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是跟风还是必需 冷静分析双摄爆发现象[14P]

2016年虽然不是双摄像头诞生的元年，但绝对是集中爆发的一年。截止到七月中旬，就至少有360奇酷旗舰版、LG G5、LG G5 SE、华为P9、荣耀V8和荣耀8等6款搭载双摄像头的手机上市，而且根据最近爆料的消息来看，包括小米、Moto以及努比亚等品牌在内的新机，都走在研发双摄的路上。究其原因，或许iPhone在此前爆料出将会搭载双摄像头是一个推手，但绝对不是主导因素，毕竟根据尚不确定的传闻就立即做出改变也不太现实。今天，我们就来聊一聊2016年双摄像头爆发的现象。
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是跟风还是必需 冷静分析双摄爆发现象

    要想了解一款技术推出的原因，就要明白这项技术的作用。我们主要来看今年这几款搭载双摄的手机主要功能。

    ·LG G5/LG G5 SE：加入另一个广角镜头

    LG G5和G5 SE上的双摄像头，的的确确是“两个摄像头”。拍照时开启不同镜头视角不同，普通镜头和一般手机一样；另一颗是广角镜头，带来135度的广角，可以容纳更广泛的区域。两个摄像头像素不同光圈不同，相比之下还是普通镜头的画质更给力。

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LG G5搭载一颗135°广角镜头（图片截取自LG官网）
仔细观察也会发现，LG G5的两个主摄像头和其他双摄手机设计不太相同，这点会在后面讲到。作为两个摄像头分别工作的双摄系统，相对来说就那么神秘。另一个摄像头的加入，只是让手机拍摄视角更全面、玩法更多。
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两颗镜头相距较远
下面可以来对比下使用LG G5 SE的两颗摄像头在相同位置拍摄的照片，可以看到，广角镜头的效果非常明显。原本使用普通镜头的第一张样张只拍下来很小的一部分区域，但换用广角镜头之后，照片内容扩大了2/3左右，原本看不到的场景这次都能看全。
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相同位置使用广角镜头拍摄的场景
虽然广角镜头拍照效果明显，但两个镜头拍摄的照片并未如我们期待那样进行合成，所以也就谈不上互相之间的画质促进。除了LG G5/G5 SE之外的几款，走的就是另一条路。

    ·360奇酷旗舰版、华为P9、荣耀8/V8：彩色+黑白合成

    仔细研究之后发现，把360奇酷旗舰版、华为P9、荣耀8/V8等几款手机所使用的双摄技术及合成原理捏在一起说也完全可以。总体来看，这四款手机采用的都是一颗能够识别色彩信息的镜头加上一颗只识别黑白信息的等像素镜头（这点很重要，降低了两张照片算法合成的难度）构成双镜头系统。如我们所知，相机摄像头内部的CMOS感光元件本身不能感受各种颜色的光线，所以需要在感光元件前排列一层负责区分色彩的拜耳滤镜。但也是这层滤镜的存在，让被摄物体细节丢失。另外一颗黑白镜头存在的主要目的，就是将损失的细节通过后期算法再“加”上去。

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彩色+黑白双镜头模组成像效果（图片截取自360手机官网）

   

    对比这几款手机，笔者发现了一处外形上的区别，那就是除了360奇酷旗舰版外，其他几款都是横向放置的两颗镜头，具体位置也有所不同。但和上面的LG G5/G5 SE相比，这几款手机两颗摄像头之间的距离要小得多。考虑到360奇酷旗舰版、华为P9、荣耀8等几款手机需要对样张进行合成，镜头模组距离小应该是为了减少后期算法对两颗镜头相差的校正。

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360奇酷旗舰版
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360奇酷旗舰版实拍样张
从画质层面来看,实验结果发现，双镜头的加入的确可以让样张画质有所改善，但区别却不太明显，具体原因在后面会有详细解释，先让我们回顾下这几款双摄手机和实拍样张。
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华为P9实拍样张
彩色+黑白双镜头模组成像原理

    其实，相信大家最关心的还是使用了双镜头模组的手机，和单一彩色镜头拍摄的同一场景，画质各方面会有多少提升。这一点我们就要从机内照片合成方式来阐述。

    在一篇关于双镜头模组机内合成照片算法的report中曾给出如下的合成逻辑，简单来说就是两颗镜头（黑白、彩色）分别拍摄的样张的电子数据，经过图像同步、像素校准、图片合成等几个过程得到最终呈现给我们的JPG格式的照片。
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彩色+黑白双镜头算法逻辑（图片引自Europe PMC）

    而问题就出现在最后一步“图片合成”上，这一步可能出现三种情况，分别是“黑白照片作为主要参考”、“彩色照片作为主要参考”和“只以彩色照片作为参考”。（mono代表黑白照片）分析猜测，这三种情况分别在“明暗对比较为强烈但色彩对比一般的情景”、“色彩反差很强烈但明暗反差一般的情景”和“光线很强但明暗对比不强的情景”使用。
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彩色+黑白双镜头控噪能力（图片引自Europe PMC）

    明白了上面的过程，就不难理解，双摄像头系统并不是在所有环境都能够让我们的照片画质有所提升的。在某些场景，最后的表现效果和单独的摄像头效果可能区别不大。

    再来看看合成的照片和单独的色彩照片在控噪表现方面差别，通过report里的实验数据可知，SNR代表的信噪比在合成照片中数值更多，说明相应的噪点更少。

    以上只是某个实验室环境给出的彩色+黑白双摄模组的效果，具体使用效果欢迎大家自行测试。

    比双摄更疯狂的设计已经出现光场相机镜头感光原理（图片引自Open CV）

    Lytro光场相机最大的特色就是先拍照后对焦，在光场相机的镜头内可以同时接受4000万束（第二代）光路，同时拍摄数百张照片，和双镜头手机比要高出许多。但成像缓慢、售价高昂等问题让光场相机并未得到广泛的推广。反观多镜头手机，从画质提升来看，至少目前来看非常有限；从造价和设计来看，未来手机上也不见得会有更多的镜头加入。双镜头或许是手机能够达到的最多状态，在从根本上解决人们拍照痛点之前，盲目加入双镜头并没有太大必要。

    从一个镜头到两个镜头，是不是镜头越多效果越好呢？从手机体积和设计角度来看，量产的手机上出现太多的镜头是不现实的，但在相机领域光场相机已经做到了极致。
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讲解很详细，我的手机也是双镜头的，不过没感觉细节有太多的变化，但是全焦照片真的很不错，可以及时拍照留住精彩镜头。