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手机双摄像头原理及产业解析

发布时间：2019-04-24 阅览次数：1480 次

手机双摄像头原理及产业解析

为什么会出现双摄像头手机？

什么是双摄手机？

通俗的讲，双摄手机是指一个智能手机某一面（一般是背面，也可能在前面）上有两个并排（横排或者竖排）的摄像头；如果学术一点讲的话，可以称为立体相机（stereo camera）。这两个相机可以模拟人眼双目视觉原理，利用立体摄影（stereo photography）算法获得三维信息。

双摄手机发展简史

事实上，双摄手机并不是最近一两年才出现的新鲜玩意儿。早在2011年，如日中天的HTC推出了首款配备两颗500万像素摄像头机型G17，然而第一个吃螃蟹的人往往成为先烈，当时双摄像头的配置并未能打入主流市场。主要有两个原因：一是500万像素画质过低，先拍照后对焦后画质并没有得到提升；二是因为缺乏3D应用，让双摄像头成为鸡肋。
随着手机硬件和相关算法的发展，具有双摄配置的手机又重新杀入市场，搅起了手机业新一轮的惊涛骇浪。2014年12月，华为荣耀6plus双摄手机发布，后置两个平行的800万像素摄像头。随后中兴、乐视、酷派、360、小米等多家公司相继推出双摄手机。手机业界风向标苹果公司也坐不住了，于2016年9月推出了iPhone 7 plus，后置1200万像素双摄手机，此次iPhone 7 Plus的双摄像头升级是iPhone问世以来在摄像头方面最大的一次飞跃。下图是iPhone 7 Plus的双摄配置。

为什么双摄像头配置会东山再起？

第一个原因是，用户需求的转变。从单纯追求高分辨率转到更多元化的应用需求。
以前手机用户对拍照的需求主要体现在追求更高的分辨率上，比如Nokia曾经发布了高达4100万像素的手机，但这条路明显走偏了，用户发现自己并不需要手机实现这么高的像素，反而需要更快的对焦速度、光学变焦、夜拍降噪、提高画质、提高动态范围、甚至三维重建等功能。而这些光靠单摄像头，即使利用复杂的图像处理算法也难以完全实现。而利用双摄像头搭配相关的算法，可以比较轻松地实现上述功能。
第二个原因是：手机厚度的限制。
摄像头模组的厚度决定了手机的整体厚度。一方面用户希望手机越薄越好，另一方面拍照性能的提高需要更复杂更厚的镜头模组。比如智能手机用单个摄像头实现光学变焦是一件非常困难的事情，要想实现光学变焦需要复杂的镜头组合设计，这样设计出来的镜头模组就比较厚。所以这两者是不可调和的矛盾。即便是行业翘楚的苹果手机，也没办法很好的解决这一问题，这也是iPhone 6摄像头突出的主要原因。从手机外观设计的角度来说，要解决颜值问题，必须要采用双摄像头。

双摄手机有什么用？

按照双摄手机两个摄像头之间的距离来做个简单分类：两个摄像头之间离得比较近，两个摄像头取景范围相差很小，这样在两张图片进行融合的时候就不会因为错位产生不良的影响，可以利用两个摄像头不同的曝光和色彩信息进行融合，展现更真实的色彩，更丰富的细节，从而大幅提升成像质量。可以用来做夜景/暗光拍照增强、增加动态范围等应用。
两个摄像头之间离得比较远，得到的两张图之间相差足够大，可以用算法来取得景深信息，然后利用景深来做背景虚化，物体分割，三维重建，辅助对焦，动作识别等应用。
下面列举几个常见的应用。
1、背景虚化
背景虚化是一种常用的功能，很多人都对单反相机的大光圈背景虚化效果非常着迷。如下图右是原图，左图是iPhone 7 plus 背景虚化的效果。

双摄技术方案：

1、彩色相机 + 彩色相机

2、彩色相机(RGB) + 黑白相机(Mono)

3.广角+长焦

4.RGB +Depth

TOF组成：

TOF测距原理：

TOF相机影响因素：

TOF相机输出：

TOF Vs 双目视觉.

结构光

深度相机应用

人脸技术

二维人脸技术发展了几十年虽然已经比较成熟，但是人脸关键点检测在各种大角度、多表情、复杂光照、面部遮挡等情况下，想要实现实时鲁棒的高精度检测仍然比较困难。而高精度深度相机的出现极大的推动了人脸技术的发展，从二维直接跃升到三维。不得不说，iPhoneX的前置深度相机可谓是把三维人脸技术提升到了一个新的高度。它不受制于自然光照，即使前景和背景颜色相近也能实现完美的分割，在复杂头部姿态下的表现大大优于二维人脸技术。基于结构光的深度相机通过3万个红外散斑重建的三维人脸模型非常精细。

深度相机建立高精度三维人脸模型