小伙伴們大可不必因廠商的一些噱頭將原本的雙攝換成浴霸或是花灑啦，還是以自身的需求為主，畢竟腎只有兩個(gè)，當(dāng)然土豪請繞道。至于加特林？我認(rèn)為工業(yè)設(shè)計(jì)師會第一個(gè)舉手反對吧，你說呢？

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