一顆不夠就再來一顆 雙攝手機原理解析

手機拍照自功能機時代就已經成為人們日常經常使用的一個功能，自進入智能機以來地位更是被不斷的拔高。注意力所在之地往往就是創新的迸發處，這一點在手機拍照上再恰當不過，無數的技術越來越多的被應用到手機拍照上：3D拍照、背景虛化、光學變焦、光學防抖、雙核對焦...以及越來越大的光圈和傳感器尺寸等等，每一項技術都對手機拍照無論是照片質量還是整體體驗都有非常大的提升。但，「僅僅」就這樣了...

如今，大部分廠家都推出了自家雙攝手機

  於是就是近兩年火遍天的「雙攝」了。如果說11/12年的LG Optimus、HTC EVO 3D屬於手機「雙攝」的萌芽時期，14/15年的榮耀6 Plus、奇酷旗艦版等屬於「雙攝」的探索/發展期，那麼16/17年iPhone 7 Plus、華為P10、vivo Xplay6、小米6、OPPO R11、nubia Z17、一加5們一個個問世代表著手機「雙攝」的正式普及和成熟。也昭示著手機「雙攝」時代正式來了。

  現在，似乎人人都在討論「雙攝」。手機發展的一個趨勢就是輕薄化，7mm逐漸成為手機薄厚的一個標杆和分水嶺。要想在如此輕薄的手機上追求更高的成像質量，即使有前面提到的技術加持，而受制於傳感器尺寸和鏡頭素質（這兩項直接決定了手機的成像質量），如同政治上所講的的主因和次因，因此即使單攝像頭參數很好，也依然會有高感表現差、背景虛化不到位、特寫不足等等問題。這時候，在一顆攝像頭的基礎上再加入一顆，以此來提高手機整體拍照質量便成了新的突破口。

  其實雙攝像頭的理論基礎就是把原本要求縱向空間的光學體系，在橫向空間的平面上鋪展開來。這樣即達到了成像水平，也不會使攝像頭突出影響手機整體的美觀。目前，主流雙攝像頭的功能主要可以分為兩大類：1、利用雙攝像頭產生立體視覺，獲得影像的景深，利用景深信息進行背景虛化，3D掃描，輔助對焦，動作識別等應用；2、利用左右兩張不同的圖片信息進行融合，以期望得到更高的解析度，更好的色彩，動態範圍等更好的圖像質量或實現光學變焦。這兩大類大致可以分為4點：1、通過雙攝測距，可以進行距離相關的應用，這方面目前應用最廣泛的就是背景虛化；2、光學變焦；3、暗光增強；4、3D拍攝及建模。其中每一點展開來都是一大篇幅，在這裡就不做過多贅述。

  那麼問題來了，雙攝像頭的工作原理究竟是怎樣的？雖然都是兩顆攝像頭，但是不同的手機，主攝像頭和副攝像頭的工作原理卻有很大的不同。目前，雙攝手機工作原理主要有以下幾種：1、彩色+彩色攝像頭（RGB+RGB），優勢在於可以計算景深，從而實現背景虛化和重新對焦（即先拍照後對焦）；2、彩色+黑白相機（RGB+Mono），優勢在於可以提升暗光或夜晚手機成像質量；3、廣角+長焦鏡頭（Wide+Tele），這個組合最大優勢在於可以實現光學變焦（目前大多數主流手機廠商採用的雙攝原理）；4、彩色+深度相機（RGB+Depth），可以實現三圍重建等。前面提到的雙攝的功能就是通過這四種組合實現的。

iPhone 7 Plus、OPPO R11等目前主流旗艦均採用「廣角+長焦」雙攝方案

  四種中，彩色+黑白相機（RGB+Mono）和廣角+長焦鏡頭（Wide+Tele）兩種應用的最廣泛，兩種雙攝的代表分別是華為P9/10系列、Mate 9系列和iPhone 7 Plus、OPPO R11系列以及小米6等。今天我們首先就先來講講目前被廣大廠商所認可和採用的廣角+長焦鏡頭的雙攝方案，例子就已這其中的代表iPhone 7 Plus和當下最火手機之一OPPO R11。

