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手机上的TOF 3D立体深感镜头工作原理与功能

 bg1bgb 2019-03-27

最近“TOF镜头是否有用?”的话题比较火,答案本身并不重要,存在既合理,说没用绝对是鲁莽且不理性的结论,但我们需要知道它具体的作用是什么,它在我们拍照或日常使用的时候能有什么好处,这才是重点。

想搞清楚这件事的真相,我们必须抛开任何手机品牌的干扰,不要去结合任何一个厂商的结论,我们只需要从这个技术本身的逻辑来考虑,这样比较稳。

TOF的工作原理是什么

TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写,即传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差,来换算被拍摄景物的距离,以产生深度信息,此外再结合传统的相机拍摄,就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。TOF技术广泛应用于深度测量、扫描建设、骨骼识别以及运动捕捉等领域。

手机镜头引入整合TOF深度检测算法、AR引擎算法、动作识别与驱动算法,成为TOF立体深感镜头,能够实现拍摄影视的同时还能对人体进行精准的3D识别,从而实现瘦腰长腿等自然处理。而且精准塑形的同时,背景还可以保持不变形。


我们用最直白的说法来形容就是,它在工作的时候会向摄像头的方向发出一面“光墙”,当这面“光墙”遇到物体的时候就会反射回来相应的光线,手机通过这些数据来判断这个物体距离我们有多远。

光的传播速度是很快的,但也是有不一样时间的,就算是0.0001秒,我们看不到,但相机可以捕捉到,当相机知道了画面结构,画面里每一个物体的距离,不就可以直接绘制出3D类似的立体图像了?

TOF的工作距离比结构光要远很多,所以比较适合用在手机的后置摄像头中。结构光的工作距离非常近,所以一般都用在手机的前摄像头用来进行人脸识别,如:iPhone X 的新款手机。

图片来自网络

手机的摄像头经历了一连串的快速迭代:

单摄像头(用大像素)

双摄像头(副摄像头小像素)

双摄像头(彩色+彩色)

双摄像头(彩色+黑白)

双摄像头(广角+长焦)

三摄像头(广角+长焦+黑白)

三摄像头(彩色+黑白+长焦)

大像素 + TOF

大像素 + 小像素

黑白摄像头可以捕捉更多的细节,让手机在夜间拍照的时候可以得到更多画面细节,提高夜拍能力。

有了长焦镜头,手机可以捕捉更多的景深数据,让你的画面更有层次感,并且增强背景虚化的效果。这也是前年流行背景虚化的时候集中爆发的方案。

双彩色方案其实也是为了让画面更细腻,细节更好的一种方案,并不是效果加倍的意思,最多算是一个补充。

拍照效果真正的跨越是华为P20 Pro,它用三个摄像头综合了各种方案的优点,如:大像素对细节的捕捉更强;黑白相机在夜间有更好的辅助;长焦又增强了景深数据的捕捉;综合下来就会让这个手机的拍照效果达到了最接近完美的状态。

从这些我们就可以确定,每一个镜头都是有用的,绝对不是瞎装进去忽悠人的,讨论有没有必要或许更理智一些,说没用这肯定是站不住脚的。

很多人都说手机前面多了个200万像素的副镜头有鸟用?当然有用,它主要是用来辅助相机记录除了你之外,其它的背景信息,然后通过综合算法,让前置拍照也可以有背景虚化的能力。如果是谷歌肯定不用,他们的算法极其强大,单摄就可以搞定很多国产手机双摄都做不好的东西。这有点像降噪麦克风,一个收集人声,一个收集背景声,最后一过滤就OK了。

所以双摄并不是那种1+1=2的效果,它最多就是1+1=1.5。同样三摄也是这个道理,它不可能是1+1+1=3,最多就是1+1+1=2或2.5。

摄像头数量对拍照的效果是有帮助的,但帮助有多大,就要看它用了什么摄像头以及算法玩的如何。

了解完每种摄像头的特征,我们回头再来看看TOF与哪一种类似。它最标志性的功能就是测量景深数据,这与长焦镜头的功能是有重合的。

那么我们把“彩色+TOF”的方案看成是“彩色+长焦”的方案是非常合理的,它同样可以在保证画面质量的同时,让照片更有层次感。这里有一个地方要注意,TOF所采集的景深数据肯定比普通摄像头精细得多,也就是后期在算法上可以做到更细腻,更准确的虚化效果。

几乎所有的双摄像头手机,大多数时间都是单摄像头在工作,只有需要用到副摄像头的时候才会同时启动,如:人像模式、大光圈模式、夜间拍照等等。它们的工作原理就是这样,不存在什么真假双摄的问题。

所以......手机出照片的质量,很大程度上都是那颗主摄像头来决定的,只有它捕捉到了更好的画面,其它摄像头才可以更好的发挥出“填空”本领,如果基底很差,即使填进了更多信息,也不会有太好的效果。

TOF除了具备比长焦镜头更好的景深采集功能之外,还可以利用本身的工作原理来搞定很多3D相关的事情,如:建模功能、玩一些3D表情制作、甚至可以玩体感游戏,这些是以前各种方案都不能实现的功能,也是TOF未来可以施展的方向。

图片来自网络

另外AR、VR也是未来一定会走的路,这些全都需要TOF这类支持3D捕捉的技术来完善,TOF未必是未来会大面积应用的技术,但它是通往未来的一个必经之路,在这里面肯定需要大量的产品来巩固和完善。

总结,经过上面那些对手机摄像头的分析,相信TOF是不是有用已经不必多说了,或许是人们所站的立场不同,也或许是真的不懂,更或许是没怎么接触过,总之消费者还是需要知道真相的。

国内的手机市场竞争很激烈,很多时候为了给自家产品多填点彩,就会“不小心”忽略了对消费者的责任心,很多人都说国内的网民跟风习惯很严重,其实很多时候都是被引导的。互联网虽然存在了很多年,但真正互联网的知识并没有普及,人们接触真相的机会比较少,商家在真相和利益之间往往没有办法做到真正的平衡,所以只能牺牲掉一部分消费者的“不了解”。

以上全部内容全都是我个人对TOF技术的理解和观点,不代表任何组织,也不代表任何人,仅代表我自己,我是瓦力评测的主编张悦,欢迎不同观点来讨论,只要是对消费者有好处的,对真相有证明意义的,很十分的欢迎。

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