當(dāng)下，智能手機(jī)拍照的使用頻次已僅次于通訊，而手機(jī)拍照性能也越來(lái)越強(qiáng)大，2000年到現(xiàn)在，手機(jī)攝像頭的像素?cái)?shù)從最初的11萬(wàn)提升到最高4100萬(wàn)。但是單攝像頭現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始面臨瓶頸。
從目前來(lái)看，大部分手機(jī)采用的單攝像頭方案主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
1、像素越高，相同感光面積下，pixelsize(單位像素面積)就會(huì)越小，導(dǎo)致暗光下成像效果越差;
2、如果維持單位像素面積提高像素?cái)?shù)量，那就意味著模組會(huì)更厚，攝像頭凸起，即使iPhone6s也不能避免;
3、在場(chǎng)景營(yíng)造上，和單反差距較大，例如動(dòng)態(tài)范圍呈現(xiàn)(逆光等高光比環(huán)境呈現(xiàn))、暗光下的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)、背景虛化能力普遍偏弱;
4、對(duì)焦速度上，激光對(duì)焦、PDAF對(duì)焦等單一對(duì)焦方案都各有利弊，沒(méi)有互補(bǔ)的對(duì)焦方案。
榮耀最新發(fā)布的榮耀V8采用了后置雙1200萬(wàn)像素的攝像頭，顯然，是為了解決單攝像頭的缺憾而推出。那么它的成像原理是什么，相對(duì)于單攝像頭的方案又有什么優(yōu)勢(shì)呢?我們?cè)诖撕?jiǎn)單分析一下。
硬件規(guī)格：
榮耀V8采用了后置雙1200萬(wàn)攝像頭，分別是1200萬(wàn)像素的彩色sensor和1200萬(wàn)像素的黑白sensor，單顆攝像頭的pixelsize達(dá)到1.25μm，采用6P非球面鏡片，雙攝像頭的等效pixelsize達(dá)到1.76μm。單反級(jí)的獨(dú)立ISP+獨(dú)立的深度ISP，激光對(duì)焦+深度對(duì)焦+反差對(duì)焦的混合對(duì)焦方案等等。
技術(shù)原理：
從拍照過(guò)程上來(lái)看，榮耀V8的雙鏡頭方案與傳統(tǒng)的單鏡頭方案一樣，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是取景→對(duì)焦→曝光→機(jī)內(nèi)處理→照片呈現(xiàn)，只不過(guò)由于榮耀V8的兩顆攝像頭各有分工，黑白sensor勾勒輪廓，彩色sensor還原色彩，因此在機(jī)內(nèi)合成的過(guò)程中多了一個(gè)迭代合成的過(guò)程。
榮耀V8成像過(guò)程示意
雙攝像頭優(yōu)勢(shì)：
1、pixelsize更大
從直觀感受上來(lái)說(shuō)，單反相機(jī)往往體積碩大，機(jī)內(nèi)空間充足，可以使用全畫(huà)幅、APS-C畫(huà)幅的CMOS/CCD。而智能手機(jī)作為我們?nèi)粘ｋS身攜帶的移動(dòng)終端設(shè)備，對(duì)機(jī)身體積有很高的要求，機(jī)內(nèi)空間更是極其有限，所以只能采用盡量小巧的CMOS。
全畫(huà)幅CMOS與手機(jī)感光元件面積對(duì)比
而pixel(像素)通俗地將就是在感光元件上的花粉的小方格，比如100萬(wàn)像素的COMS，就是說(shuō)這塊CMOS被劃分成了100萬(wàn)個(gè)小方格。因此，在感光元件面積一定的情況下，像素?cái)?shù)越高，pixelsize就越小，理論上圖像的噪聲越大，動(dòng)態(tài)范圍幅度更小，并且可能受到彌散圓的影響，即像素之間的互相影響(DTI技術(shù)的作用就是減弱這種影響)。
反之，pixelsize越大，圖像的噪聲和動(dòng)態(tài)范圍也就可以控制的更好，而且受彌散圓的影響也更小。
所以pixelsize和圖像分辨率是一對(duì)矛盾體，蘋(píng)果此前一直采用800W的低像素?cái)z像頭，很大原因就是為了保持大pixelsize。
榮耀V8的兩顆sensor都是1200W像素，單個(gè)像素尺寸面積達(dá)到1.25μm，但由于兩顆攝像頭都參與成像，因此照片上的每一個(gè)點(diǎn)實(shí)際是兩顆CMOS像素點(diǎn)共同呈現(xiàn)的結(jié)果。當(dāng)然在這個(gè)過(guò)程中圖像不是簡(jiǎn)單的疊加，根據(jù)榮耀官方給出的數(shù)據(jù)，通過(guò)算法合成后榮耀V8的等效pixelsize相當(dāng)于1.76μm。而拍照效果已經(jīng)不錯(cuò)的iPhone6sPlus，pixelsize為1.22微米。
