多相机而不是百万像素

手机摄影已经经历了一场没有人能赢的百万像素大战，因为智能手机的传感器和尺寸存在物理限制，阻碍了进一步的小型化。 现在有一个类似于比赛的过程，谁会在相机上投入最多（1）。 无论如何，最后，照片的质量始终很重要。

2018 年上半年，由于推出了两款新相机原型，一家不知名的公司 Light 大声疾呼，该公司提供多镜头技术——不是针对当时的，而是针对其他智能手机型号。 尽管正如 MT 当时所写的那样，该公司早在 2015 年 型号 L16 拥有 1 个镜头 (XNUMX)，在过去的几个月里，在单元中增加摄像头才变得流行起来。

装满镜头的相机

Light 的第一个型号是一款紧凑型相机（不是手机），大小与手机差不多，旨在提供数码单反相机的质量。 它以高达 52 兆像素的分辨率拍摄，提供 35-150 毫米的焦距范围、低光下的高质量和可调节的景深。 通过将多达 XNUMX 个智能手机摄像头组合在一个机身中，一切皆有可能。 这些镜头中没有一个与智能手机中的光学元件不同。 不同之处在于它们被收集在一个设备中。

2. 多镜头光相机

在摄影过程中，十个相机同时记录图像，每个相机都有自己的曝光设置。 以这种方式拍摄的所有照片都组合成一张大照片，其中包含单次曝光的所有数据。 该系统允许编辑完成照片的景深和焦点。 照片以 JPG、TIFF 或 RAW DNG 格式保存。 市场上的 L16 型号没有典型的闪光灯，但可以使用位于机身中的小型 LED 来照亮照片。

2015 年的首映式具有好奇心。 这并没有引起许多媒体和大众观众的注意。 然而，鉴于富士康作为 Light 的投资者，进一步的发展并不令人意外。 总之，这是基于与台湾设备制造商合作的公司对解决方案日益增长的兴趣。 富士康的客户都是苹果，尤其是黑莓、华为、微软、摩托罗拉或小米。

因此，在 2018 年，出现了有关 Light 在智能手机多摄像头系统方面工作的信息。 后来事实证明，这家初创公司与诺基亚合作，诺基亚在 2019 年的巴塞罗那 MWC 上推出了全球首款五摄像头手机。 模型 9 PureView的 (3)配备两台彩色摄像机和三台单色摄像机。

Sveta 在 Quartz 网站上解释说，L16 和诺基亚 9 PureView 之间有两个主要区别。 后者使用更新的处理系统从单个镜头拼接照片。 此外，诺基亚的设计包括与 Light 最初使用的相机不同的相机，采用蔡司光学元件捕捉更多光线。 三个摄像头只捕捉黑白光。

摄像机阵列，每个分辨率为 12 兆像素，可更好地控制图像景深，并允许用户捕捉传统蜂窝摄像机通常不可见的细节。 更重要的是，根据已发布的描述，PureView 9 能够捕获比其他设备多十倍的光线，并且可以生成总分辨率高达 240 兆像素的照片。

多摄手机的突然兴起

光不是这一领域的唯一创新来源。 2018 年 XNUMX 月，韩国公司 LG 的一项专利描述了结合不同的相机角度来制作一部微型电影，让人想起 Apple Live Photos 创作或来自 Lytro 设备的图像，MT 也在几年前写过，捕捉具有可调节视野的光场.

根据 LG 的专利，该解决方案能够结合来自不同镜头的不同数据集，从图像中切出物体（例如，在人像模式甚至完全背景变化的情况下）。 当然，这只是目前的一项专利，没有迹象表明 LG 计划在手机中实施它。 然而，随着智能手机摄影大战的升级，具有这些功能的手机上市速度可能比我们想象的要快。

正如我们将在研究多镜头相机的历史时看到的那样， 两室系统一点也不新鲜。 然而，三个或更多摄像机的放置是过去十个月的歌曲。.

