手机双摄真的是必要的吗?浅谈智能手机多摄像

文/极客修


近来一则新闻引起了我的关注:根据CIPA(影像器材行业协会)统计,2018年全球相机总销量相比于2017年下降22.2%


其实刚看到新闻一开始我是波澜不惊的,但片刻之余我立刻意识到:传统相机市场的下滑不正是归咎于日益强大的手机拍照吗


自2013年以来,主流安卓手机像素来到1300万。在2016年左右,手机进入双摄时代。2018年的多场手机发布会,已经扬言要干掉相机


尽管手机离相机的拍照水准还存在着无法逾越的鸿沟,但谁也不能否认,手机拍照效果已经经历了巨大革新


在算法的加持下,手机直出照片确实比相机更“好看”,毕竟并不是每个人都会放大对比细节。对于非专业人士,更小巧便捷的手机完全能够取代相机,记录你的生活






1、谁动了双摄

今天我们就从多摄像头的角度出发,共同探索下我们手机拍照到底进步了多少


说到世界上第一款双摄手机,大概是2011年1月发布的LG Optimus 3D(P920)。是的你没看错,它的主打就是3D


我们知道2009年的《阿凡达》是现代3D电影的开山之作,也正是从那开始,3D这个词从此风靡世界


也许LG正是想借着3D的东风,来个火烧赤壁,引领业界的新潮流。然而现实很骨感,它的野心并没有得逞


LG计划通过两枚500万像素的摄像头打造出照片和视频的裸眼3D效果,也就是说你不需要借助3D眼镜便能在手机里体验到3D


但是LG没有考虑到的一件事便是,炫耀是人类的本性。这么炫酷的东西我要分享给朋友们看啊,前提是他们需要一副3D眼镜


所以这东西就像“皇帝的新装”,你是裸眼了,他们不能。最终这部手机也只是成为历史长河的小石块,并未掀起波澜


2、先拍照后对焦

接下来要讲的便是大名鼎鼎的HTC One M8,对于这部手机我倒是印象深刻,曾经也使用过一段时间。HTC主打的是“先拍照后对焦”,通过一枚景深摄像头专门采集景深信息


在后期编辑可以自由选择焦点,实现背景的虚化效果。同时,它也能够拍摄类似3D的照片,HTC称之为“Dimension Plus”,在这个模式下能够通过摇晃手机来改变照片角度




从而实现视差,给人营造一种类3D的效果。不得不承认,HTC的确很会玩,但遗憾的是大众并不这么看,他们希望拥有的是一部更加实用的产品


因此只有区区400万像素的赫然倒在了1300万像素的三星S5面前,后者依靠单镜头却同样能实现先拍照后对焦,HTC的引以为傲好似成了对方的随机附赠




在3D和景深都失败之后,又有手机厂商另起炉灶,开辟了全新的道路,那便是增强画质。通过两枚相同的摄像头,同时感光便能获得两倍的进光量,再通过算法融合照片


1+1不一定等于2,但一定大于1,这种做法的思路的确没错,同Nvdia的SLI技术和AMD CrossFire也有着异曲同工之妙,但对画质的提升实在有限,历史也证明了它并没有获得成功






3、黑与白

接下来人们又把目光转向两颗不同分工的摄像头,于是以华为和360为代表的黑白+彩色的双摄方案走上历史舞台。这个方案是怎么实现的呢


由于拍照用的CMOS传感器不能显示颜色,只能感应黑白光线信息。为了实现彩色,就得添加拜耳滤光片,让每个像素获得色彩信息


但这也产生了一个问题,滤光片会遮挡70%以上的光线,这就造成CMOS进光量下降。同时因为一个像素点只能记录一种三原色信息,再加上光线的损失,让颜色的深度变浅




为了解决这个问题,CMOS采用RGBG的拜耳阵列,一个4×4阵列,由8个绿色、4个蓝色和4个红色像素组成


通过参考临近像素点的颜色深度,以2×2矩阵为单位进行9次运算,最后合成彩色。用人话讲就是我们看到的每个彩色画面,它的每个像素点都是由4个像素点合成的




像主流的1200万像素,实际上它的彩色像素只有300万,通过机器的插值运算“变回”1200万。所以,从一定程度上说,彩色CMOS会让画质下降,丢失部分细节


如今有些CMOS上出《大黄蜂》回归初心 温暖与炸裂并存现了RGBW的排列,大致可看做拜耳阵列的奇行种,原理不做赘述


言归正传,另外一颗黑白摄像头是干嘛的呢。前面说了,彩色CMOS需要加拜耳滤光片,那么黑白是不是没有这玩意。是的没错,黑白CMOS不需要拜耳滤光片,也不需要四合一像素




