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[其他] 双摄像头并非苹果首创,但技能升级的iPhone 7会让你更爱吗?

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长发不失风采 发表于 2016-10-4 09:29:23
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双摄像头并非苹果首创,但技能升级的iPhone 7会让你更爱吗?-1 (iPhone,双摄像头,苹果公司,手机摄影,Optimus)

  随着背面装了双摄像头的iPhone 7 Plus的问世,在很多手机粉(尤其是果粉)眼里,这样的设计成了手机的带有重大意义的新“标配”,认为高质量手机摄影的全新时代正在到来。
  但是,苹果这一“标配”其实不是什么新的东西,有的厂家的智能手机已经使用双摄像头好多年了。那么,到底为什么苹果公司还要设置双摄像头呢?这个设计是不是会成为你最想要的手机功能呢?
  设置多个摄像头的4个理由

  我们先来看一下iPhone 7 Plus发布之前,双摄像头手机到底是用来做什么的。
  翻一下智能手机的历史,你会发现在手机的背面设置多个摄像头,有4个理由:
  第一,拍摄“3D照片”。

  HTC EVO 3D的这个想法可以追溯到2011年,不但带有一个3D摄像头,还带有一个3D显示屏。虽然这个概念不错,但是出来后就被很多用户看作是噱头,认为实用价值不大,很快就在市场上消失了。
  几款LG Optimus 3D拍照手机的命运也很类似。2012年,这几款手机曾经散到了世界各地,想通过3D拍照效果来吸引用户,甚至在LG的平板电脑里也作了这样的配置。但是,制造商很快就放弃了这种手机的生产,取而代之的,是以每年增加像素数作为目标。于是,多摄像头拍照手机又回到“休眠”状态。
  第二,作为深度相机。

  到了2014年,HTC提出一个非常类似的双传感器概念。背后带有双摄像头的HTC One M8的问世,又吊起了人们对于双摄像头手机的胃口,并激起了对这种手机的兴趣。之后不久,一些厂家也推出了这类手机,包括华为的荣耀6 Plus(2014)和更近的小米公司的红米Pro手机(2016)。
  这些双镜头相机可以用我们的眼睛一样的方式,看到图像深度和3D。用两个摄像头“眼睛”来看的话,需要计算任何场景下的“景深图”。第二个辅助摄像头的功能就是记录景深数据,以实现“先拍照后对焦”的功能。
  “深度相机”的最大问题是处理质量参差不齐。如果你想拍摄一个不规则形状的物体,拍完后看上去可能是边缘成锯齿状的图像,甚至多出边缘线。辅助深度计算的传感器一般具有较差的质量,因此无法提高拍摄质量。就像3D摄像头一样,深度相机后来也被看作是一个噱头而没有得到市场认可。
  有的智能手机如HTC One M8使用它来模拟可变光圈,这意味着改变让光线通过的透镜的孔径大小。而除了一些老的诺基亚手机之外,几乎每台拍照手机上只带固定光圈。如果光圈做得很大,可以让图像的背景变得模糊,只把焦点对准与你所要的拍摄对象。传感器尺寸越大、单像素面积越大,画质越好。一个全帧传感器的面积,要比拍照手机所用的传感器要大50倍。只有使用这种大面积的图像传感器,才会拍摄到专业级、具有艺术感的摄影效果。
  第三,使用计算摄影技术。

  华为公司前些日子推出了P9智能手机,配置了双镜头,大大改进了图像处理的性能。这次,P9配置双摄像头的目的已经不再是作为深度相机。苹果iPhone 7双摄像头也和P9具有类似的应用。
  这就是采用双摄像头的第3个理由,利用这几年兴起的所谓“计算摄影”(computational photography)技术。这个技术就是使用很多个小摄像头组合在一起,通过软件智能算法处理,来克服拍照相机的传感器尺寸太小而造成的图像质量问题。这个技术用到智能手机上,把拍照手机的图像质量提升到单反相机的水平,是最恰当不过了。
  第四,拍摄快速移动的物体。

  具有最好的低光照性能的手机,目前都采用光学防抖,来提高他们的夜间拍摄的图像质量。有个小马达在不断轻微移动,以弥补拍照时手的自然抖动,同时让快门保持较长时间开着。然而,曝光时间过长对拍摄快速移动的物体并不利。光学防抖可以弥补拍照者手的移动,而不能弥补拍照对象的移动。所以世界上最好的防抖系统也存在这样的问题,而双摄像头可以解决这个问题。这是使用双摄像头的第4个理由。

双摄像头并非苹果首创,但技能升级的iPhone 7会让你更爱吗?-2 (iPhone,双摄像头,苹果公司,手机摄影,Optimus)