此外，榮耀V8搭載的兩顆1200萬(wàn)的攝像頭中，黑白sensor勾勒輪廓，彩色sensor還原色彩。而黑白sensor的pixelsize(單像素尺寸)是彩色sensor的3~4倍，原因是在彩色sensor中，每一個(gè)彩色pixel又會(huì)被分為四份，分別用于抓取R、G、B三種原色，而黑白sensor的每個(gè)pixel要么是黑、要么是白，即單個(gè)pixel只有黑或白一個(gè)選擇。從顏色的pixelsize上看，黑白sensor的單個(gè)色彩感光面積是彩色sensor的3到4倍。
彩色sensor像素排布示意
pixelsize增大，帶來(lái)的成像質(zhì)量改變是決定性的，例如逆光等高光比環(huán)境下拍攝的照片，高光區(qū)域不過(guò)曝、暗部區(qū)域不欠曝;感光能力更強(qiáng)，夜景、室內(nèi)燈暗光環(huán)境下拍攝的照片細(xì)節(jié)呈現(xiàn)更出色、噪點(diǎn)更少等。
榮耀V8夜景照片
2、場(chǎng)景營(yíng)造能力加強(qiáng)
上文中已經(jīng)說(shuō)明，pixelsize越高，動(dòng)態(tài)范圍呈現(xiàn)能力越強(qiáng)，所以理論上擁有高pixelsize的榮耀V8動(dòng)態(tài)范圍呈現(xiàn)能力要優(yōu)于傳統(tǒng)的單攝像頭手機(jī)。
此外榮耀V8在進(jìn)行HDR拍攝時(shí)，相比單顆攝像頭HDR模式下的先高曝光再低曝光隨后合成的串行模式，榮耀V8可以?xún)深w1200萬(wàn)攝像頭同時(shí)分工拍攝高曝光和低曝光模式下的照片并經(jīng)過(guò)3IE2.0算法系統(tǒng)合成，并行曝光處理，使拍攝速度和質(zhì)量都能夠更高。
而景深的表現(xiàn)能力(即通俗說(shuō)的背景虛化能力)則比較復(fù)雜，看下面的景深公式;
根據(jù)上面的公式，鏡頭焦距、拍攝光圈值、物距對(duì)于景深的影響較大，容許彌散圓直徑非常小。
手機(jī)的光圈雖然普遍已經(jīng)做到了2.X甚至1.X級(jí)別，但由于鏡頭模組體積限制，一般使用的都是廣角鏡頭，因此想要達(dá)到淺景深的效果相對(duì)比較難。
此前HTCM8Duo的解決方案是通過(guò)副攝像頭記錄空間的深度信息，對(duì)焦點(diǎn)處保持清晰，而非焦點(diǎn)范圍內(nèi)的影像則通過(guò)軟件算法進(jìn)行虛化，這樣就能創(chuàng)造出主體清晰而背景虛化的景深照片。同時(shí)拍照時(shí)相片各像素點(diǎn)的深度資料被DuoCamera記錄下?恚?傭?市磧沒(méi)?惱蘸蠖越埂?/p>
但HTCM8Duo的缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，副攝像頭不參與成像，而只有400W像素的主攝像頭解析力太低。
榮耀V8在雙攝像頭高成像質(zhì)量的前提下，還搭載了獨(dú)立的深度ISP，用于記錄場(chǎng)景的深度信息，可以調(diào)節(jié)從F0.95-F16的光圈，從而不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大光圈拍照，還允許用戶(hù)拍照前后選擇光圈值與焦點(diǎn)，此外調(diào)整的效果還可以實(shí)時(shí)預(yù)覽。這樣，用戶(hù)不僅可以拍攝出背景虛化的照片，還可以邊調(diào)整邊預(yù)覽從而得到最佳的照片效果。
大光圈的好處是，拍花卉、工藝品、人像時(shí)，可以很輕易把主體拍攝物體從背景畫(huà)面瞧見(jiàn)顯出來(lái)，實(shí)現(xiàn)很好的背景虛化，而在此前只有單反相機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。
榮耀V8大光圈可調(diào)及實(shí)時(shí)預(yù)覽
3、更快速的精準(zhǔn)對(duì)焦
傳統(tǒng)的單攝像頭手機(jī)對(duì)焦方式主要分為兩種，一種是純反差對(duì)焦，但單一的反差對(duì)焦在拍攝細(xì)節(jié)較少或較暗的場(chǎng)景是，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法對(duì)焦的情況(攝影圈所說(shuō)的“拉風(fēng)箱”);另一種是混合對(duì)焦，即包括相位對(duì)焦、激光對(duì)焦與反差對(duì)焦的其中兩種。
