浅谈双摄镜头技术

浅谈双摄镜头技术

文章来自网络。

　　随着智能手机的兴起，人们对手机的要求也变得越来越高，经历了“核”战、屏幕大战，各大厂商在手机市场中的较量终于进入到了用户体验的较量环节；而在系统优化外，拍照水平的较量渐渐变为了重头戏，于是越来越多的厂商加入到了PK摄像头的小战场中，可谓是使出了浑身解数，而双摄像头这一名称，也随之诞生了。那么什么是双摄像头呢？顾名思义，双摄像头即是由两颗摄像头组成的拍照系统。

双摄像头的功能

　　目前主流的双摄像头的功能主要可以分为两大类：

　　1.利用双摄像头产生立体视觉，获得影像的景深，利用景深信息进行背景虚化，物体分割，3D扫描，辅助对焦，动作识别等应用；

　　2.利用左右两张不同的图片信息进行融合，以期望得到更高的分辨率，更好的色彩，动态范围等更好的图像质量或实现光学变焦这个功能。

　　这两类双摄像头功能对于摄像头的硬件有着不同的要求，前者要求两个摄像头之间有更大的间距，这样能够得到更高的景深精度，因此前者的硬件希望两个摄像头间的距离比较远才好；而后者因需要两颗摄像头的图片叠加合成，所以在硬件设计的时候希望两个摄像头离得比较近，这样在两个图像融合的时候才不会因为相差产生更多的错误，目前市面上还是以第二大类最为常见。

一、景深应用

　　首先，我们需要获得当前场景的景深图，其基本原理是三角定位，如下图所示。

　　从公式中可以判断Z的距离中d和X的大小很关键，两个摄像头间的距离T很重要，减少T的距离不仅会减少测量的最大距离，而且会减少相对景深间精度。

　　1.利用三角定位计算景深的最简单的应用-----计算物体距离。

　　2.背景虚化：景深应用可以实现背景虚化功能，即在景深图的基础上将不同距离的物体进行虚化，模拟大光圈相机拍摄效果。

　　3.AR增强和动作识别：主要是利用两个摄像头进行手势或者姿势的识别。目前在3D交互领域比较常见，市场上比较常见的就是leap motion 还有微软的 Kinect 都是类似的功能。在手机领域，亚马逊曾在fire phone上实现类似的功能。

二．图像合成

　　第二类功能都是通过将不同的图片中的不同的信息，合成到一张图片中，使合成之后的图片得到更好的效果，此类应用硬件设计中就会注意如何分别提供不同的信息。

　　1.像素合成：主要是利用多张图片中在高频部分不同的内容生成一张清晰的图片，双摄可以通过两张照片中不同的信息进行最后的增强，这就要求硬件设计时希望两个摄像头离的比较近，这样在两个图像融合的时候才不会因为相差产生更多的错误。

　　2.HDR拍摄：对两个Camera设置不同的曝光参数以得到不同曝光下的图像，进行HDR合成。

　　3.夜拍效果改善：主要是利用两颗摄像头中一颗黑白摄像头在低光下响应较好，噪声较小的特性，使其夜拍的时候降低了噪点，最新发布的华为P9就是采用这种双摄系统；其双摄像头总进光量超iPhone6S 270%，这带来的就是夜拍效果的提升；拥有超大的进光量，改善低光下响应，降低了噪声，使得夜拍成了P9主打功能之一。

　　4.双摄系统还有一个非常强大的功能，能够实现光学变焦功能：光学变焦（Optical Zoom）是数码相机通过改变光学镜片组结构来改变镜头焦距，从而实现变焦，但是镜片组结构复杂，整体尺寸无法安置于手机中。而传统手机镜头则是通过后端处理，把图片内的每个像素面积增大，从而达到放大的目的；即数码变焦（DigitalZoom），它在拍摄远处时，会造成图片像素变低。而采用“一大一小”双摄镜头，通过一颗近焦拍摄，一颗远焦拍摄，中间由两颗镜头共同拍摄；经过后端软件处理合成，能够实现类光学变焦功能，目前类光学变焦的双摄普遍能达到2X~3X变焦拍摄。

现以13M+13M双摄镜头进行举例说明，两颗lens规格如下：

　　类光学变焦有两种计算方式：
　　①、以角度计算类光学变焦放大倍率，即

　　②、以等效焦距计算类光学变焦放大倍率，首先我们需要了解等效焦距的计算方法：

　　如上图所示，等效焦距计算公式为：

　　类光学变焦的放大倍率为：

　　从以上案例中，明显可以看出长焦镜头的TTL要大于常规镜头的TTL，由于长焦镜头高度的限制，导致双摄模组高度比常规单摄模组高，这对手机结构设计提出了更高的要求。

　　如果采用如下图所示的潜望式的结构，通过一块镜面将入射光转90度角后射入lens，则能在不压缩镜头TTL（镜头TTL与焦距成正相关）的前提下，尽量减小模组的高度。