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为啥手机上摄像头越来越多?厂商不知道这样很丑吗?!

为啥手机上摄像头越来越多?厂商不知道这样很丑吗?!

原创
半之
果壳 果壳 为啥手机上摄像头越来越多?厂商不知道这样很丑吗?!

微信号 Guokr42

功能介绍 科学和技术,是我们和这个世界对话所用的语言。


近几年手机的发展速度越来越快,除了不断提高的硬件配置,还有一个现象让很多人理解不能,那就是技能树越来越歪的摄像头

为啥手机上摄像头越来越多?厂商不知道这样很丑吗?!

比如这样式的

以前的手机,只在背后有一个安安静静的摄像头,一点也不出戏。而现在的手机,“二饼” “三筒”甚至“浴霸”层出不穷。这些让手机变得越来越“丑”的摄像头到底有啥用呢?

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Light L16 16摄数码相机,密恐的你怕了吗?| theverge.com

双摄手机上的俩摄像头

都是干啥的?

要解释三摄、四摄的原因,还得从双摄说起。虽然目前市面上支持双摄的手机五花八门,但绝大部分都是一个主摄像头搭配一个辅助摄像头,根据拍照侧重点不同,一般搭配方式有四种:

· 彩色摄像头 + 黑白摄像头

·  彩色摄像头 + 彩色(景深)摄像头

·  彩色(广角)摄像头 + 彩色(长焦)摄像头

·  彩色摄像头 + 深度摄像头

其中前三种是目前手机上最常见的搭配方式。这三种方式成像的本质是将两个摄像头拍摄的图片进行处理与叠加,从而达到不同的成像效果。为了图像处理的准确性,两张图片的差异不能太大,所以所有的双摄手机两个摄像头距离都很近

彩色摄像头+黑白摄像头:实现更清晰的夜景拍照。

夜景条件下因为光线太暗,我们拍出来的照片经常是黑乎乎的一片,啥也看不清。想让夜景条件下拍摄的照片更加清晰,就需要增加进光量,增加进光量的方式有三种:增大光圈延长曝光时间提高ISO感光度。目前绝大多数手机上的光圈都是不可调节的。延长曝光时间虽然能增加进光量但会带来抖动的问题,虽然目前大多数手机厂商都配备了光学防抖功能,但光学防抖的能力毕竟是有限度的。

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抖成这样可咋整?!| 图虫创意

数码相机本质上是光电转换,提高感光度,相当于在光信号变成电信号时乘一个倍数,电子噪音也可能会被当做正常信号记录下来,这样会增加照片上的噪点,使照片不清晰。

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噪点一高,就成了这个熊样 | 图虫创意

当物理性增加进光量的方法在手机上遇到了瓶颈,就需要请出算法的力量了。

在这里首先要引出一个概念:拜尔滤色镜(Bayer Filter)。目前数码相机、扫描仪等设备的图像传感器大多使用它来制作彩色图像。我们使用彩色摄像头拍照时,自然光会被拜尔滤色镜过滤,经过一系列复杂的排列和算法,最终生成彩色图像。在这个过程中,光线是有损耗的。而黑白摄像头没有配备拜尔滤色镜,会让所有的光线都通过,获得更高的进光量,拍摄出来的图像更加清晰,细节保留的更多。

夜景条件下,以清晰的黑白图像为基准与彩色图像融合,就能得到一张效果更好的照片。

彩色摄像头+彩色(景深)摄像头,带来优美的背景虚化。

景深是啥?我们拍照时,被拍摄的物体(焦点)前后景物有一段清晰的范围,这个前后范围就是景深。单反拍摄人像或特写时,虚化背景,突出被拍摄主体就是通过调节景深做到的。

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背景虚化特写 | 作者供图

单反实现这一点是通过调节镜头光圈做到的,前边我们已经说过目前绝大多数手机上的光圈都是不可调节的。所以想要拍摄背景虚化的人像特写,在手机上又遇到瓶颈了,于是我们再次请出算法的力量。

首先我们先做一个实验,闭上一只眼,左右手各拿一支笔,两支笔保持水平并且和眼睛等高,然后将两支笔笔尖对碰。是不是发现两支笔尖经常碰不到一起,但是如果两只眼睛都睁开,笔尖就总是能准确的碰到一起。这个实验用的是三角定位法。三角定位法是利用2台或以上的探测器在不同方位探测目标,然后利用三角几何原理确定目标的位置和距离。