在主要手机制造商中，中国的华为是最快将三摄机型推向市场的。 早在 2018 年 XNUMX 月，他就提出了要约 Huawei P20 Pro (4) 提供三种镜头 - 普通、单色和远距变焦，几个月后推出。 伴侣20，还配备了三个摄像头。

然而，正如移动技术历史上已经发生的那样，只需在所有媒体上大胆地介绍新的Apple解决方案，就可以开始谈论突破和革命。 就像第一个模型一样 iPhone'а 2007 年，之前知名的智能手机市场“启动”，第一 iPad的 （但根本不是第一款平板电脑）2010 年，平板时代开启，所以 2019 年 5 月，该公司的多镜头 iPhone “十一”（XNUMX）可以说是一个突然的开始。多摄像头智能手机时代。

11临 欧拉兹 11 Pro Max 配备三个摄像头。 前者有一个 26mm 全画幅焦距和 f/1.8 光圈的六元素镜头。 该制造商表示，它配备了一个新的 12 兆像素传感器，具有 100% 像素焦点，这可能意味着类似于佳能相机或三星智能手机中使用的解决方案，其中每个像素由两个光电二极管组成。

第二个相机有一个广角镜头（焦距为 13 毫米，亮度为 f / 2.4），配备分辨率为 12 兆像素的矩阵。 除了所描述的模块之外，还有一个长焦镜头，其焦距是标准镜头的两倍。 这是 f/2.0 光圈设计。 传感器具有与其他传感器相同的分辨率。 长焦镜头和标准镜头都配备了光学防抖功能。

在所有版本中，我们都会遇到华为、谷歌 Pixel 或三星手机。 夜间模式. 这也是多目标系统的特色解决方案。 它包括相机以不同的曝光补偿拍摄多张照片，然后将它们组合成一张噪点更少且色调动态更好的照片。

手机中的摄像头 - 它是怎么发生的？

第一款拍照手机是三星 SCH-V200。 该设备于 2000 年出现在韩国的商店货架上。

他能记得 二十张照片 分辨率为 0,35 兆像素。 然而，相机有一个严重的缺点——它不能很好地与手机集成。 出于这个原因，一些分析师认为它是一个单独的设备，封装在同一个外壳中，而不是手机的组成部分。

情况就大不相同了 J-电话，也就是夏普在上个千年末期为日本市场准备的一款手机。 该设备以 0,11 兆像素的极低质量拍摄照片，但与三星的产品不同，照片可以无线传输，方便地在手机屏幕上查看。 J-Phone 配备了可显示 256 色的彩色显示屏。

手机已迅速成为一种非常时尚的小工具。 然而，这不是归功于三洋或 J-Phone 设备，而是移动巨头的提议，主要是当时的诺基亚和索尼爱立信。

诺基亚 7650 配备0,3兆像素相机。 它是最早广泛使用和流行的照相手机之一。 他在市场上也做得很好。 索尼爱立信T68i. 在他之前，没有一个电话可以同时接收和发送彩信。 然而，与列表中审查的先前型号不同，T68i 的相机必须单独购买并连接到手机上。

推出这些设备后，手机中的摄像头开始以惊人的速度普及——在 2003 年，它们在全球的销量已经超过了标准数码相机。

2006年，全球一半以上的手机都内置了摄像头。 一年后，有人首先想到在一个单元格中放置两个镜头......

从移动电视到 3D 到越来越好的摄影

与外表相反，多摄像头解决方案的历史并没有那么短。 三星在其型号中提供 B710 (6) 2007年双镜头。 虽然当时更关注这款相机在移动电视领域的能力，但双镜头系统让捕捉摄影记忆成为可能 3D效果. 我们在无需佩戴特殊眼镜的情况下查看了该模型显示屏上的成品照片。

在那些年里，3D 风靡一时，相机系统被视为再现这种效果的机会。

LG擎天柱3D，于 2011 年 XNUMX 月首播，以及 HTC EVO 3D的，于 2011 年 3 月发布，使用双镜头制作 3D 照片。 他们使用了与“常规”3D 相机的设计者相同的技术，使用双镜头在图像中营造深度感。 这已通过 XNUMXD 显示器得到改进，该显示器设计用于在不戴眼镜的情况下查看接收到的图像。

然而，3D 原来只是一种昙花一现的时尚。 随着它的衰落，人们不再将多相机系统视为获取立体图像的工具。

无论如何，不​​多。 第一台提供两个图像传感器用于类似于今天的目的的相机是 的HTC One M8 (7)，于 2014 年 4 月发布。 其 2MP 主 UltraPixel 传感器和 XNUMXMP 辅助传感器旨在营造照片的深度感。