數碼變焦與光學變焦對比

  前面提到，廣角+長焦鏡頭組合帶來的最大優勢就是可以在手機上實現光學變焦。光學變焦（Optical Zoom）其實是相機上的一個名詞，它是通過改變光學鏡片組結構來改變鏡頭焦距，從而實現變焦。但是鏡片組結構複雜，整體尺寸無法安置於手機中。而此前的手機如果想要放大圖片，方法是後期對圖片進行裁切然後將一部分放大，這樣做的後果是圖片內的每個像素麵積就會增大，圖像的畫質就會被嚴重壓縮。而廣角+長焦雙攝則解決了這一難題，在手機中實現了光學變焦。

  廣角+長焦雙攝的光學變焦在於左右攝像頭擁有不同的可視角，這樣兩個攝像頭就會有不同的取景範圍。當想要拍攝廣角照片時，可以使用左攝像頭取景。如果想要長焦照片，則用右攝像頭取景，獲得長焦效果。通俗點說即，廣角鏡頭取景更寬更廣，但是取不到遠處物體；而長焦鏡頭雖然取景比較窄，但是能「看」的更遠。這樣，廣角和長焦鏡頭組合搭配，在拍照時通過鏡頭切換和算法來實現比較平滑的變焦。

  以iPhone 7 Plus為例，其採用了1200萬像素、28mm焦距的廣角鏡頭+1200萬像素、56mm像素的長焦鏡頭，通過28mm廣角和56mm長焦攝像頭的切換來實現2倍無損變焦。雖然還無法達到單眼相機上的無級光學變焦，但是目前在手機上已經是絕對的領先方案了，OPPO R11、小米6、一加5等採用了同樣的方案。

  接下來再說說OPPO R11，其採用了1600萬+2000萬像素攝像頭的廣角+長焦的解決方案，擁有f/1.7的超大光圈，支持2倍光學變焦和10倍的數碼變焦。在這裡可能很多人會有疑問，即為什麼長焦鏡頭像素會比平時主要使用的廣角鏡頭像素要高？這在於廣角鏡頭在變焦時會損失圖像信息，此時高像素的長焦鏡頭就會進行彌補，從而保證手機成像質量並提高手機變焦性能。

OPPO R11「2倍光學變焦」

  此外，廣角+長焦雙攝還會根據所拍攝的環境光線等決定使用哪一顆攝像頭進行拍攝。簡單說，當光線良好時，通常會使用副攝像頭，當光線不佳時則會使用主攝像頭。這在於，主攝像頭擁有更好的性能，在弱光下在保證畫面亮度下還能很好的控制噪點，這也是為什麼一般在採用廣角+長焦雙攝方案的手機主鏡頭光圈都比副攝像頭光圈大的部分原因所在，如OPPO R11，主攝像頭光圈f/1.7，副攝像頭光圈f/2.6；iPhone 7 Plus主攝像頭光圈f/1.8，副攝像頭光圈f/2.2。這還解決了另一個問題，即前面拿iPhone 7 Plus為例時提到，廣角+長焦雙攝手機的光學變焦是通過在廣角和長焦兩個鏡頭之間的切換實現的，因此如果此時你用手擋住副攝像頭即長焦鏡頭，當從廣角切換到長焦時，長焦鏡頭就會進行檢測，發現此時環境較差從而切換回廣角鏡頭，因此會發現在擋住長焦鏡頭的情況下變焦依然可以實現。

  到這裡，相信大家已經對於雙攝以及廣角+長焦雙攝的原理應該有了一個大致的印象，在經過了野蠻生長後，回到最終的體驗上，拼的依然是廠家自身的研發實力和技術積累，若從拍照這方面來看，目前做的比較出色的要數蘋果、三星和OPPO了。而雙攝特殊性在於它影響的是手機的拍照，而並不像2K屏幕或者全面屏等可有可無，因為當單攝像頭的創新無法再對手機成像有大的提升時，雙攝就會顯得至關重要，或者也可以說雙攝是手機成像發展過程中所必須經歷的一步。而以iPhone 7 Plus、OPPO R11為代表的廣角+長焦的雙攝方案目前是最成熟同時體驗最出色的雙攝方案之一。而就目前的成像成像體驗來說，無論變焦還是虛化，都沒有令人失望。對於手機拍照來說，沒有什麼是一顆攝像頭解決不了的，如果有，那就再來一顆吧。