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怪不得双摄这么火手机技术变革又要打响了-【新闻】

发布时间:2021-05-16 16:19:11 阅读: 来源:电热片厂家

时间飞快,距离苹果秋季发布会结束也快一周有余了。不管是包赞也好,还是吐槽也罢,反正整整小半年的iPhone7/iPhone7Plus也算是尘埃落定。不管果粉和科技达人们如何期待,反正那些幻想着出现触控梦想的朋友,编者觉得你该醒醒了。不过这次库克倒是带来了一个以旧换新的技术——只有iPhone7Plus才有的双摄像。

尽管熬夜通宵换来的只是双摄的消息,站在苹果的角度来说,这很苹果,不过都有了3月鸡肋的影响,作为混迹了略久的编者,也算是有了一定的免疫。虽然品牌的这次“新花样”让我有点不知所措,不过在行业或是市场的角度看,这个花样倒是玩的有想法,有规模,有远见。

有人说,苹果的这次举动,并不是拿双摄当“大爷”一样看待,而是项庄舞剑意在沛公。这话如何说起呢?对于今年8月份,库克在接受华盛顿邮报的记者JenaM cG regor采访时透露了一些关于该公司在增强现实领域的计划。他承认苹果内部有不止一个团队正在研究A R技术。

而且对于有心的科技达人不难发现,去年苹果收购的以色列科技公司Linx,它所生产的摄像头不仅能够捕捉2D图像,更能够还原整个场景的深度信息。说的简单点,目前iPhone7Plus的双摄像头系统,便是基于L inx的技术。拍摄能力与精度的提升,以及对深度信息的感知处理,都让iPhone7Plus成为一个准3D扫描与A R手机。那么现在编者不用再多说什么了吧,虽然不直到苹果是不是不切实际,但是为此突击远大目标,倒是很辣眼。

既然苹果如此“处心积虑”的想要深挖双摄的精髓,到底双摄像头的操作原理是什么?讲的通俗点,双摄像头就是模拟人眼的应用。通过算法算出,被拍摄物体与左/右摄像头的角度θ1和θ2,再加上固定的y值(即两个摄像头的中心距),就非常容易算出z值(即物体到Camera的距离),让我们来看看下图的演示。

不过这也很容易推算,若两个摄像头中心距过小的话,可计算的物体距离就会很近。若想算出很远距离,就必须让左右摄像头的距离拉远。而在光学变焦上主要是左右摄像头使用不同的FOV(可视角),这样两个摄像头取景不同。当用户需要广角照片,则用视角为85度的左摄像头取景,获得广角效果。当用户需要长焦照片,则用视角为45度的右摄像头取景,获得长焦效果。

为了使左右摄像头拍摄的物体重叠度高,光学变焦的双摄像头模组不能像做距离应用的摄像头的模组那样距离过大,而是需要将左右摄像头摆得越近越好。

提到双摄像头的算法,不得不提到ISP(Image Signal Processing 图像信号处理器),ISP主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理,主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等,依赖于ISP才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节,ISP技术在很大程度上决定了手机的成像质量。

功能机时代,ISP都是做在摄像头上的,不同像素的摄像头搭配不同性能的ISP。由于手机摄像头像素逐渐走高,对ISP性能的要求就不能同日而语,若将ISP集成到摄像头Sensor上,肯定会造成摄像头的模组过大,甚至影响拍照效果。所以智能机时代,ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客户为了实现更好的效果,甚至不惜成本的外加一颗ISP用来达到更好更专业的拍照效果。

好的拍照算法就需要搭配好的ISP,ISP和算法相辅相成,缺一不可。而双摄像头对ISP性能要求更多。首先,为了使的左右摄像头的信号能够同时被处理,单一的ISP已经无法满足双摄像头的需求。这就需要双路ISP实现此功能。

一般来讲,目前的智能手机的摄像头接口都是MIPI接口。之前手机平台都只有2路MIPI接口,分别给前摄像头和后摄像头。做双摄像头,就要求平台至少支持三路MIPI接口。其实在之前的高端平台上,为了实现更高像素,已经用双路ISP了(比如为了支持16M的摄像头,会用2路8M能力的ISP),这类平台很有可能只有两路MIPI。但这个无法阻止工程师去做前单摄像头+后双摄像头。

对于上面的原理部分,想必不少朋友都是和看天书一样吧,既然如此,我们找点有趣的。既然传感器有分COMS与CCD等派系之分,那么双摄像头也有多种派系。

同像素平行双摄像头采用了平行设计,两个摄像头硬件规格一模一样,共同合作发挥作用。这种双摄像头可以共同参与成像,并且拍照时进光量与感光面积 是单镜头的2倍,假若后置两颗800万的镜头,成像分辨率可以达到1300万像素,有效像素尺寸提升到1.98um,成像质量可以与多数家用数码相机媲 美。

千万不要认为将相同的两个镜头拼到一起就可以发挥出应有的作用,实际上其背后也要有强大的技术支持,不仅要开创独特的算法保证两个摄像头的对焦和深度信息问题,还要解决双摄像头的摆放问题。对于专业的摄影师,他们很清楚拍照都有固定的取景范围必须保证两个摄像头的取景视野不会重叠,而且当前的手机技术,并不能将两枚 摄像头做到像人眼一样真正平行,所以目前仅能将两枚摄像头取景交错角缩小到θ=0.1,再通过算法让合成的照片不至于出现叠影。

