淺談雙攝鏡頭技術(shù)

淺談雙攝鏡頭技術(shù)

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　　隨著(zhù)智能手機的興起，人們對手機的要求也變得越來(lái)越高，經(jīng)歷了“核”戰、屏幕大戰，各大廠(chǎng)商在手機市場(chǎng)中的較量終于進(jìn)入到了用戶(hù)體驗的較量環(huán)節；而在系統優(yōu)化外，拍照水平的較量漸漸變?yōu)榱酥仡^戲，于是越來(lái)越多的廠(chǎng)商加入到了PK攝像頭的小戰場(chǎng)中，可謂是使出了渾身解數，而雙攝像頭這一名稱(chēng)，也隨之誕生了。那么什么是雙攝像頭呢？顧名思義，雙攝像頭即是由兩顆攝像頭組成的拍照系統。

雙攝像頭的功能

　　目前主流的雙攝像頭的功能主要可以分為兩大類(lèi)：

　　1.利用雙攝像頭產(chǎn)生立體視覺(jué)，獲得影像的景深，利用景深信息進(jìn)行背景虛化，物體分割，3D掃描，輔助對焦，動(dòng)作識別等應用；

　　2.利用左右兩張不同的圖片信息進(jìn)行融合，以期望得到更高的分辨率，更好的色彩，動(dòng)態(tài)范圍等更好的圖像質(zhì)量或實(shí)現光學(xué)變焦這個(gè)功能。

　　這兩類(lèi)雙攝像頭功能對于攝像頭的硬件有著(zhù)不同的要求，前者要求兩個(gè)攝像頭之間有更大的間距，這樣能夠得到更高的景深精度，因此前者的硬件希望兩個(gè)攝像頭間的距離比較遠才好；而后者因需要兩顆攝像頭的圖片疊加合成，所以在硬件設計的時(shí)候希望兩個(gè)攝像頭離得比較近，這樣在兩個(gè)圖像融合的時(shí)候才不會(huì )因為相差產(chǎn)生更多的錯誤，目前市面上還是以第二大類(lèi)最為常見(jiàn)。

一、景深應用

　　首先，我們需要獲得當前場(chǎng)景的景深圖，其基本原理是三角定位，如下圖所示。

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　　從公式中可以判斷Z的距離中d和X的大小很關(guān)鍵，兩個(gè)攝像頭間的距離T很重要，減少T的距離不僅會(huì )減少測量的最大距離，而且會(huì )減少相對景深間精度。

　　1.利用三角定位計算景深的最簡(jiǎn)單的應用-----計算物體距離。

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　　2.背景虛化：景深應用可以實(shí)現背景虛化功能，即在景深圖的基礎上將不同距離的物體進(jìn)行虛化，模擬大光圈相機拍攝效果。

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　　3.AR增強和動(dòng)作識別：主要是利用兩個(gè)攝像頭進(jìn)行手勢或者姿勢的識別。目前在3D交互領(lǐng)域比較常見(jiàn)，市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的就是leap motion 還有微軟的 Kinect 都是類(lèi)似的功能。在手機領(lǐng)域，亞馬遜曾在fire phone上實(shí)現類(lèi)似的功能。

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二．圖像合成

　　第二類(lèi)功能都是通過(guò)將不同的圖片中的不同的信息，合成到一張圖片中，使合成之后的圖片得到更好的效果，此類(lèi)應用硬件設計中就會(huì )注意如何分別提供不同的信息。

　　1.像素合成：主要是利用多張圖片中在高頻部分不同的內容生成一張清晰的圖片，雙攝可以通過(guò)兩張照片中不同的信息進(jìn)行最后的增強，這就要求硬件設計時(shí)希望兩個(gè)攝像頭離的比較近，這樣在兩個(gè)圖像融合的時(shí)候才不會(huì )因為相差產(chǎn)生更多的錯誤。

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　　2.HDR拍攝：對兩個(gè)Camera設置不同的曝光參數以得到不同曝光下的圖像，進(jìn)行HDR合成。

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　　3.夜拍效果改善：主要是利用兩顆攝像頭中一顆黑白攝像頭在低光下響應較好，噪聲較小的特性，使其夜拍的時(shí)候降低了噪點(diǎn)，最新發(fā)布的華為P9就是采用這種雙攝系統；其雙攝像頭總進(jìn)光量超iPhone6S 270%，這帶來(lái)的就是夜拍效果的提升；擁有超大的進(jìn)光量，改善低光下響應，降低了噪聲，使得夜拍成了P9主打功能之一。

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　　4.雙攝系統還有一個(gè)非常強大的功能，能夠實(shí)現光學(xué)變焦功能：光學(xué)變焦（Optical Zoom）是數碼相機通過(guò)改變光學(xué)鏡片組結構來(lái)改變鏡頭焦距，從而實(shí)現變焦，但是鏡片組結構復雜，整體尺寸無(wú)法安置于手機中。而傳統手機鏡頭則是通過(guò)后端處理，把圖片內的每個(gè)像素面積增大，從而達到放大的目的；即數碼變焦（DigitalZoom），它在拍攝遠處時(shí)，會(huì )造成圖片像素變低。而采用“一大一小”雙攝鏡頭，通過(guò)一顆近焦拍攝，一顆遠焦拍攝，中間由兩顆鏡頭共同拍攝；經(jīng)過(guò)后端軟件處理合成，能夠實(shí)現類(lèi)光學(xué)變焦功能，目前類(lèi)光學(xué)變焦的雙攝普遍能達到2X~3X變焦拍攝。

現以13M+13M雙攝鏡頭進(jìn)行舉例說(shuō)明，兩顆lens規格如下：

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　　類(lèi)光學(xué)變焦有兩種計算方式：
　�、�、以角度計算類(lèi)光學(xué)變焦放大倍率，即

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　�、�、以等效焦距計算類(lèi)光學(xué)變焦放大倍率，首先我們需要了解等效焦距的計算方法：

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　　如上圖所示，等效焦距計算公式為：

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　　類(lèi)光學(xué)變焦的放大倍率為：

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　　從以上案例中，明顯可以看出長(cháng)焦鏡頭的TTL要大于常規鏡頭的TTL，由于長(cháng)焦鏡頭高度的限制，導致雙攝模組高度比常規單攝模組高，這對手機結構設計提出了更高的要求。

　　如果采用如下圖所示的潛望式的結構，通過(guò)一塊鏡面將入射光轉90度角后射入lens，則能在不壓縮鏡頭TTL（鏡頭TTL與焦距成正相關(guān)）的前提下，盡量減小模組的高度。

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