雷鋒網(wǎng)按：本文原載于知乎專欄 半導(dǎo)體那些事。

這兩年手機(jī)的亮點(diǎn)越來(lái)越少，高端智能機(jī)現(xiàn)在基本都不再去比拼雷兔兔，而開始PK拍照性能。于是乎，這兩年各家紛紛開始做起了雙Camera。

| 雙Camera都能做什么？

那問(wèn)題來(lái)了，雙Camera到底能做什么？

1.雙Camera可以測(cè)距，所以可以做距離相關(guān)的應(yīng)用

如上圖，由于雙Camera通過(guò)算法，可以判斷被攝物體的距離，所以通過(guò)此特性，很容易做出一些特效，如：

A： 背景虛化

單反相機(jī)最出眾的特色之一就是大光圈。由于雙Camera可以測(cè)出不同被拍攝物體的距離，對(duì)需要進(jìn)行大光圈的物體對(duì)準(zhǔn)，其他不同距離的物體虛化，可以輕松實(shí)現(xiàn)大光圈的效果。

原圖

（以美女為中心對(duì)焦，虛化背景和受傷的蘑菇）

（以蘑菇為中心對(duì)焦，虛化背景和美女）

B: 背景替換

由于可以測(cè)量距離，可以將被拍攝物體里的主體提取出來(lái)，更換背景，就可以比PS還簡(jiǎn)單，進(jìn)行摳圖。

C: 背景特效

既然可以摳圖，只是對(duì)背景做一下處理，還是很容易的。比如，此圖就用了素描特效。

D: 測(cè)量距離

這個(gè)圖就非常明顯的標(biāo)識(shí)出不同物體的距離，這個(gè)距離信息用不同顏色標(biāo)識(shí)出來(lái)。當(dāng)AP獲得了不同物體的距離信息，就可以做到上述的各種功能。

2. 雙Camera 可以做光學(xué)變焦

若兩個(gè)Camera的FOV不一樣，一個(gè)大FOV，一個(gè)小FOV，再通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光學(xué)鏡頭之間的效果，就可以輕松做到光學(xué)變焦。

若不用雙Camera，放大圖片后，文字不清楚.

若使用雙Camera，放大圖片后，文字依然清楚.

此圖就是融合了廣角的圖和長(zhǎng)焦的圖，通過(guò)算法算出了中間態(tài)度照片，讓細(xì)節(jié)不失真。

3. 暗光效果增強(qiáng)

這個(gè)一般使用彩色+黑白的攝像頭。通過(guò)黑白攝像頭 獲取圖片的光亮強(qiáng)度，來(lái)對(duì)圖片暗光補(bǔ)償。

4. 3D拍攝以及3D建模

不同于一般的3D電影的拍攝。手機(jī)上的兩個(gè)攝像頭無(wú)法在圖像的拍攝過(guò)程中就產(chǎn)生足夠的視覺(jué)差，這是由于兩個(gè)攝像頭中間的距離和人眼不一樣。而且為了能夠讓人們更明顯的得到3D視覺(jué)效果。所以往往需要算法進(jìn)行增強(qiáng)。

由于可以測(cè)出距離，后續(xù)的雙Camera不僅僅可以實(shí)現(xiàn)3D攝影，還可以進(jìn)行3D建模，到這個(gè)時(shí)候，我想雙Camera的重要性則會(huì)更加重要。

其他的效果增強(qiáng)，比如HDR，提高分辨率，這些功能其實(shí)單Camera也可以實(shí)現(xiàn)，只是雙Camera可以讓效果更好，就不一一列舉了。

小結(jié)：

目前來(lái)看，這幾個(gè)功能是雙Camera手機(jī)最常見的功能。背景虛化/更換，暗光效果給用戶帶來(lái)了更多的拍照效果。光學(xué)變焦則讓我們感受了變焦功能的相機(jī)功能。但個(gè)人覺(jué)得未來(lái)最讓人激動(dòng)的則是3D功能。今年VR這么火，VR的素材哪里來(lái)？還是得靠雙Camera算法的優(yōu)化。若3D拍照和建模的算法成熟后，將會(huì)讓雙Camera 變得更加流行。

| 雙攝像頭的原理

如前面介紹，雙攝像頭的應(yīng)用主要分為：距離相關(guān)的應(yīng)用，光學(xué)變焦，暗光補(bǔ)償以及3D拍攝和建模。每種應(yīng)用的原理都有些不同，我們就分別介紹一下相關(guān)的原理：