第二个镜头创建了深度图并将其包含在最终图像结果中。 这意味着创造效果的能力 背景模糊 ，通过触摸显示面板重新聚焦图像，轻松管理照片，同时即使在拍摄后也能保持主体清晰并改变背景。

然而，当时并不是所有人都了解这种技术的潜力。 HTC One M8 可能不是市场失败，但也不是特别受欢迎。 这个故事中的另一个重要建筑， LG G5，于 2016 年 16 月发布。 它具有一个 8MP 主传感器和一个辅助 135MP 传感器，这是一个 XNUMX 度广角镜头，设备可以切换到该镜头。

2016年XNUMX月，华为与徕卡合作推出了这款机型。 P9，背面有两个摄像头。 其中一个用于捕获 RGB 颜色 ()，另一个用于捕获单色细节。 正是基于这个模型，华为后来创造了前面提到的 P20 模型。

2016年也推出市场 iphone 7 加 背面有两个摄像头 - 均为 12 兆像素，但焦距不同。 第一台相机有 23 毫米变焦，第二台有 56 毫米变焦，开创了智能手机远摄时代。 这个想法是让用户在不损失质量的情况下放大 - 苹果希望解决它认为智能手机摄影的一个主要问题，并开发了一种与消费者行为相匹配的解决方案。 它还反映了 HTC 的解决方案，使用来自两个镜头的数据的深度图提供散景效果。

华为 P20 Pro 在 2018 年初的到来意味着将迄今为止测试的所有解决方案集成到一个具有三摄像头的设备中。 RGB 和单色传感器系统中添加了变焦镜头，并使用 人工智能 它提供的不仅仅是光学和传感器的简单总和。 此外，还有令人印象深刻的夜间模式。 新型号取得了巨大的成功，从市场角度来看，它被证明是一个突破，而不是诺基亚相机被镜头数量或熟悉的苹果产品所迷惑。

作为手机上拥有多个摄像头趋势的先驱，三星 (8) 在 2018 年也推出了三镜头摄像头。 它在模型中 Samsung Galaxy A7.

8.三星双镜头制造模块

然而，制造商决定使用镜头：普通、广角和第三只眼来提供不太准确的“深度信息”。 但另一个模型 银河A9，共提供四种镜头：超广角、长焦、标准相机和深度传感器。

很多，因为 目前，三个镜头仍然是标准配置。 除了 iPhone，华为 P30 Pro 和三星 Galaxy S10+ 等品牌旗舰机型的背面也配备了三颗摄像头。 当然，我们不算较小的前置自拍镜头。.

谷歌似乎对这一切漠不关心。 他的 像素3 他拥有市场上最好的相机之一，只需一个镜头就可以完成“一切”。

Pixel 设备使用专用软件来提供稳定、缩放和深度效果。 结果不如使用多个镜头和传感器时的效果好，但差异很小，谷歌手机以出色的低光性能弥补了这些小差距。 然而，似乎最近在模型中 像素4，即使是谷歌也终于崩溃了，尽管它仍然只提供两种镜头：普通镜头和长焦镜头。

不是后方

是什么让一部智能手机增加了额外的摄像头？ 据专家介绍，如果他们以不同的焦距记录，设置不同的光圈值，并捕获整批图像以进行进一步的算法处理（合成），与使用单个手机摄像头获得的图像相比，这将显着提高质量。

照片更清晰、更细腻、色彩更自然、动态范围更大。 低光性能也好得多。

许多阅读多镜头系统可能性的人主要将它们与模糊散景肖像的背景联系起来，即使超出景深的物体失焦。 但这还不是全部。

这种类型的相机正在执行越来越广泛的功能，包括更精确的 XNUMXD 映射，引入 增强现实 更好地识别人脸和风景。

此前，在应用程序和人工智能的帮助下，智能手机的光学传感器已经承担了诸如热成像、基于图像翻译外国文本、识别夜空中的星座或分析运动员动作等任务。 多摄像头系统的使用极大地增强了这些高级功能的性能。 而且，最重要的是，它将我们聚集在一个包裹中。