  Light L16是一个基于安卓系统的独立的数码相机,带有3种不同焦距的16个摄像头,用来创建一个等效于28〜150mm变焦的相机。
  苹果收购LinX的用意

  实际上从苹果公司在去年4月收购以色列公司LinX,就可以知道苹果下一步想要干什么。
  在苹果买断之前,LinX公司就已经公布了他们详细的多图像传感器模块的开发计划,有几个设计方案。第一种方案就是我们在HTC One M8所看到的,使用两个彩色图像传感器,用于创建“景深图”。这个方案现在可以忽略了。
  另一个方案,最有可能就是iPhone 7 Plus双摄像头的基础技术。一对摄像头,一个仅仅用于拍摄单色(黑白)图像,另一个拍摄彩色图像,这也正是华为P9手机采用的方案。LinX公司的说法是这种设置将改善低光照性能,提高整体画面质量,并且比同样解析度的单光圈摄像头有更低的成本。
  图像质量的最终结果取决于彩色和黑白摄像头的图像信息的合并。这反过来又取决于彩色摄像头在光线到达传感器之前将光进行滤色的方式,一般使用拜尔滤色器(Bayer Filter)。美国柯达科学家拜耳最为人熟知的发明是拜耳滤色器,目前几乎所有的数码相机、摄像机和手机摄像头都采用了这一技术。
  一个标准的图像传感器是由数以百万计的小“感光单元”的像素组成,这些点受到光的刺激。就像液晶电视是由红、绿、蓝的子像素组成,以不同光强度点亮后可提供任意颜色一样,图像传感器也具有红、绿和蓝色子像素,用于确定每个像素的颜色。拜耳滤色器用来确认,只让正确颜色的光命中这些子像素。
  但这个时候,问题出现了。朝向红色子像素的绿光和蓝光将被拒绝接收;绿光和红光将不被蓝色子像素接收,如此等等。这意味着大量的光被拜耳滤色器浪费了。而一个黑白传感器可以避免这个问题。它不需要拜耳滤色器,因为它并不需要确定颜色。如果让大量的光射到传感器,低光照画质就可得到明显改善。
  因此,如果使用双摄像头设置的话,单色传感器将可增大动态范围,增加细节和降低噪声水平(黑白传感器所吸收的光要比彩色传感器所吸收的光高出3倍),而另一个传感器只用来填颜色。在摄像头采集图像之后,需要软件智能处理如何把两个摄像头获得的信息混合在一起,但这样所得出的图像与真实世界总是稍稍会有差别。与拍摄对象越接近,差别的感觉会越明显。因此,图像处理很重要。
  我们再来看看LinX公司所公布的“下一代”多摄像头的设计方案。也许最有意思的是一个2x2摄像头阵列的设计。它使用类似把两个摄像头放在一列的想法,但增加更多的“眼睛”。这可以进一步增强动态范围,或者进一步从一开始就降低图像噪声。
  LinX公司最后一个设计是使用两个小的传感器,为大的图像传感器充当测距器。由于这些配对传感器可以测出一个拍摄对象有多远,自动对焦就可直接对准到正确的位置,而不用去寻找。这个设计,有可能会替代当前iPhone一直在用的“相位检测”对焦方法。
  多摄像头拍照手机还有一个重要的应用,不同焦距长度的摄像头可以模拟光学变焦,并使用软件做到“无缝”变焦。LG G5也有类似的功能,尤其在拍摄静物照的时候,可以使用一个辅助的摄像头来放大或缩小。
  未来5年:“下一代”多摄像头摄影

  多摄像头摄影现在已经有了更进一步的进展,我们很可能在未来5年内看到“下一代”的带有多摄像头的拍照设备。
  其中一个就是正在热议中的Light L16,这是一个基于安卓系统的独立的数码相机,带有3种不同焦距的16个摄像头,用来创建一个等效于28~150mm变焦的相机。据这家公司称,画质媲美甚至超越全帧单反相机,但整个厚度只比iPhone再稍厚些而已。16个小摄像头(透镜大小相当于拍照手机所用的透镜大小)布满这个相机的背面(这个相机目前做的与iPhone大小相仿,只是稍厚点)。Light L16还可以做到SR(超分辨率)和HDR(高动态范围)的图像拍摄效果。
  目前,Light L16的价格不菲(1699美元),但已经预订到2017年,而且宣布已全部订完。这是一个全新的相机,它的新颖点不光是使用了16个摄像头,还在于使用了先进的智能软件。它也给iPhone及其他智能手机的拍照功能指明了今后产品设计方向,即继续走“多摄像头”的技术路线,同时真正把“计算摄影”技术落实到软件上,并使软件变得更智能(苹果iPhone 7已经采用了“机器学习”算法)。
   据报道,苹果公司研发拍照功能的团队人数达800人(包括原LinX公司)。他们在iPhone上增加“额外”的摄像头,不再是为了过去那种仅可以“玩玩”的3D了,而是为了追求更完美的图像质量,如增强夜间拍摄效果、扩大拍摄场景的视野、增加光学变焦功能等。对于那些喜欢用手机拍摄的用户,双摄像头让他们总算有了新的盼头。手机摄影已成为人们现实生活中的一部分。忘掉VR、AR和MR,先来尝试一下双摄像头的智能手机吧! (本文系BT传媒·《商业价值》杂志2016年10月刊专栏文章,网络独家首发钛媒体)
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