金无足赤人无完人,这种双摄像头的摆放问题就导致了这类双摄像头的缺陷,如果在日常使用中出现意外导致两个摄像头的摆放位置出现位移,那么内置的算法就难以再对摄入的照片进行优化,因此搭载这类双摄像头的手机一般都需要强硬的外壳支撑,避免双摄像头位置发生错位。

同像素黑白双摄像头,对于它的后置的主副摄像头分别采用了索尼IMX278与经过特别定制的索尼IMX MONO两种镜头,同为1300万像素但工作原理不同于同像素平行双摄像头,两个镜头前者为彩色摄像头,而后者为黑白摄像头,在两者的共同作用下,提升成像质量。

这种彩色+黑白夜视智慧双摄像头,可以说是手机拍摄性能的一次革命,因为这种双摄像头可以很好的处理目前绝大多数摄像头都难以处理的夜拍情况,这种镜头在夜拍状态下表现非常优秀。通过将两颗镜头拍摄的相片合成,来实现暗光下亮度提升2倍、噪点降低95%的效果。

这种双摄像头在面对多数的拍摄场景下,只启用主摄像头即可,而在弱光环境下,启用副摄像头可以提升画面的纯净度。此外这种双摄像头还提升了对焦速度,其利用双摄像头和对焦物体之间的三角测距原理,在闭环对焦马达的协助下可以实现较高的对焦速度。

谈到了有关双摄的派系,自然也要了解有关双摄的作用。通过非数码变焦的方式可以拍摄距离较远的物体,并且实现物体放大的效果。而且很多企业通过测试双摄像头系统和传统智能手机之间的对比,两者与要拍摄的物体距离都大约在0.3米,而双摄像头模块无论在1倍还是3倍变焦的情况下都输出了非常清晰的1300万像素照片。

其次,双摄像头第二个好处就是使用两个独立的模块,并且都拥有独立的传感器,这样即使是在低光的环境下可可以大幅提升画质。在拍照时将两颗摄像头的像素实时互相匹配重叠,并且能自动辨识拍摄场景,在两个摄像头之中自动检测出更接近真实拍摄目标的一个。因此,不仅可以明显减少噪点,同时整个成像画面也会更加干净。

看来由于技术的相应突破,双摄的发展趋势也有了很大的改观。可以说它的有利发展将会带动整个市场的走高。可以看到的是,曾几何时国内大厂们还在比拼谁的手机更划算,谁打的“性价比”更响,不过现在手机商们更在意“差异化”的发展,越来越多的消费者已经不再敏感于价格优势,而是偏向于技术手段和真正的使用价值所考量。编者也是深挖了一下这几年大厂们想法,手机差异化设计,尤其是在像素升级上的改变,让这个差异化变得更有前景和方向。中商产业研究院数据显示,2015年全球智能手机出货量达到14.33亿部,预计到2020年全球智能手机出货量接近20亿部,双摄像头手机渗透率将超过60%,手机双摄像头市场规模将达到750亿元。

2015-2020年全球智能手机出货量及双摄像头渗透率

2015-2020年全球手机双摄像头市场规模

从手机摄像头的结构看,最主要的五个部分为:图像传感器Sensor(将光信号转换为电信号)、Lens、音圈马达、相机模组和红外滤光片。摄像头的产业链主要可以分为镜头、音圈马达、红外滤光片、CMOS传感器、图像处理器和模组封装几个部分,行业技术门槛较高,行业集中度很高,产业链的大多数环节的前三厂商的市场份额都在50%以上。产业链的龙头多为台日韩的所垄断,大陆的厂商主要集中在红外滤光片和模组封装的上,主要有舜宇光学、欧菲光、联创电子、水晶光电。

2012-2020年全球手机镜头销售额及预测趋势图

手机摄像头镜头市场集中度很高,前五大厂商占据了60%的份额;行业技术密集,技术门槛高,市场基本上被台日韩的厂商所分割,高端镜头被三地所垄断。其中台湾的大立光学更是一枝独秀,遥遥领先于其他厂商。中国的镜头厂商过去集中在技术门槛相对较低的中低端镜头,市场份额微小,随着舜宇光学的崛起已经有所改变。舜宇光学长期积累光学技术,已经具备量产13M、16M手机光学镜头组的能力,20M的镜头组也已经研发成功;2015年的出货量占比增长超过100%达到9.4%,已经成为全球第二的镜头厂商。

写在最后:

从大局上看,近期双摄的空前走高和增长是必然趋势,同时站在一片蓝海当中,股市场的潮流也会将随之跟进,相比之下,双摄新品也许会在2017年呈现一个井喷的趋势。依靠这样的市场,也能反映出一个实质性的现状,那就是单纯的使用单摄像头已经无法解决手机的体积和厚度的限制而无法无限提升传感器尺寸和镜头光学性能的问题,需要进步的升级(就像双摄这样)。前景一片大好,不过机遇和挑战也是并存的,比如说在实现双摄的技术升级上。倘若仅仅只依靠两个镜头模组的相互拼接,就能解决问题,那么也就失去了创新和研发的动力,专业人士自然也就不会深入图像信号处理器(ISP)与算法的高度协助,才能体现出双摄像头的拍摄优势及用户体验等来为大家教条。

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