多目标解决方案的旧历史显示了不同的搜索，但难题始终是对数据处理、算法质量和功耗的高要求。 现代智能手机使用比以前更强大的视觉信号处理器，以及节能的数字信号处理器，甚至改进的神经网络能力，这些问题已经大大减少。

高水平的细节、出色的光学可能性和可定制的散景效果目前在智能手机摄影的现代要求列表中居高不下。 直到最近，为了实现它们，智能手机用户不得不在传统相机的帮助下道歉。 今天不一定。

对于大型相​​机，当镜头尺寸和光圈尺寸大到足以在像素失焦的地方实现模拟模糊时，美学效果自然会出现。 手机的镜头和传感器 (9) 太小而无法自然发生（在模拟空间中）。 因此，正在开发软件仿真过程。

使用图像处理中常用的许多模糊算法之一，人为地模糊远离焦点区域或焦平面的像素。 通过两张相距约 1 厘米的照片来测量每个像素与焦点区域的距离是最好和最快的。

凭借恒定的分割长度和同时拍摄两个视图的能力（避免运动噪声），可以对照片中每个像素的深度进行三角测量（使用多视图立体算法）。 现在很容易获得每个像素相对于焦点区域的位置的极好估计。

这并不容易，但双摄像头手机使这个过程更容易，因为它们可以同时拍照。 具有单个镜头的系统必须连续拍摄两次（从不同角度）或使用不同的变焦。

有没有办法在不丢失分辨率的情况下放大照片？ 长焦 ( 光学的）。 华为 P5 Pro 目前可以在智能手机上获得的最大真实光学变焦是 30 倍。

一些手机使用同时使用光学和数字图像的混合系统，使您可以放大而不会明显降低质量。 提到的谷歌Pixel 3为此使用了极其复杂的计算机算法，它不需要额外的镜头也就不足为奇了。 然而，Quartet 已经实现了，所以没有光学似乎很难做到。

典型镜头的设计物理特性使得变焦镜头很难安装到高端智能手机的纤薄机身中。 因此，由于传统的传感器镜头智能手机定位，手机制造商能够实现最多 2 或 3 倍的光学时间。 添加长焦镜头通常意味着更胖的手机、更小的传感器或使用可折叠的光学元件。

穿越焦点的一种方式是所谓的 复杂光学 （十）。 摄像头模块的传感器垂直位于手机中，面向镜头，光轴沿手机机身运行。 镜子或棱镜以直角放置，以将来自场景的光线反射到镜头和传感器。

10. 智能手机中的精密光学

这种类型的第一个设计采用了适用于双镜头系统的固定镜，例如 Falcon 和 Corephotonics Hawkeye 产品，它们将传统相机和复杂的远摄镜头设计结合在一个单元中。 然而，Light 等公司的项目也开始进入市场，使用可移动的镜子来合成来自多个摄像头的图像。

与长焦完全相反 广角摄影. 广角视图不是特写镜头，而是显示更多我们面前的东西。 广角摄影作为 LG G5 及后续手机的第二个镜头系统被引入。

广角选项对于捕捉激动人心的时刻特别有用，例如在音乐会的人群中或在太大而无法用较窄镜头捕捉的地方。 它也非常适合捕捉城市景观、高层建筑和其他普通镜头无法看到的事物。 通常不需要切换到一种“模式”或另一种，因为相机会随着您靠近或远离拍摄对象而切换，这与正常的相机内相机体验很好地结合在一起。 .

据 LG 称，50% 的双摄像头用户使用广角镜头作为主摄像头。

目前，全系列智能手机已经配备了专为运动而设计的传感器。 单色照片即黑色和白色。 它们最大的优势是清晰度，这就是为什么一些摄影师更喜欢这种方式的原因。

现代手机足够智能，可以将这种清晰度与来自颜色传感器的信息相结合，以产生理论上更准确地照明的框架。 然而，使用单色传感器仍然很少见。 如果包括在内，它通常可以与其他镜头隔离。 此选项可以在相机应用程序设置中找到。

因为相机传感器不会自行获取颜色，所以它们需要一个应用程序 彩色滤光片 关于像素大小。 因此，每个像素只记录一种颜色——通常是红色、绿色或蓝色。

创建最终的像素总和以创建可用的 RGB 图像，但在此过程中需要权衡取舍。 首先是色彩矩阵造成的分辨率损失，而且由于每个像素只接收一小部分光线，因此相机不如没有彩色滤光片矩阵的设备灵敏。 这就是对质量敏感的摄影师使用单色传感器来拯救的地方，该传感器可以以全分辨率捕获和记录所有可用光。 将来自单色相机的图像与来自主 RGB 相机的图像相结合，可以得到更详细的最终图像。

