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手機雙攝像頭原理及產(chǎn)業(yè)解析

發(fā)布時間：2019-04-24 閱覽次數(shù)：1558 次

手機雙攝像頭原理及產(chǎn)業(yè)解析

為什么會出現(xiàn)雙攝像頭手機？

什么是雙攝手機？

通俗的講，雙攝手機是指一個智能手機某一面（一般是背面，也可能在前面）上有兩個并排（橫排或者豎排）的攝像頭；如果學術(shù)一點講的話，可以稱為立體相機（stereo camera）。這兩個相機可以模擬人眼雙目視覺原理，利用立體攝影（stereo photography）算法獲得三維信息。

雙攝手機發(fā)展簡史

事實上，雙攝手機并不是最近一兩年才出現(xiàn)的新鮮玩意兒。早在2011年，如日中天的HTC推出了首款配備兩顆500萬像素攝像頭機型G17，然而第一個吃螃蟹的人往往成為先烈，當時雙攝像頭的配置并未能打入主流市場。主要有兩個原因：一是500萬像素畫質(zhì)過低，先拍照后對焦后畫質(zhì)并沒有得到提升；二是因為缺乏3D應(yīng)用，讓雙攝像頭成為雞肋。
隨著手機硬件和相關(guān)算法的發(fā)展，具有雙攝配置的手機又重新殺入市場，攪起了手機業(yè)新一輪的驚濤駭浪。2014年12月，華為榮耀6plus雙攝手機發(fā)布，后置兩個平行的800萬像素攝像頭。隨后中興、樂視、酷派、360、小米等多家公司相繼推出雙攝手機。手機業(yè)界風向標蘋果公司也坐不住了，于2016年9月推出了iPhone 7 plus，后置1200萬像素雙攝手機，此次iPhone 7 Plus的雙攝像頭升級是iPhone問世以來在攝像頭方面最大的一次飛躍。下圖是iPhone 7 Plus的雙攝配置。

為什么雙攝像頭配置會東山再起？

第一個原因是，用戶需求的轉(zhuǎn)變。從單純追求高分辨率轉(zhuǎn)到更多元化的應(yīng)用需求。
以前手機用戶對拍照的需求主要體現(xiàn)在追求更高的分辨率上，比如Nokia曾經(jīng)發(fā)布了高達4100萬像素的手機，但這條路明顯走偏了，用戶發(fā)現(xiàn)自己并不需要手機實現(xiàn)這么高的像素，反而需要更快的對焦速度、光學變焦、夜拍降噪、提高畫質(zhì)、提高動態(tài)范圍、甚至三維重建等功能。而這些光靠單攝像頭，即使利用復雜的圖像處理算法也難以完全實現(xiàn)。而利用雙攝像頭搭配相關(guān)的算法，可以比較輕松地實現(xiàn)上述功能。
第二個原因是：手機厚度的限制。
攝像頭模組的厚度決定了手機的整體厚度。一方面用戶希望手機越薄越好，另一方面拍照性能的提高需要更復雜更厚的鏡頭模組。比如智能手機用單個攝像頭實現(xiàn)光學變焦是一件非常困難的事情，要想實現(xiàn)光學變焦需要復雜的鏡頭組合設(shè)計，這樣設(shè)計出來的鏡頭模組就比較厚。所以這兩者是不可調(diào)和的矛盾。即便是行業(yè)翹楚的蘋果手機，也沒辦法很好的解決這一問題，這也是iPhone 6攝像頭突出的主要原因。從手機外觀設(shè)計的角度來說，要解決顏值問題，必須要采用雙攝像頭。

雙攝手機有什么用？

按照雙攝手機兩個攝像頭之間的距離來做個簡單分類：兩個攝像頭之間離得比較近，兩個攝像頭取景范圍相差很小，這樣在兩張圖片進行融合的時候就不會因為錯位產(chǎn)生不良的影響，可以利用兩個攝像頭不同的曝光和色彩信息進行融合，展現(xiàn)更真實的色彩，更豐富的細節(jié)，從而大幅提升成像質(zhì)量?？梢杂脕碜鲆咕?暗光拍照增強、增加動態(tài)范圍等應(yīng)用。
兩個攝像頭之間離得比較遠，得到的兩張圖之間相差足夠大，可以用算法來取得景深信息，然后利用景深來做背景虛化，物體分割，三維重建，輔助對焦，動作識別等應(yīng)用。
下面列舉幾個常見的應(yīng)用。
1、背景虛化
背景虛化是一種常用的功能，很多人都對單反相機的大光圈背景虛化效果非常著迷。如下圖右是原圖，左圖是iPhone 7 plus 背景虛化的效果。

雙攝技術(shù)方案：

1、彩色相機 + 彩色相機

2、彩色相機(RGB) + 黑白相機(Mono)

3.廣角+長焦

4.RGB +Depth

TOF組成：

TOF測距原理：

TOF相機影響因素：

TOF相機輸出：

TOF Vs 雙目視覺.

結(jié)構(gòu)光

深度相機應(yīng)用

人臉技術(shù)

二維人臉技術(shù)發(fā)展了幾十年雖然已經(jīng)比較成熟，但是人臉關(guān)鍵點檢測在各種大角度、多表情、復雜光照、面部遮擋等情況下，想要實現(xiàn)實時魯棒的高精度檢測仍然比較困難。而高精度深度相機的出現(xiàn)極大的推動了人臉技術(shù)的發(fā)展，從二維直接躍升到三維。不得不說，iPhoneX的前置深度相機可謂是把三維人臉技術(shù)提升到了一個新的高度。它不受制于自然光照，即使前景和背景顏色相近也能實現(xiàn)完美的分割，在復雜頭部姿態(tài)下的表現(xiàn)大大優(yōu)于二維人臉技術(shù)?；诮Y(jié)構(gòu)光的深度相機通過3萬個紅外散斑重建的三維人臉模型非常精細。

深度相機建立高精度三維人臉模型