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三角定位法 | csdn

双摄手机模拟单反的虚化效果就是利用的三角定位法。首先利用两个摄像头确定出照片内物体在空间上的前后距离,也就是景深信息;然后根据景深信息将照片中的物体划分平面;最后根据需求选择相应的平面,比如人像模式下,选择出人像所在的平面,然后对其他平面进行虚化处理,就得到一张人像清晰但背景虚化的照片了。当然这个虚化过程也需要强大的算法保证,在这里我们就不赘述了。

彩色(广角)摄像头+彩色(长焦)摄像头,提供更好的变焦能力。

广角和长焦是什么?广角镜头焦距短视角大,适合拍摄面积很大的景物;长焦镜头视角小但焦距大,适合拍摄距离较远的物体。通俗来说,广角拍的范围大,长焦拍的距离远

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广角镜头(上图)和长焦镜头(下图)拍摄的照片 | 图虫创意

单反镜头改变焦距的方式是光学变焦,就是通过前后移动镜头中的镜片来改变视角和焦距。使用这种方式达到变焦的目的就必须在镜头中留出镜片移动的空间,所以一般变焦镜头的体积都很大。受限于手机的体积和厚度,光学变焦在手机上又双叒叕遇到了瓶颈。

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这种骚操作手机可来不了 | reddit

不对呀!有些人可能会问,以前我那只有一个摄像头的手机也可以变焦的呀!这就不得不提到另一种变焦方式了:数码变焦。所谓的数码变焦其实只是将取景器上其中一部分放大而已,这就不难解释为啥以前的单摄像头手机变焦后后图片会变得不清晰了。

这种摄像头的组合方式可以通过切换摄像头与融合两个摄像头拍摄的照片来达到更好的变焦效果,获取更清晰的变焦照片。这种方式依旧不是真正的光学变焦,但变焦效果比单摄像头强了不少。

彩色摄像头+深度摄像头:可用于人脸识别、AR、三维空间测量等领域。

深度摄像头是能测量被拍摄物体到镜头之间物理距离的摄像头。这种组合方式可以获得真实的三维图像,在未来有很广泛的应用空间,但目前手机上使用的较少,就不过多介绍了。

所以回到我们最开始的问题,为啥手机上摄像头越来越多了?

三摄、四摄的原理与双摄是相同的,只不过在双摄的基础上,添加更多的摄像头可以完成更加丰富的组合

除此之外,摄像头本身的成本是不高的,手机厂商通过更多摄像头的组合可以用较低的成本营造一种手机拍照很厉害这很旗舰的感觉,更有利于手机的宣传与销售。

手机能否取代单反?

这些年手机的像素是越来越高,甚至都达到一亿像素了,因此就有不少人说:“手机拍照比肩相机”、“吊打单反”等。那么手机拍照真的可以取代单反吗像素是越高越好吗

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手机能取代单反吗?|  图虫创意

答案是:No

这就要请出一位重要的角色了:图像传感器。图像传感器就是把摄像头接收到的光信号转化成电子信号的感光元件,对于拍照设备来说,它就相当于人的眼睛。所以图像传感器的好坏,基本上可以决定照片的好坏。但受限于目前的技术,手机上图像传感器的尺寸不能放大

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图像传感器基本就决定了照片的好坏 | 图虫创意

我们平时说的,相机2000万像素就是指图像传感器上有2000万个感光点。拍照时,感光点记录下光线的明暗和颜色,生成一个像素,最终所有的像素共同组成一张照片。像素(感光点)越多,拍出来的照片放大后就越清晰。

这样看起来好像像素越高越好呀,其实未必。对于同一个图像传感器,我们可以把它分割出2000万个感光点,也可以分割4000万个感光点。这样虽然感光点数量多了,但每个感光点的面积却小了,所以每个感光点能接收到的光线也变少了,而这会影响画质呈现。

所以,照片拍得好,最重要的一点就是图像传感器能接受并处理的光信号的量。摄影圈流行一句话:底大一级压死人,就是指大尺寸图像传感器的成像质量要压死小尺寸图像传感器。至于手机为啥不能取代单反,这张把手机的图像传感器P到单反上(红圈里的是手机的图像传感器)的图片,可以说是很精髓了。

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    手机的图像传感器和单反的对比 | 富士数码 

这“眼睛”一对比,简直比李荣浩和杨丞琳还要明显了好嘛!

参考文献

[1] https://snapshot.canon-asia.com/article/zh/lesson-5-what-is-iso-speed

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/CMOS

作者:半之

编辑:大琳砸

审核:steed

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