1.距離相關(guān)應(yīng)用

人眼是很容易對(duì)一個(gè)物體的距離進(jìn)行定位，但當(dāng)人閉上其中一個(gè)眼睛后，定位能力就會(huì)下降很多。雙攝像頭就是模擬人眼的應(yīng)用。簡(jiǎn)單的說(shuō)，測(cè)距離的話，就是通過(guò)算法算出，被拍攝物體與左/右攝像頭的角度θ1和θ2，再加上固定的y值（即兩個(gè)攝像頭的中心距），就非常容易算出z值（即物體到Camera的距離）

不過(guò)這也很容易推算，若兩個(gè)攝像頭中心距過(guò)小的話，可計(jì)算的物體距離就會(huì)很近。若想算出很遠(yuǎn)距離，就必須讓左右攝像頭的距離拉遠(yuǎn)。

2.光學(xué)變焦

光學(xué)變焦主要是左右攝像頭使用不同的FOV（可視角），這樣兩個(gè)攝像頭取景不同。當(dāng)用戶需要廣角照片，則用視角為85度的左攝像頭取景，獲得廣角效果。當(dāng)用戶需要長(zhǎng)焦照片，則用視角為45度的右攝像頭取景，獲得長(zhǎng)焦效果。

為了使左右攝像頭拍攝的物體重疊度高，光學(xué)變焦的雙攝像頭模組不能像做距離應(yīng)用的攝像頭的模組那樣距離過(guò)大，而是需要將左右攝像頭擺得越近越好。

3.暗光增強(qiáng)

一般來(lái)講，做暗光增強(qiáng)就是將兩個(gè)攝像頭一個(gè)用RGBG的標(biāo)準(zhǔn)攝像頭，一個(gè)用去掉RGBG 濾波片的黑白攝像頭。RGBG用來(lái)獲得物體的色彩，而黑白攝像頭用來(lái)獲得更好的進(jìn)光量，來(lái)判斷被拍物體的光強(qiáng)強(qiáng)度。然后將兩個(gè)圖片融合即可獲得更好的暗光增強(qiáng)。

只是一般來(lái)說(shuō)，有兩種融合方法：

1.以黑白圖片為主體，將彩色圖片上獲取的每個(gè)像素的顏色貼至黑白圖片上，將兩種圖片融合。

2.以彩色圖片為主體，將黑白圖片上獲取的每個(gè)圖像的光亮強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)讲噬掌希瑢煞N圖片融合。

至于哪種方式更合適做融合，可能仁者見仁智者見智，就不在這展開討論了。

同樣，做暗光增強(qiáng)，為了讓左右攝像頭拍攝的物體重疊圖高，此類雙攝像頭模組也是要求越近越好。

需要說(shuō)明的事，華為P9 其實(shí)選用的就是這個(gè)方式的模組。

當(dāng)然有些業(yè)內(nèi)人士也表示這種算法目前做的效果并不明顯。暗光補(bǔ)償對(duì)用戶來(lái)的確很幫助，尤其拍夜景的時(shí)候。不過(guò)有些客戶認(rèn)為索尼和三星的Dual PD技術(shù)就非常好，更愿意用Dual PD 攝像頭來(lái)做暗光補(bǔ)償。

到底是雙攝像頭還是Dual PD的暗光補(bǔ)償效果好，大家可以比較一下華為P9和三星的Galaxy S7 edge，就會(huì)有答案了。     

4.3D拍攝和3D建模

3D拍攝和3D建模的算法其實(shí)跟距離應(yīng)用有點(diǎn)類似，只是它的精度要求更高，甚至有時(shí)會(huì)需要用紅外測(cè)距進(jìn)行更準(zhǔn)確的距離判斷。在這里就不詳細(xì)展開介紹了。