第二个单色传感器非常适合此应用，但它不是唯一的选择。 例如，爱可视正在做一些类似于普通单色的事情，但使用了一个额外的更高分辨率的 RGB 传感器。 由于两个相机相互偏移，对齐和合并两个图像的过程仍然很困难，最终图像通常不如更高分辨率的单色版本那么详细。

但是，与使用单个相机模块拍摄的照片相比，我们在质量上得到了明显的提高。

深度传感器，用于三星相机等，允许使用前置和后置摄像头实现专业的模糊效果和更好的 AR 渲染。 然而，高端手机正在逐渐取代深度传感器，将这一过程整合到也可以检测深度的相机中，例如具有超广角或远摄镜头的设备。

当然，深度传感器可能会继续出现在价格更便宜的手机中，以及那些旨在在没有昂贵光学器件的情况下创造深度效果的手机中，例如 摩托G7.

增强现实，即真正的革命

当手机使用来自多个摄像头的图像差异在给定场景中创建距离图（通常称为深度图）时，它可以使用它来供电 增强现实应用 （AR）。 例如，它将支持它在场景表面上放置和显示合成对象。 如果这是实时完成的，物体将能够栩栩如生并移动。

带有 ARKit 的 Apple 和带有 ARCore 的 Android 都为多摄像头手机提供了 AR 平台。 

随着带有多个摄像头的智能手机的普及，出现的新解决方案的最佳示例之一是硅谷初创公司 Lucid 的成就。 在某些圈子里，他可能被称为创造者 VR180 LucidCam 革命性相机设计的技术思想 红色 8K 3D. 

清醒的专家创建了一个平台 清晰的 3D 融合 (11)，它使用机器学习和统计数据来快速实时测量图像的深度。 这种方法允许以前在智能手机上不可用的功能，例如高级 AR 对象跟踪和使用高分辨率图像在空中做手势。 

11. Lucid 技术的可视化

从公司的角度来看，手机中摄像头的普及对于嵌入在运行应用程序并始终连接到互联网的无处不在的袖珍电脑中的增强现实传感器来说是一个非常有用的领域。 智能手机摄像头已经能够识别并提供有关我们瞄准它们的附加信息。 它们使我们能够收集视觉数据并查看放置在现实世界中的增强现实对象。

Lucid 软件可以将来自两个摄像头的数据转换为 3D 信息，用于实时映射和带有深度信息的场景记录。 这使您可以快速创建 3D 模型和 XNUMXD 视频游戏。 在双摄像头智能手机仅占市场一小部分的时候，该公司使用其 LucidCam 探索扩大人类视觉范围。

许多评论员指出，仅关注多摄像头智能手机存在的摄影方面，我们看不到这种技术实际上可以带来什么。 以 iPhone 为例，它使用机器学习算法扫描场景中的物体，创建地形和物体的实时 XNUMXD 深度图。 该软件使用它来将背景与前景分开，以便有选择地关注其中的对象。 由此产生的散景效果只是技巧。 还有一点很重要。

对可见场景进行这种分析的软件同时创建 通往现实世界的虚拟窗口. 使用手势识别，用户将能够使用此空间地图自然地与混合现实世界进行交互，手机的加速度计和 GPS 数据会检测并推动世界呈现和更新方式的变化。

因此 在智能手机上添加摄像头，看似空洞的乐趣和谁付出最多的竞争，最终可能会从根本上影响机器界面，然后，谁知道呢，人类交互的方式。.

不过，回到摄影领域，不少评论家指出，多机位解决方案可能是众多类型相机的最后一根钉子，比如数码单反相机。 打破图像质量的障碍意味着只有最高质量的专业摄影设备才能保留存在的理由。 录像相机也会发生同样的情况。

换句话说，配备各种类型相机的智能手机不仅会取代简单的快照，而且会取代大多数专业设备。 这是否真的会发生仍然很难判断。 到目前为止，他们认为它非常成功。

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