手机双摄像头比单摄像头强多少，快来看看吧

1 破解像素提高技术瓶颈

近年来手机像素提高受到阻碍。一方面HTC 的“高像素基本都是骗人的，像素面积为王”仍然萦绕耳畔，让人们思考像素持续提升是否理智；另一方面，Lumia 1020等高像素手机的厚度也确实影响了手机的便携性。

首先，“像素面积为王”不仅仅是句营销口号，严格意义上来说，手机摄像头像素的提高不等同于拍照质量的上升。高像素意味着在同一个感光芯片上像素点数目增多，意味着更大的输出尺寸，即像素越高，放大照片所造成的失真越小。但是拍照效果很大程度与感光元件每个像素点的尺寸有关。像素点尺寸越大，每个像素点所能接收到的“光子雨”也就越多。而在一块既定面积的感光芯片上，像素数目的增多势必会减少单个像素点的尺寸，进而影响整个芯片接收到的“光子雨”总数。这就好比两个同样大小的窗户，一个窗户由20 块小窗格组成，而另一个只用了一块完整的玻璃，哪个窗户进光量更多呢？显而易见是后者，因为每一个小窗格的窗框会挡住部分光线，整体的进光面积就相对缩小了。窗户的大小就相当于感光元件的尺寸，像素就相当于小窗格。

以追求大像素点尺寸而不是高像素的HTC One 为例。目前主流手机所采用的CMOS 传感器大约是type 1/3.2 和type 1/4 规格的，有效像素大约在800 到1300 万之间，对应的像素边长大体有1.4um和1.12um 两种。而UltraPixel 的一个像素边长为2um，几乎是1300 万像素传感器的两倍，面积更是接近四倍。因此，一个UltraPixel 在单位时间内可以收集的光子数量大约是一个1.12um 像素的3～4 倍。这就意味着，仅仅400万像素的 HTC One，其摄像头进光量是上千万像素手机的3 倍之多。

因此也就形成了像素提升会影响进光量从而破坏拍照质量，但倘若降低像素增大感光面积又会使照片缺少细节的矛盾。双摄像头的出现可以有效地解决像素点感光面积与像素提升之间的矛盾。比如华为荣耀6 plus 采用的平行双摄像头设计，两个摄像头同时参与拍照，保证双倍的进光量和成像效果，有效像素尺寸也随之提升到1.98μm。这样既保证了单个像素点的尺寸够大，进光量够高、弱光拍照拍摄效果更佳同时又使得拍摄的照片不致于因为像素过低从而丧失细节。

图1 像素点尺寸与接收光子数目

图2 双摄像头设计有效提高像素点尺寸

2  破解像素提高设计瓶颈

手机像素除了提高除了技术瓶颈，也面临着设计瓶颈。手机摄像头结构主要由CIS(图像传感器)、透镜、音圈马达、滤镜等构成。拍照质量除了与CIS 的像素点数目和像素点尺寸有关，也与透镜数目有关，透镜相当于在CIS 前加了一副眼镜，CIS 的采光率很大程度由透镜的数量和表面积决定。透镜的数目越多，成像质量也越好。随着手机摄像头技术的不断提升，手机摄像头透镜数目也不断增多，如今各大主流手机厂商的旗舰机型摄像头都有5 颗以上的透镜。

透镜数目增多是对成像质量要求提高的结果，但是透镜数目决定了摄像头魔模组的高度。增加摄像头透镜数目的也必然意味着摄像头从而手机机身厚度提高，这也是为什么近期会出现诸多“凸起的摄像头”。目前市场主流做法是降低单个透镜厚度进而降低整体模组厚度，但是这样做不仅会让良品率降低，同时作为光学器材，单个透镜的厚度是有极限的，厚度降低的速度最终必然赶不上透镜数量增长。

双摄像头设计由于将拍摄任务分担到两颗摄像头上，最终成像质量是两颗摄像头的叠加。因此，对单个摄像头的成像质量要求相对不高，从而降低了单个摄像头模组的高度，使得透镜数目对手机厚度的压力降低。

图3 手机摄像头结构

3 快速对焦与景深控制，挑战单反效果

通过硬件与算法功能记录照片完整景深信息，双摄像头的一大功能是支持快速对焦与景深拍照，提高可用光圈值，实现背景虚化，突出拍照对象。

景深是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，便叫做景深。另外，单摄像头方案都是固定光圈，而双摄像头可以虚拟光圈，模拟镜头的不同的镜头物理光圈下的效果，实现全景深效果到背景虚化效果变化。

目前业界手机摄像头模组物理光圈最大做到F1.8，量产可供应的是F2.0，但物理光圈加大后，图像四角解像力下滑严重，而双摄像头方案可轻松实现大光圈效果，突破单摄像头镜头物理光圈方案的效果极限。以华为荣耀6 Plus 为例，可实现从F 0.95~F 16 一键调整光圈，实现70mm-无穷远全景深信息，任意改变虚化程度。

对于主副与平行两种不同结构的双摄像头，实现景深控制的方式是不同的。主副双摄像头结构中，主摄像头负责拍摄，副摄像头责测算景深范围和空间信息提供可靠地实际景深范围，从而实现快速准确对焦。而平行双摄像头通过软硬结合的方式实现景深控制，以华为荣耀6 plus 为例，通过搭载华为荣耀独创的算法引擎系统，通过三角测距原理，两颗摄像头能记录70mm 到无穷远的全景深信息，并储存为EDoF(扩展景深技术)照片，使得智能手机也能拍出单反级的背景虚化照片。正如前文所述，手机取代相机的趋势将会助力双摄像头产业成长，而这本身又反过来加快了替代过程。最终实现手机对数码相机的逐步替代。

图4 通过双摄像头实现景深控制

4 3D建模与手势识别

人机互动的方式不断进步但却没有终点，简便轻松的互动方式会取代老旧复杂的互动方式，又终究会被更为先进的方式所取代。就像桌面取代DOS 系统，触屏面板取代手机按键，而他们也终将成为3D 时代的过客。

3D 摄像头由于可以扫描用户所处环境，进行立体建模与手势识别提升用户体验，一直被业界认为是未来主流发展方向。一方面，通过绘制出周围世界的 3D 模型，可以成为多种应用的基础，例如在大型购物中心和其他室内空间向用户提供方向导航，帮助用户寻找某家商店或某个物体，绘制3D 地图，帮助盲人在陌生的地方导航；让人们能利用家中的环境玩拟真的3D 游戏等。另一方面，通过构建3D 模型可以识别用户脸部表情与手势变化，极大提高人机互动方式。

而双摄像头设计由于可以有效储存用户景深信息，因此是实现3D 摄像头的主要方式之一。以Google 旗下的Project Tango 项目为例，采用Project Tango 项目的手机与平板背部装有两个摄像头与一个深度传感器，一个是采用大尺寸感光元件400 万像素的摄像头，同时支持RGB 和红外线探测功能（RGB 摄像头经常被用来做非常精确的彩色图像采集；后者则是通过采集红外线发射器对环境的反弹信息，计算场景景深。）而另外一个摄像头装备180 度广角鱼眼镜头，主要追踪物体的动态行为。特制的传感器和与之匹配的软件，使之能在每秒进行1500 万次3D 测量，结合它实时监测的位置和方向，能够最终结合大量数据绘制出周围世界的3D 模型。值得一提的是，Project Tango 摄像头模组都是来自于国内摄像头领先厂商—舜宇光学。