双摄像头浪潮 荣耀V8双摄像头原理起底

2018年12月11日 20:12来源:分分彩手机版

  当下,智能手机拍照的使用频次已仅次于通讯,而手机拍照性能也越来越强大,2000年到现在,手机摄像头的像素数从最初的11万提升到最高4100万。但是单摄像头现在已经开始面临瓶颈。

  从目前来看,大部分手机采用的单摄像头方案主要存在以下几个问题:

  1、像素越高,相同感光面积下,pixel size(单位像素面积)就会越小,导致暗光下成像效果越差;

  2、如果维持单位像素面积提高像素数量,那就意味着模组会更厚,摄像头凸起,即使 iPhone6s也不能避免;

  3、 在场景营造上,和单反差距较大,例如动态范围呈现(逆光等高光比环境呈现)、暗光下的细节呈现、背景虚化能力普遍偏弱;

  4、对焦速度上,激光对焦、PDAF对焦等单一对焦方案都各有利弊,没有互补的对焦方案。

  荣耀最新发布的荣耀V8采用了后置双1200万像素的摄像头,显然,是为了解决单摄像头的缺憾而推出。那么它的成像原理是什么,相对于单摄像头的方案又有什么优势呢?我们在此简单分析一下。

  硬件规格:

  荣耀V8采用了后置双 1200 万摄像头,分别是1200万像素的彩色sensor和1200万像素的黑白sensor,单颗摄像头的pixel size达到1.25μm,采用6P非球面镜片,双摄像头的等效pixel size达到1.76μm。单反级的独立ISP+独立的深度ISP,激光对焦+深度对焦+反差对焦的混合对焦方案等等。

双摄像头浪潮 荣耀V8双摄像头原理起底

  技术原理:

  从拍照过程上来看,荣耀V8的双镜头方案与传统的单镜头方案一样,简单来说就是取景对焦曝光机内处理照片呈现,只不过由于荣耀V8的两颗摄像头各有分工,黑白sensor勾勒轮廓,彩色sensor还原色彩,因此在机内合成的过程中多了一个迭代合成的过程。

  荣耀V8成像过程示意

  双摄像头优势:

  1、pixel size更大

  从直观感受上来说,单反相机往往体积硕大,机内空间充足,可以使用全画幅、APS-C画幅的CMOS/CCD。而智能手机作为我们日常随身携带的移动终端设备,对机身体积有很高的要求,机内空间更是极其有限,所以只能采用尽量小巧的CMOS。

  全画幅CMOS与手机感光元件面积对比

  而pixel(像素)通俗地将就是在感光元件上的花粉的小方格,比如100万像素的COMS,就是说这块CMOS被划分成了100万个小方格。因此,在感光元件面积一定的情况下,像素数越高,pixel size就越小,理论上图像的噪声越大,动态范围幅度更小,并且可能受到弥散圆的影响,即像素之间的互相影响(DTI技术的作用就是减弱这种影响)。

  反之,pixel size越大,图像的噪声和动态范围也就可以控制的更好,而且受弥散圆的影响也更小。

  所以pixel size和图像分辨率是一对矛盾体,苹果此前一直采用800W的低像素摄像头,很大原因就是为了保持大pixel size。

  荣耀V8的两颗sensor都是1200W像素,单个像素尺寸面积达到1.25μm,但由于两颗摄像头都参与成像,因此照片上的每一个点实际是两颗CMOS像素点共同呈现的结果。当然在这个过程中图像不是简单的叠加,根据荣耀官方给出的数据,通过算法合成后荣耀V8的等效pixel size相当于1.76μm。而拍照效果已经不错的iPhone6s Plus,pixel size为1.22微米。

  此外,荣耀V8搭载的两颗 1200万的摄像头中,黑白sensor勾勒轮廓,彩色sensor还原色彩。而黑白 sensor 的 pixel size(单像素尺寸) 是彩色sensor的 3~4 倍,原因是在彩色sensor中,每一个彩色pixel又会被分为四份,分别用于抓取R、G、B三种原色,而黑白sensor的每个pixel要么是黑、要么是白,即单个pixel只有黑或白一个选择。从颜色的pixel size上看,黑白sensor的单个色彩感光面积是彩色sensor的3到4倍。

  彩色sensor像素排布示意

  pixel size增大,带来的成像质量改变是决定性的,例如逆光等高光比环境下拍摄的照片,高光区域不过曝、暗部区域不欠曝;感光能力更强,夜景、室内灯暗光环境下拍摄的照片细节呈现更出色、噪点更少等。

  荣耀V8逆光照片

  荣耀V8夜景照片

  2、场景营造能力加强

  上文中已经说明,pixel size越高,动态范围呈现能力越强,所以理论上拥有高pixel size的荣耀V8动态范围呈现能力要优于传统的单摄像头手机。

  此外荣耀V8在进行HDR拍摄时,相比单颗摄像头 HDR 模式下的先高曝光再低曝光随后合成的串行模式,荣耀V8可以两颗1200万摄像头同时分工拍摄高曝光和低曝光模式下的照片并经过 3IE2.0 算法系统合成,并行曝光处理,使拍摄速度和质量都能够更高。

  而景深的表现能力(即通俗说的背景虚化能力)则比较复杂,看下面的景深公式;

  根据上面的公式,镜头焦距、拍摄光圈值、物距对于景深的影响较大,容许弥散圆直径非常小。

  手机的光圈虽然普遍已经做到了2.X甚至1.X级别,但由于镜头模组体积限制,一般使用的都是广角镜头,因此想要达到浅景深的效果相对比较难。

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