5.對(duì)ISP的要求

提到雙攝像頭的算法，不得不提到ISP（Image Signal Processing 圖像信號(hào)處理器），ISP主要作用是對(duì)前端圖像傳感器輸出的信號(hào)做后期處理，主要功能有線性糾正、噪聲去除、壞點(diǎn)去除、內(nèi)插、白平衡、自動(dòng)曝光控制等，依賴于ISP才能在不同的光學(xué)條件下都能較好的還原現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)，ISP技術(shù)在很大程度上決定了手機(jī)的成像質(zhì)量。

功能機(jī)時(shí)代，ISP都是做在攝像頭上的，不同像素的攝像頭搭配不同性能的ISP。隨著手機(jī)攝像頭像素越來(lái)越高，對(duì)ISP性能的要求越來(lái)越高，若將ISP集成到攝像頭Sensor上，勢(shì)必造成攝像頭的模組過(guò)大，甚至影響拍照效果。所以智能機(jī)時(shí)代，ISP一般都是在主芯片SoC上。部分品牌客戶為了實(shí)現(xiàn)更好的效果，甚至不惜成本的外加一顆ISP用來(lái)達(dá)到更好更專業(yè)的拍照效果。

好的拍照算法就需要搭配好的ISP，ISP和算法相輔相成，缺一不可。而雙攝像頭對(duì)ISP性能要求更多。首先，為了使的左右攝像頭的信號(hào)能夠同時(shí)被處理，單一的ISP已經(jīng)無(wú)法滿足雙攝像頭的需求。這就需要雙路ISP實(shí)現(xiàn)此功能。

以暗光增強(qiáng)為例，彩色/黑白圖像分別進(jìn)入各自的ISP通道和校準(zhǔn)通道，然后將兩副圖片做匹配（如將兩幅圖片相同的部分提取出來(lái)，去除只有一個(gè)攝像頭拍到的部分），然后通過(guò)遮擋，檢測(cè)，補(bǔ)償?shù)人惴?處理相關(guān)的圖片。最后將兩幅圖片融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)顏色的增強(qiáng)。當(dāng)然實(shí)際上ISP配合算法做的事情，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這圖片上寫的要多。筆者實(shí)在不知道，就不在這誤導(dǎo)大家了。

當(dāng)然，在這里面也有一個(gè)小小的插曲。畢竟是兩個(gè)ISP，兩個(gè)ISP多少有一些處理速度，處理能力不同的問(wèn)題。為了保證兩個(gè)ISP能在同一時(shí)間上取樣，就需要雙攝像頭拍出來(lái)的圖片是同一時(shí)間拍出來(lái)的。其中一個(gè)解決辦法就是讓Sensor有一個(gè)同步信號(hào)引腳。將兩個(gè)攝像頭的同步信號(hào)對(duì)接，在每次讀取圖片時(shí)，將圖片都打上一個(gè)時(shí)間戳，ISP通過(guò)時(shí)間戳，保證左右攝像頭拍出來(lái)的照片在同一時(shí)間拍攝，最終再進(jìn)行融合。

6.攝像頭的接口

一般來(lái)講，目前的智能手機(jī)的攝像頭接口都是MIPI接口。之前手機(jī)平臺(tái)都只有2路MIPI接口，分別給前攝像頭和后攝像頭。做雙攝像頭，就要求平臺(tái)至少支持三路MIPI接口。其實(shí)在之前的高端平臺(tái)上，為了實(shí)現(xiàn)更高像素，已經(jīng)用雙路ISP了（比如為了支持16M的攝像頭，會(huì)用2路8M能力的ISP），這類平臺(tái)很有可能只有兩路MIPI。但這個(gè)無(wú)法阻止工程師去做前單攝像頭+后雙攝像頭。   

沒(méi)錯(cuò)，加一個(gè)小小的Swtich，就可以輕松實(shí)現(xiàn)雙攝像頭。

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雙攝像頭深度剖析（下）

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