因此,它充分地还原了被拍物体的细节,通过和彩色摄像头的协同工作,一个记录颜色,一个记录光线和细节,再经过算法合成,就能得到一幅不错的画面


但它也不是没有缺点,早期的黑白摄像头实际上并不能和彩色摄像头同时工作,只会在光线不足时开启,基本上白天它都是在睡觉,夜晚才是它的舞台


其次,黑白+彩色的方案无法再加入光学防抖模组,只能通过电子防抖或者其他防抖技术来对画面进行补偿




再者,这种方案的算法非常难做,并不能达到理想的效果,在实际暗光拍摄中远不如大底+光学防抖来得简单粗暴


这也解释了华为P9的夜拍不如同期使用大底CMOS的三星S7,但在之后,华为终于补齐了短板


4、广角与长焦

为了探索拍照的更多玩法,LG G5使用了一种标准+广角的方案。1600万像素的主镜头配合800万像素的广角镜头,通过切换能拍摄出等效焦距35mm的广角照片,增加了照片的宽容度




但由于当时的算法不够完美,在切换广角后画面边缘会出现畸变,物体会产生变形,但这种方案确实提供了一种新思路,广角照片能容纳更多的物体,在拍摄景物和合拍时确实非常实用




如果说LG力求拍的多,同年发布的iPhone 7 Plus则是追求拍的远,利用等效焦距28mm和56mm的两颗摄像头,当切换成56mm的长焦镜头拍摄时,能得到近乎无损的2倍画面


这就相当于一个2倍镜,能看到更远的景物,同时还不会损失画质。得益于长焦镜头的加入,iPhone新增了一个人像模式,在拍摄人像时能带来更自然的虚化效果,而不是单纯的“高斯模糊”




当然放大倍数超过2倍后,准确地说是2.1倍,依然是数码变焦,画质细节还是会损失很多。在这里需要注意,双摄变焦并不是光学变焦


光学变焦是利用电动马达,通过镜片组移动实现无损的长焦拍摄效果,也就是手动推动镜片,改变焦距,从而实现变焦


作为手机,为了确保便携性,无法做这么复杂的设计,因此并不能算是严格意义上的光学变焦。并且iPhone的方案中两颗摄像头都是属于定焦摄像头


(图片源自华硕)






稀罕的是,在第一代双摄iPhone中,只有广角镜头加入了光学防抖,不过在iPhone X中,苹果给两颗镜头都加入了这项技术,增强了长焦镜头的稳定性


iPhone 7 Plus的出现真正意义上让双摄手机走入大众视野,之后发布的手机纷纷采用苹果的双摄方案,甚至在千元机上都能看到双摄的身影






5、“三眼怪物”

就在大家还在不断优化双摄算法,探索拍照更多玩法之时,华为P20 Pro携三摄像头横空出世,并在专业相机评测机构DxOMark中一举获得肯定,得到了109分的成绩,至今无机超越


对其进行剖析,其简直是前两种方案的综合体,彩色+黑白+3倍的长焦方案,融合了两种方案的优点。华为首次做到了3倍的无损变焦以及5倍的混合变焦,即便放大10倍依然比较清晰


不过其中最大的功劳还得归功于那颗4000万像素的主摄像头,1/1.73英寸的超级大底,像素四合一情况下的2.0μm的单像素尺寸,光是这些参数,便足以让它笑傲江湖


6、我们到底需要几颗摄像头

在华为推出三摄后,手机市场也做出了回应。OPPO的R17 Pro同样也搭载了三颗摄像头,推出了彩色+长焦+TOF的新奇组合


前两种我们已经见识过了,那么这个TOF又是什么鬼呢。TOF在英文中是飞行时间的意思,很好理解,通过反射光线的不同飞行时间来确定深度信息




运用在拍照上,能完成人物的3D建模以及2D景物的轮廓,帮助机器更好的完成背景的虚化,有助于虚化算法的完善,减少抠图错误


运用在美颜上,3D建模能帮助机器更准确地识别人脸,提高美颜效果的关于爱情的21句话,如果你喜欢她请把这些话说给她听准确性,同时通过建模,甚至能实现3D美体功能,瞬间化身大长腿


然而三摄又岂止是手机摄像头数量的终点,作为手机界老大,三星用A9s一举打破三摄的传说,让后置摄像头来到了四颗






手机采用的是彩色+长焦+超广角+虚化的奇葩方案,基本上又是之前介绍过的摄像头综合体。一句话概括就是,既能拍多,又能拍远,以及更好的景深效果


7、多摄?未来到底在哪里

以在下的愚见,手机多摄像头的意义应该是增强画质,如果单纯地追求玩法,而选择在背后多开孔,既破坏了整机的一体性,也与拍照的理念背道而驰


正如谷歌的Pixel系列,直到如今依然是使用一颗摄像头,但它的实力却不输任何对手,单纯依靠算法便能独步天下,由于谷歌的相机实在太好,网上到处都是谷歌相机的移植版




而通常使用谷歌相机APP拍出的照片,都比原先手机相机的要更加“清晰好看”,而在最新的谷歌相机中,夜景模式更是开挂般的存在


再比如苹果,别看它如今拍照不再是业内第一,但其算法依旧先进,最新的智能HDR能在拍照预览框实时显示HDR画面,真正做到了所拍即所得




往往双摄手机到了暗光条件下,切换长焦和普通镜头时,反应总是慢上半拍,然而苹果不同,来回切换也依旧迅速,即便光线条件不佳


对于手机拍照来说,拥有多少颗摄像头并不是成像质量的关键,不断提升算法,优化拍照体验,这才是拍照手机的未来


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来源:
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