榮耀V8采用的是激光對(duì)焦+景深對(duì)焦+反差對(duì)焦的混合對(duì)焦方案，三個(gè)原理互相補(bǔ)充，并集成了closeloop中置馬達(dá)，對(duì)焦速度更快、對(duì)焦精度更高。
對(duì)焦過(guò)程上，在1.2米以?xún)?nèi)，利用激光對(duì)焦進(jìn)快速對(duì)焦，由于激光往返時(shí)間極短(S=VT)，并且不依賴(lài)光線(xiàn)，所以對(duì)焦速度和暗光下對(duì)焦效果很好，對(duì)焦的誤差精度可以控制在2%以?xún)?nèi)。同時(shí)，依據(jù)三角測(cè)距原理(依托于雙攝像頭的景深對(duì)焦方案)，對(duì)焦物體的精度進(jìn)行微調(diào)，使深度信息更準(zhǔn)確，抓取的深度信息更豐滿(mǎn)。
激光的缺點(diǎn)是在遠(yuǎn)距離上會(huì)出現(xiàn)大幅度衰減，因此在遠(yuǎn)距離的對(duì)焦上，主要使用景深對(duì)焦進(jìn)行測(cè)距。
景深對(duì)焦原理
在少數(shù)情況下激光對(duì)焦和景深對(duì)焦失敗時(shí)，用常用的反差對(duì)焦方案進(jìn)行補(bǔ)充。
通過(guò)三種對(duì)焦方式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焦更快、更準(zhǔn)。
當(dāng)然這里要說(shuō)明的是，對(duì)于任何拍照設(shè)備而言，即便是同一設(shè)備，在不同場(chǎng)景下完成對(duì)焦的時(shí)間也不同。某品牌曾經(jīng)說(shuō)自己的產(chǎn)品可以做到0秒對(duì)焦，完全是營(yíng)銷(xiāo)人員不尊重科學(xué)的虛假宣傳。
通過(guò)以上的解釋?zhuān)赡苡腥藭?huì)問(wèn)，既然榮耀V8的雙攝像頭方案這么好，為什么沒(méi)有被大規(guī)模采用呢?這要從結(jié)構(gòu)和算法兩方面上來(lái)解釋。
首先，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，雙攝像頭并不是簡(jiǎn)單地將兩顆攝像頭排布在一起，兩顆攝像頭之間的距離和夾角都非常有講究：距離過(guò)近，景深對(duì)焦的精度會(huì)降低;距離過(guò)遠(yuǎn)或夾角過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致成像不一致，合成照片是損失像素?cái)?shù)量或合成照片質(zhì)量下降。
從穩(wěn)定性上講，雙攝像頭除了考慮單攝像頭相對(duì)機(jī)身的穩(wěn)定性外，還需要考慮模組本身的穩(wěn)定性，以免用戶(hù)在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中出現(xiàn)拍照質(zhì)量下降的問(wèn)題。
因此，在鏡頭模組的組裝、調(diào)教、固定、監(jiān)測(cè)上就需要加強(qiáng)，一個(gè)環(huán)節(jié)不到位，就有可能導(dǎo)致良品率下降甚至是產(chǎn)品缺陷，對(duì)于中小廠家來(lái)說(shuō)，很容易費(fèi)力不討好。
而從算法上來(lái)說(shuō)，除了單攝像頭方案需要考慮的所有問(wèn)題外，雙攝像頭方案的算法中還需增加兩顆sensor抓取圖像的合成算法等，單是兩個(gè)圖像的合成校準(zhǔn)就需要做大量的工作，這也是一般中小廠家難以做到的。
通過(guò)以上的解讀，相信大家對(duì)于榮耀V8的雙攝像頭拍照原理和優(yōu)勢(shì)有了更進(jìn)一步的了解，而榮耀V8帶來(lái)的諸如大光圈拍照、超級(jí)夜景等可玩性極高的拍照功能，則需要大家親手體驗(yàn)了。
4、控制鏡頭組厚度
單鏡頭組件如果在保證單位像素面積的前提下提高像素?cái)?shù)量，那么就需要增大感光元件面積，反之亦然。
原因是感光元件面積增大后，就需要使用孔徑更大的鏡頭，考慮到鏡片的弧度(即使是非球面鏡片，也不可能是純平的)，鏡頭組會(huì)更厚，從而導(dǎo)致攝像頭凸起。
而榮耀V8使用雙鏡頭模組，在保證像素?cái)?shù)量的情況下通過(guò)雙sensor合成的方案進(jìn)一步增大pixelsize，從而保證了相機(jī)模組厚度，因此我們看到榮耀V8并沒(méi)有出現(xiàn)iPhone6s等手機(jī)攝像頭凸起的情況。說(shuō)明榮耀在做工上的頂級(jí)水平。
